鹤岗市煤炭生产安全管理局
【摘 要】若要矿井地质雷达超前探测方法有效落实，一方面探测人员需结合地质环境确定适宜的频率天线范围，通过定期与定点的观察，判定矿井地质内的变化，并录入数据档案内进行核对；另一方面，探测人员还需做好雷达设备参数的管理，确保外界环境等因素影响不会对雷达的正常移动与勘测造成干扰，才能确保地质雷达超前探测数值的精准度得以保障。本文基于矿井地质雷达超前探测方法展开分析，在明确雷达探测的基本原理同时，期望能够为后续矿井掘进工作的开展提供参照。
【关键词】矿井勘探；地质雷达；超前探测；隐蔽灾害
随着我国经济体制的不断发展与完善，现代矿井采掘工作对效率性、质量性与安全性的要求正在逐年提高，其中矿井地质雷达超前探测法作为矿井常用的地质勘探手段，既能够结合地质环境判定一定区域内的地质结构与变化，同时更能够明确地质矿井深层潜在的采掘风险，为后续矿井完善方案的实施与确定奠定基础。故而，如何将矿井地质雷达超前探测工作有效落实，便需要矿企与探测人员给予足够的重视。
一、地质雷达工作原理概述
结合地质雷达设备资料可知，此类探测装置主要由雷达主机、雷达天线、传输线及显示器等组成，各类装置在功能方面均有分工。其中，雷达天线可分为发射与接收天线两种，在矿井地质探测中常用的200MHz天线，其发射与接收天线通常需装入同一箱体内，而50MHz的雷达则需要将天线分离。发射天线在使用过程中，通常会向地下导入宽频带高频的电磁波，若是在均匀的地质中传导，电磁波的速率与波频会持续处于稳定状态，而若是遭遇介质差异较大的界面，则会发生反射、透射及折射的情况，并且截面差异越大，电磁波的反应越激烈，此时通过接收天线将反射回来的电磁波导入数据处理、传输、显示设备中，便能够确切的了解电磁波的能量变化状况，从而通过数据解析反映电磁波的波形、幅度特征，并最终形成较清晰的雷达扫描图像，在此基础上，工程技术人员便需要对雷达内容进行解析，并通过数据都核对与评价，确定潜在的风险。其中，麦克斯韦方程式可确切的判定电磁波在地下结构中遭遇电磁场影响的状况，同时借由介质的介电常数差异，也可将电磁波偏差值缩减至可容许范围内，以便地质状况更便于识别。
二、地质雷达超前探测方法及应用
本项目为某市矿井采掘工程，结合原有地区勘探资料可知，区域内存有小型陷落柱、破碎带等隐蔽灾害的概率较高，煤层倾角变化较大，为使数据更便于识别，本文将地质雷达超前探测点设置在煤层进风巷与回风巷的掘进工作面内，通过实现项目规划与管理，将8此雷达探测工作合理布置，以便更好的识别地质变化，确定前往50m范围内的隐蔽灾害，以保障后续巷道掘进工作的安全性。
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1. 地质雷达超前探测方法
采用50MHz与200MHz频率天线对掘进工作面进行超前探测，实测过程中采用人为托举方式将雷达天线贴于被探测掘进工作面，沿测线连续滑动(或定点探测)，采用手动打标进行定位，根据系统配置和天线滑行速度设定空间采样率，雷达主机实时记录每个测点反射波的时间和振幅值，构成连续雷达剖面。在测量过程中，克服巷道恶劣环境，保证雷达仪器平稳移动，尤其是50MHz雷达，在保证平稳移动的同时，还要保证两天线时刻平行且距离不变。
期间，探测人员需严格管控地质雷达参数设置，确定现场的环境与数据精度的需求，再结合探测标准及操作规范对参数进行调整，以便使数据采集及探测效果状况得以保障。而在本项目中，受地理环境等因素限制，将着重采用200、50MHz的频率天线进行探测，而后由管理人员每日记录地质数据，确保地质任务完成且达到有效的探测深度，才能使整体矿井地质便于被识别，并能够为后续采掘工作的开展提供详细资料。
2. 地质雷达数据处理分析
