地质雷达在矿区探测中的应用分析

2020-11-04贺锋坚

中国金属通报 2020年7期

贺锋坚

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410019）

在矿产开采行业发展中，矿区探测技术水平不断提高，其中，地质雷达技术发展迅速，操作方式便捷，并且探测效率较高，被广泛应用于矿区探测中，可为矿产资源开采利用提供可靠依据。因此，亟需对地质雷达技术在矿区探测中的应用进行深入研究。

1 地质雷达基本原理

地质雷达是由主机、发射天线、接收天线、显示器以及传输线所组成的。在地质雷达探测技术的实际应用中，由发射天线向地下发射宽频带高频电磁波，在介质内部，在电磁波信号传递过程中，如果介质界面介电差比较大，则会发生反射、折射或者透射，如果在两种介质中，介电常数的差异比较大，则其所反射的电磁波能量也比较大。当天线接收到反射电磁波后，即可将反射波传递至主机中，主机可对反射电磁波运动状态进行详细记录，具体包括波形、幅度等，然后再利用信息化处理技术，即可形成探测扫描图像，通过对图像进行分析，即可了解矿区探测目标实际情况。

2 地质雷达在矿区探测中的应用

（1）在矿山边坡探测中的应用。某些矿区边坡长期受到地表水以及地下水影响，局部出现孔隙或者空洞问题，边坡结构稳定性比较差。在边坡勘察中，可利用地质雷达技术，对空洞以及孔隙进行准确探测，为边坡加固治理提供可靠依据。当地质雷达设备发出电磁波后，电磁波在空气以及水的影响下，能够对边坡裂缝等隐患进行探测，体现出介质变化实际情况，通过对反射波振幅以及频率进行分析，即可确定探测结果。

（2）在矿区地下管线探测中的应用。矿区地下管线的主要作用包括能源供应、信号传输等。在矿区新建项目施工中，如果没有对施工现场进行详细勘察而组织施工，则会造成地下管线被破坏，对此，需做好地下管线探测工作。地下管线介质与周围物质介质差异比较大，可利用地质雷达探测技术，通过对反射电磁波脉冲进行分析，即可确定地下管线布设位置以及埋深。

（3）在矿区软土地基探测中的应用。在矿区地质条件勘察中，软土地基含水量大，承载能力差，并且压缩性比较大，在受到应力因素影响后容易发生变形，另外，在成岩的影响下，软土地基承载能力比较差。对此，可利用地质雷达技术对矿区软土地质进行探测，在对软土地层厚度进行探测时，会产生间断的反射波，而软土地层含水量比较大，因此，地质雷达反射视周期比较低。

（4）在矿区基岩面探测中的应用。在矿区地质勘察中，有些探测区域基岩面起伏比较大，通过利用地质雷达探测技术，能够对基岩面起伏实际情况进行准确探测。

3 地质雷达在矿区探测中的应用实例

3.1 矿区概况

在某煤矿勘察范围内，隐蔽灾害发育比较多，包括小型陷落柱以及破碎带，另外，煤层倾角变化复读比较大，探测位置为煤层进风巷以及回风巷掘进工作面。在巷道掘进施工过程中，采用雷达探测技术对巷道进行超前探测，以准确识别探测前方50m范围内是否有灾害源，为巷道掘进安全控制奠定基础。

3.2 雷达探测方法

在对掘进工作面进行超前探测时，分别采用50MHz以及200MHz天线，在具体的探测过程中，组织探测人员托举雷达天线，紧贴掘进工作面，并沿测线连续滑动，做好打标定位处理，综合考虑系统配置情况以及天线滑行速度设定空间采样率，同时，主机需对各个测点反射波状态进行详细记录，进而形成雷达剖面。需要注意，在雷达探测技术的实际应用中，雷达应保持稳定运行状态，同时，两天线之间的平行距离应保持不变。

在地质雷达探测技术的实际应用中，雷达设置参数会对数据采集质量以及探测结果精度产生较大影响，对此，应根据探测目标实际情况合理设置系统参数。另外，在本次探测中，采用两种频率的雷达天线，要求根据不同天线的地质探测任务采用的采样时窗。

3.3 雷达数据处理

在地质雷达探测工作完成后，即可收集雷达数据，并进行预处理以及后处理，避免随机干扰的影响，提升雷达图像分辨率，突出异常数据，进而为数据解释奠定基础。在地质雷达探测数据处理中，首先创建工程项目，去除干扰数据，然后根据雷达数据特征选择滤波方式以及滤波参数，在经过多次调试后即可到达良好的处理效果。

3.4 探测结果分析

在不同电性介质中，电磁波传播特征以及反射波特征有所不同，在矿区巷道灾害源超前探测中，主要的介电性差异包括岩土结构异常、破碎带、陷落柱等。

（1）陷落柱探测。在本次地质雷达探测中，200MHz雷达探测陷落柱结果如图1所示，回风巷道宽度为4m，通过对图1进行分析可见，在掘进前方5.5m～7.0m以及9.0m～12.0m位置出现强反射区，在黑色虚线位置，反射波同向轴错段，异常区域界面下陷，并且内部反射幅度差异比较大，该位置有岩石破碎，为陷落柱发育区域。

（2）破碎带探测结果。200MHz雷达探测破碎带结果如图2所示，通过对图2进行分析可见，从上部自掘进工作面左侧至右侧黑色虚线位置有反射异常区，条宽为50cm，为小型破碎带。另外，在巷道掘进前方4m～7m，出现强反射区域，其相位与周边介质所反射的图像相同，因此，为岩体结构异常区。

图1 200MHz雷达探测陷落柱结果

图2 200MHz雷达探测破碎带结果

通过利用50MHz雷达进行探测，结构异常区边界不清晰，并且没有反映出条带状破碎带，主要原因在于，50MHz雷达的探测进度比较低，无法准确探测出级别比较小的破碎带。另外，在巷道掘进前方32m～36m位置有条带状强反射，宽度为1m，为破碎带。

通过对该巷道进行掘进施工，对地质雷达探测结果进行验证分析，在探测面1.5m～4.0m位置有破碎带，另外，在距探测面4m～8m位置，煤矿资源为块状，并且硬度较大，与200MHz地质雷达探测结果相同。除此以外，在距探测面30m～35m位置有破碎带，与50MHz地质雷达探测结果大致相同，由此可见，200MHz地质雷达探测精度更高。

（3）煤岩交界面探测结果。根据50MHz雷达探测煤岩交界面结果，进风巷道工作面前方26m～32m有层面反射信号，并且反射信号比较强，层面连续，为煤层与岩石层交界。通过巷道掘进探测，在距离探测面25m～34m位置地层扭曲，并且有砂岩地层，与探测结果相同。