浅析探地雷达技术在采矿工程中的应用

罗俊森

摘要：本文经阐述探地雷达技术之理论基础、解释原理、发展历程等，结合采矿工程之具体要求，探究了探地雷达技术于采矿工程之具体应用。

关键词：采矿工程；探地雷达技术；应用

我国矿产资源始终为经济建设至关重要资源之一，故采矿工程正于我国各地热火朝天地进行。其至关重要技术之一为探地雷达技术，经采用该技术能够助采矿工程更精确了解周边岩层等，故该技术于矿工程中之应用很有必要。

1探地雷达技术简述

1.1发展历程。探地雷达技术出现在上世纪初，由两位德国籍科学家Letmbach河、和Lowy第一次提出，经50多年发展后，其初具雏形，并且开始应用在包括冰层、岩盐等媒介中，而当时该项技术具有很大局限性，就是仅能使用于电磁波吸收非常弱之媒介中。直到上世纪七十年代中后期，于电子技术诞生及迅速发展时，探地雷达技术跟现代化之数据处理技术相结合，其具体应用范围空前扩大，除了可用于电磁波吸收弱媒介中外，亦用在土层和煤层等媒介，其具体应用范围涉及考古、岩石勘探、工程等。上世纪八九十年代探地雷达技术进入我国，经广大科研究人员多年共同努力，其已经被广泛运用于采矿工程当中并取得了较佳效果。

1.2理论基础。探地雷达技术其实为一种依弹性波传播理论，是对于地下媒介，对超高频短脉冲电磁波传播规律进行深度研究技术。这主要是由于位移电流于地质媒介中占据着特别关键之地位，而媒介之介电性质几乎可直接影响甚至决定频散较少之高频宽频电磁波传播速度，而这跟弹性波传播理论具有很高相似性，两者均严格遵循波动方程，只不过于变量方面存在些许不同物理差距，而电磁波、弹性波之间具有相同形式，故结合合成波之原理可以将脉冲电磁波解构成为若干频率存在差异之正弦电磁波，亦就是正弦波传播理论和及特征是探地雷达技术之重要理论基础[1]。

1.3解释原理。无论于哪种运用范围内，用探地雷达技术根本目标为得到最终地质解释资料，而这需要建立于拾取反射波基础上。对电磁波组标志进行有效识别则是跟波形特征等具有密切关系。于媒介中实行传播时，电磁波组传播路径，包括电磁场具体强度和波形等将会随之出现变化，此时运用探地雷达技术能够以剖面图形式对位于反射波当中之同相轴进行追踪及表现，进而判断出地层是不是有断裂，最终凭真实可靠地质钻探资料，明确反射波组中蕴含真实地质含义，形成基于整个探测区角度下成果图将会成为采矿工程设计关键资料。

2探地雷达技术于采矿工程中之具体应用

2.1对巷道围岩松动圈实行探测。我国经漫长研究发展历程后，对巷道围岩松动圈支护理论持续丰富，并且跟探地雷达技术很好结合，最终令其可熟练灵活运用于采矿工程特别为探测巷道围岩松动圈工作中。而要注意确定巷道围岩松动圈初始值为完成此工作核心，直接决定对巷道围岩松动圈实行探测成败。于过去工作人员往往会选择用超声波探测技术、钻粉法等实行探测，无论是哪种方式皆对巷道围岩造成不同程度损坏，不能确保围岩能一直保持最初状态，这将直接令探测松动圈终值之准确性、精密性大打折扣，甚至最终干扰整个采矿工程质量。采用探地雷达技术后，经配置超过200赫兹高频天线，一般于不超过10米探测深度内可将精度控制于5厘米内，同时不会对巷道围岩造成任何破坏[2]。像于采矿工程中，经采用探地雷达技术进行直接探测，发现于大约200多米围岩深处中显示存在一条强烈反射回波信号，于对电磁波组同相轴实行追踪后发现存在层状起伏，表明该界面当中电磁波正由弱到强进行变化，而到215米范围内之围岩雷达波无规律，能够清楚地看到有较大裂隙，代表此位置为破碎区。于该基础上工作人员能够明確巷道围岩松动圈厚度，并以此为根据指导设计巷道支护。

2.2对岩石位置厚度实行探测。计算矿体储量、评估该矿可采程度工作中需确定煤层中待采矿层厚度、开采放顶煤时顶煤厚度，亦需要准确了解开采空间跟重要岩层相对位置关系，此亦确保开采工作能顺利安全完成必要条件。A煤矿中有3个钻孔，经分析可知因受到爆破、岩层自身裂隙发育等，可看出整体雷达图像并未呈现出显著之规整性波形，反而给人一种杂乱无章之感觉；另外，探测图显示出煤层剖面呈现起伏形态，并且有大概十厘米一二假顶。假顶虽与煤层性质近乎一样，而其厚度要远小于煤层，且雷达波不会出现分情形。而煤层下方为砂岩，工作人员经探地雷达技术探测之采矿区煤层具体位置及厚度后，便可绘制出相应等厚线图，作设计采矿区开采关键要指导。

2.3对地质实际构造等实行探测。因真实开矿现场环境复杂，往往出现一些地质异常情形，像断层等，若此时于确定位置或在搜寻矿体工作中用巷探等方式，不仅不能有效节约时间，节省人力、物力，反而可能干扰工作安全性。用探地雷达技术则能有效解决此问题，通常于≤100米范围内，探地雷达技术可实现无损探测，即于探测过程中几乎不会对地质构造等造成破坏，这对探测地质构造中可能有水害等安全隐患时将有效保障其安全性。在此基础上，工作人员除了能得到比较理想探测参数，亦可依此为参数对断层之位置等合理判断，从而进一步提高采矿工程质量。

2.4探测采空区和含水情形。采空区指在天然之地质运动或人工挖掘后，地表会于下面形成或大或小之“空洞”，即人们通常意义上采空区。采空区对采矿工程来说是一个比较巨大之安全隐患，稍有不慎，采矿所需机械设备甚至是工作人员将极有可能坠落于采空区当中，造成重大经济损失、人员伤亡。故采矿工程中用其可对采空区有效探测，预防事故之。于A矿区中由于前人多次挖采令浅部煤层当中出现非常明显采空区。通过图像显示，大约在0米—16米位置有显著异常，约于910米深度处还出现不太完整双曲线形态图，此波形出现代表穹形空洞；于触底后波渐渐加大，而很快随不断增之深度，波幅急速减小直到消失。故最后显现成果图能准确反映出此采空区含丰富水、淤泥，且吸收了大量电磁波能量。

结语：综上，基于电磁波理论产生探地雷达为一种将地质资料作为重要参考，特别适合于弱磁媒介为主之采矿工程项目之探测技术。因该技术有许多优势功能，故未来采矿工程中还需要广泛运用，且积极探索研究，以进一步扩大该技术之运用。

参考文献

[1]刘传孝，杨永杰，蒋金泉.探地雷达技术在采矿工程中的应用[J].岩土工程学[J].报，2008（6）：102-104.

[2]刘敦文，黄仁东，徐国元，等.探地雷达技术在西部采矿工程中的应用及展望研究[J].金属矿山，2012（9）：1-4.