探地雷达数据处理包括预处理(标记和桩号校正等)和后处理分析，其目的在于压制规则和随机干扰，以尽可能高的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，突出有用的异常信息(包括电磁波反射双程旅行时、振幅和波形等)来帮助解释。
雷达数据处理是探地雷达最终成果解译的重要步骤。常用的分析方法有常规滤波和其他滤波处理，常规滤波主要工作有:零线设定、一维滤波、背景去噪、自动增益或手动增益控制、滑动平均等。其他滤波处理方法可结合具体探测情况进行选用，主要包括:小波变换、二维滤波、反褶积、数学运算等。探地雷达数据处理流程应率先建立工程项目，去除因采集过程及采集环境等产生的干扰;其次，基于雷达数据特征，选用最佳滤波方法及滤波参数；最后，经反复调试得到较好的处理效果。
3. 地质雷达探测结果分析
电磁波在不同的电性介质中传播，会展现不同的反射波特征，矿井灾害源超前探测中，主要包括存在介电性差异的陷落柱、破碎带、煤岩交界面及岩体结构变化区等异常。
（1）陷落柱探测。在一次某工作面回风巷探测中，巷道宽约4m，从200MHz雷达数据处理结果图中可以看出，自回风巷掘进工作面起，在掘进工作面前方5．5～7．0m处及9．0～12．0m处存在强反射区域，黑色虚线处反射波同向轴错段，从反射界面可以发现，异常区域与周围地层相比，有界面下陷现象，且异常区1内部反射幅度差异，说明异常区内岩石发生破碎;而异常区2反射幅度均匀，表现为地层的整体下陷。所以经综合分析，判定异常区陷落柱发育区域。
（2）破碎带探测结果。在一次某工作面进风巷掘进工作面探测中，200MHz雷达数据处理结果，其中可以看出在上部自掘进工作面左侧(深度1．5m)至右侧(深度3．3m)黑色虚线处存在1个条带状的反射异常区，条带宽度50cm左右，而左右反射层面连续，经分析判别为小型破碎带。而在掘进工作面前方4～7m存在一块状强反射区域，但因其相位与周围介质反射图像一致，判定岩体结构异常区。
在50MHz雷达探测中，上述结构异常可见，但边界不能准确刻画，而条带状破碎带没有反映。分析其原因是50MHz雷达探测精度有限，此破碎带级别太小。在距掘进工作面探测面32～36m处，存在1个条带状强反射，宽度约1m，左右反射层面连续，判断为煤层破碎带。
（3）煤岩交界面探测结果。通过50MHz雷达探测可知，自某工作面进风巷掘进工作面起，在前方26～32m存在层面反射信号，且发射较强、层面连续，推测前方存在因地层褶皱出现的煤层与岩石层的交界面。
经巷道掘进验证，在距探测面25～34m处，由于地层发生扭曲，出现砂岩地层，探测剖面位于扭曲尖部，所以尺度较小，与探测结果基本吻合。
三、结语
矿井地质雷达超前探测方法的有效落实，既能够为矿井采掘工作的开展提供较全面且详细的地质资料，通过电磁波的传导、反馈提供更详细且精准的图像，同时凭借相关方程式与介电常数的调控，更能确定地质各类影响元素，为矿井地质雷达探测工作的有效实施提供良好保障。因此，矿业与勘探人员必须对地质雷达超前探测方法的应用给予足够关注。
参考文献
[1]李冬,杜文凤,许献磊.矿井地质雷达超前探测方法及应用研究[J].煤炭科学技术,2018,v.46；No.524(07):228-233.
[2]段毅,许献磊.地质雷达超前探测在常村煤矿的应用研究[J].中国矿业,2017(8).
[3]尚本峰,李永辉,浦少云.地质雷达探测技术在隧道进口段超前探测中的应用[J].水利科技与经济,2018.
[4]张崇民,张凤凯,李尧.隧道施工不良地质探地雷达超前探测全波形反演研究[J].隧道建设(中英文),2019,39(01):108-115.
论文作者:王鹤明,
论文发表刊物:《城镇建设》2019年14期
论文发表时间:2019/9/29
标签：地质论文; 矿井论文; 工作面论文; 超前论文; 反射论文; 天线论文; 电磁波论文; 《城镇建设》2019年14期论文;