探地雷达在煤矿巷道掘进探测岩溶中的应用.pdf

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1、2010年6月矿业安全与环保第37卷第3期探地雷达在煤矿巷道掘进探测岩溶中的应用孙胜利，杨定超(煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆400037)摘要：分析了同华煤矿扩大区的水文地质概况，鉴于其复杂严重的实际情况，进行了综合物探。介绍了探地雷达的原理及其在同华煤矿井巷探测岩溶水中的应用情况。应用结果表明，探地雷达是超前探测岩溶水的一种很好的工具，在巷道超前探测空洞、断层等的应用是可行的，对巷道掘进及安全生产具有指导意义。关键词：探地雷达；岩溶；探测；水害防治中图分类号：P412．25；P641．134；TD263文献标志码：B文章编号：1008—4495(2010)03一(

2、D79—02岩溶水是影响隧道和煤矿井下安全生产的一大1矿井概况灾害。针对我国煤矿水文地质复杂和煤矿水害事故频发的实际情况，国家煤矿安全监察局在认真总结同华煤矿扩大区(第三区)位于同华煤矿西南各方面教训、归纳提炼各地成功经验、组织专家广泛侧，矿井总回风斜井、4条大巷及回风联络斜井、行论证的基础上，提出了煤矿水害防治“预测预报，有人下山、轨道下山等巷道均建在二叠系下统茅口灰疑必探，先探后掘，先治后采”的十六字原则和“防、岩段，距茅口灰岩顶界30—40m。地面有河流，主要堵、疏、排、截”五项综合治理措施。《煤矿防治水规穿过的灰岩地层整体上是垂直岩层的走向。特别是定》的第29条

3、规定矿井有下列情形之一的，应当进观音河东岸或更远，沿地层走向断裂带分布有地下行水文地质补充勘探工作：①矿井主要勘探目的层岩溶暗河，这是扩大区最大的主要岩溶水补给通道未开展过水文地质勘探工作的；②矿井原勘探工程和水源。在+352m至+270m大巷联络巷与+270m量不足，水文地质条件尚未查清的；③矿井经采掘大巷交点处，虽已对巷道全断面进行混凝土砌碹封揭露煤岩层后，水文地质条件比原勘探报告复杂的；底，但在大雨过后，被鼓穿，至2008年底最小降雨时④矿井经长期开采，水文地质条件已发生较大变仍然以160m／h的速度淹没北部+270m水平化，原勘探报告不能满足生产要求的；⑤矿井开

4、拓360m长大巷。大雨过后涌水量增至800m／h，把延深、开采新煤系(组)或者扩大井田范围设计需要联络斜井淹至斜长只剩40m，造成+190m、的；⑥矿井巷道顶板处于特殊地质条件部位或者深+100in水平淹没停产。仅历年来的排水费就达到部煤层下伏强充水含水层，煤层底板带压，专门防治700多万元，还不包括河床铺底等处理费数百万元。水工程提出特殊要求的；⑦各种井巷工程穿越强富该区地质及水文地质条件复杂，岩溶水严重威胁着水性含水层时，施工需要的J。因此，许多煤矿在巷扩大区的安全生产，影响2009年6月首采面预计投道掘进过程中可能遇到岩溶水，需要进行水文地质产。为此，重庆松藻煤电

5、有限责任公司委托煤炭科勘探。在满足探测条件下，矿井探地雷达是解决这学研究总院重庆研究院对同华煤矿扩大区矿井水害一难题的一种很好的工具。重灾区进行综合物探，查找岩溶暗河裂隙分布，为治理茅口水害提供科学依据J。采用的仪器有美国收稿日期：2009一l1—30；2010—04—07修订作者简介：孙胜利(1977一)，男，河南焦作人，硕士研究sir一10H地质雷达，国产KDL一3型矿井地质雷达、生，主要从事物探研究工作。高密度电法仪，在探测范围和精度上可以互为补充。·79·2010年6月矿业安全与环保第37卷第3期磁波反射界面，如含水层与围岩、空洞、溶洞、陷落2探地雷达工作原理柱

6、、断层面及煤层顶底板等都是良好的反射界面，继探地雷达(GroundPenetratingRadar，简称GPR)而可探测地下目标体的构造。是一种用于确定地下介质分布的广谱(1MHz一3探地雷达在煤矿的实际应用效果和高密1GHz)电磁技术。探地雷达利用一个天线发射高度电法仪探测结果的对比频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界用美国sir一10H探地雷达、国产高密度电法仪面的反射波，电磁波在介质中传播时，其路径、电磁2种仪器探测，2008年在同华煤矿扩大区+270m大场强度将随所通过介质的电性质及几何形态而变巷所得到的部分成果图像如图1—3所示(水平方向化。因此，根据

7、接收到波的旅行时问(亦称双程走为测线位置，竖直向下为探测深度)，在同样地点均时)、幅度与波形资料，可推断介质的结构J。发现了异常。美国雷达在图l_2文字指示处发现探测时发射天线向探测的前方定向发射电磁了电磁波波形异常和强回波反射信号，由于探测地波，电磁波进入围岩向前辐射传播，一旦遇到有电性层为灰岩地层，加上电磁波的波形特征，判断异常区差异(介质的介电常数和电阻率不同)的界面(如裂为充水溶洞；在对比高密度电法仪探测的结果后，在隙、断层、空洞等)，能量不仅在界面上发生折射，还相同位置也发现了低阻异常带，如图3文字指示处，会在界面上发生反射。界