地质雷达在露天煤矿采空区探测中的应用.pdf

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1、2010年第2期能源技术与管理l3doi：10．39690．issn．1672-9943．2010．02．006地质雷达在露天煤矿采空区探测中的应用李永铭，潘冬明，陈涛，贺克升(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116)[摘要]地下采空区的存在对露天煤矿生产和人员的安全造成了严重的危害。在论述地质雷达的方法、技术及原理的同时，通过探测露天煤矿采空区的工程实例表明，地质雷达在探测露天采空区的分布范围效果十分显著。[关键词]地质雷达；露天煤矿：采空区；探测技术[中图分类号]P624[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2010)020133在终端将两种波显示出来。反射雷达

2、探测原理示1概述意图如图1所示。露天煤矿先期开采形成的采空区对后期的大T．．卜—————一X——————R▲▲型设备的剥离开采构成了极大的危险。而且由于采空区的出现带来的煤层自燃也对人员安全带来潜在的危险和巨大的经济利益的损失。因此及时准确的探测出不明采空区的分布范围是及其重要的任务。当前可以进行采空区探测的物探方法有很多。但是，在本次露天煤矿采空区勘探中，由于其采空区深度比较浅，在7～10m，而勘探精度比较大，要求平面误差在0．5m。在这种情况下，高密度图1反射雷达探测原理等电法方法由于其分辨率的限制而达不到要求。脉冲波旅行时为：地震方法在浅层勘探中效果也不明显。而地质雷：达探测技术具有

3、分率高、成果解释可靠、应用范围广泛、操作简便和自动化程度高的优点。对浅层式中，表示波速；表示目标体的深度，表(30ITI以内)地质调查，有着非常广泛的应用前示收发距；￡表示反射波走时。景，如探测采空区、基岩面、覆盖层厚度、查找潜伏当地下介质中的波速为已知时，可根据精断层、破碎带、古溶洞，以及地下掩埋物(管道、电确测得的走时t，由上式求得目标体的深度z。式缆、金属目标等)、管道沟、涵洞等特别有用。故此中值在剖面测量中是固定的，值可用宽角法次工程选择地质雷达进行勘探。直接测量，也可以根据以下近似公式计算：2地质雷达原理[·]嘉地质雷达(GroundPenetratingRadar，GPR，又式

4、中，c表示光速表示地下介质的相对介称探地雷达)由发射部分和接收部分组成。发射部电常数。分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的的天线()组成。通过发射天线电磁波以60。～90o延时而确定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形的波束角向地下发射高频电磁波(10～109Hz)，式记录。波形的正负峰分别以黑色和白色表示，或电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色射波被设置在某一固定位置的接收天线(R)接线，即可形象地表征出地下反射界面，图2为波形收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播记录示意图。图2中对照一个简单

5、的地质模型，画的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或出了相应的波形记录。在波形记录上，各测点均以l4李永铭，等地质雷达在露天煤矿采空区探测中的应用2010年第2期Ⅲ／匿富测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。RmAMAC／GP加R地质雷如达，选择100MHz天线进行探测。发射天线与接收天线间距为1m。为了尽可能地分辨地下采空边界，空间域采样间隔(道间距)为0．5m，垂叠次数为128次，采用反射剖面法进行工作。按要求及场地情况总共测量25条测线，线距为10m，如图3所示。(a)地质模型l234567点位／m图3雷达测线布置图3．2资料处理为了对雷达图像进行合理的地质解释，首先需要进行数据

6、处理。数据处理主要是对雷达波形作处理，包括增强有效信息、抑制随机噪声、压制(b)对应宙达剖面记录图2雷达剖面记录示意图非目标体的杂乱回波、提高图像的信噪比和分辨由于地质雷达发射的电磁波段常为107以上率等。其目的是压制随机的和规则的干扰，以尽可的数量级，并且地质雷达可对发射、接收电磁波的能高的分辨率在雷达图像上显示反射波，便于提频率进行控制，因此资料具有信噪比高、干扰低的取反射波的各种有用参数，以利于地质解释。常用特点。其发射的电磁波段常为107以上数量级，在的雷达数据处理手段有数字滤波、反滤波、偏移绕地层介质中雷达波长一般为0．1～2m，所以地质雷射处理和增强处理等。数字滤波利用电磁波的

7、频达在探测浅部地层介质时，具有比地震波更高的谱特征来压制各种干扰波，如直达波和多次反射分辨率，而且具有经济、高效、非破坏性等优点。波等；反滤波则是将地下介质理解为一系列的反射界面，由反射波特征求取各个界面的反射系数；3工程应用实例偏移绕射处理，即反射波的层析成像技术，是将雷山西某露天煤矿进人原煤矿采空区时出现煤达记录中的每个反射点偏移到其本来位置，从而体自然发火现象。自燃灾害不仅燃烧大量的煤炭真实反映地下介质分布的情况；