地质雷达在露天煤矿地下废弃巷道探测中的应用

摘 要：结合地质雷达在武家塔露天煤矿地下废弃巷道探测数据进行分析，并利用现场钻机钻探方式验证了探测结果的有效性，避免地下废弃巷道对露天剥离工程安全带来的威胁，其工程实例可供其它工程参考。

关键词：地质雷达；废弃巷道；机钻探

1 工程概况

武家塔露天煤矿采区南部与忽吉图河床相邻，忽吉图河床对面为陕西地区井工煤矿，开采煤层为1-2煤层（平均厚度8.75米），与武家塔露天煤矿开采的是同一层，煤层顶板标高为+1096，忽吉图河床标高为+1115，武家塔露天煤矿采区内40#平台标高为+1132，下部是1-2上煤层（平均厚度1.5米），煤层顶板标高为+1119，原属二号平峒井工煤矿开采。

2 探测原理

地质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测介质分布的非破坏性的探测仪器。它通过天线连续拖动的方式获得断面的扫描图像。雷达利用向地下发射高频电磁波，电磁波信号在物体内部传播时遇到不同介质的界面时，就会反射、透射和折射。介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，并根据发射电磁波至反射波返回的时间差和物体中电磁波的速度来确定反射体距表面的距离，达到检出物体内部的缺陷位置、深度及密实度等。

再通过数据的技术处理，形成断面的扫描图，通过对图像的判读，判断出地下目标物的实际情况。

根据上述原理，可用地质雷达探测出岩层中的裂隙、节理面以及空洞、破碎区域的位置、深度和范围。

其工作原理示意图如下：

地质雷达主要利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目的体。

由公式

雷达根据测得的雷达波走时，自动求出反射物的深度z和范围。

3 现场探测

3.1 参数的选择

天线中心频率选择兼顾目标深度、目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地需要。一般来说，在满足分辨率且场地条件又许可时，应该尽量使用中心频率较低的天线。本工程根据现场条件和探测需要采用RTA100兆非屏蔽天线，采样频率：1300MHz，采样点数：850，叠加次数：128，采样间隔均为：0.2m。

3.2 测线布置

将忽吉图河床、40#平台的浮土、松动石块及积水清除后，开始探测。

忽吉图河床由东向西布置一条测线，40平台上由南向北布置两条测线，探测时紧贴地面沿测线布置的方向匀速拖动雷达天线，来回数次，直到数据重复性较好为止。

4 数据分析处理及结果

现场数据采集后，对数据的技术处理至关重要也相对复杂。处理步骤如下：

使用GroundVison2数据采集软件进行数据采集，Reflexw二维数据处理软件进行数据处理。对数据文件进行了预处理、增益调整、滤波和成图等方法的处理。最终得到各测线的成果图，其流程为：数据输入→数据转换→去直流漂移→去除开始时间→能量增益→水平滤波→带通滤波→反褶积→滑动平均→图形编辑→注释→输出剖面图→编辑图像。

探测成果图

（1）忽吉图河床（见图2）

以上雷达图像为忽吉图河床上的测线，可以清楚的看到在2米左右深度的空洞，另外在18-20米的深度上存在一处较为明显的空洞。

（2）40#平台（见图3、图4）

以上雷达图像为40#平台上的第一条测线，可以清楚的看到旁边钻机和铁门的干扰（100MHz屏蔽天线不会存在此干扰），在3米左右深度的岩体比较破碎，存在破碎和空洞，在13米左右的深度存在大面积的破碎岩体，估计为采空区已经整体沉陷。

以上雷达图像为40#平台上的第二条测线，可以清楚的看到在3米左右深度的岩体比较破碎，存在破碎和空洞，还有一个空洞在1.6米左右的深度，后经旁边出露岩面，证实了在此深度确实存在岩体空洞和破碎。

5 钻机钻探验证

针对地质雷达探测到的空洞位置，在现场沿测线方向布置了两排3米*3米的孔网参数，用钻机进行了钻探，忽吉图河床在钻探第9个孔时大约在19米左右深度钻探到了空洞，40#平台在钻探第13个孔时大约在12米左右深度钻探到了空洞。

6 结论

（1）地质雷达对结构无任何损伤破坏作用，方便、精度高；

（2）地质雷达采集的数据有较好的重复性，测点解释可靠性较好，定性解释结果比较准确；

（3）采用钻机钻探的方式，可有效避免地下废弃巷道对露天剥离工程安全带来的威胁，可供其它工程参考。

参考文献：

[1]曾昭发，刘四新，王者江，薛建.地质雷达方法原理及应用[M].北京：科学出版社，2006（06）.

[2]李大心.地质雷达方法及应用[M].北京：地质出版社，1994.