充填体顶板裂隙的雷达探测研究

刘学斌

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.035

摘 要：铜矿开采过程中，矿体材质松散易碎会带来一定的安全隐患。探地雷达通过发射超高频脉冲产生电磁波对矿体表面介质分布进行探测，从而发现矿体的安全隐患。雷达探测法具体干干扰能力强、探测准确高效、成本低且操作方便等特点，可实现对矿体隧道的连续不间断扫描。该文介绍了探地雷达探测理论基础知识，并以武山铜矿为例进行研究。

关键词：探地雷达 探测 充填体 裂隙

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（a）-0035-04

Study on the Cleavage of Filling Body with Radar Detection

Liu Xuebin

（Jiangxi Copper Corp Of Wushan Copper Mine，Ruichang Jiangxi，332204，China）

Abstract：Copper mining process，ore loose friable material will bring some security risk.Ground penetrating radar electromagnetic waves generated by the ultra-high frequency pulse transmitter on the surface of the dielectric ore distribution probe，which found orebody security risks.Radar detection method specific dry-interference ability，accurate detection of high efficiency，low cost and easy to operate features，can achieve uninterrupted scanning tunneling ore body.This article describes the theoretical ground penetrating radar basics，and Wushan Copper Case study.

Key Words：Ground Penetratingradar（GPR）；Exploration；；Filling body；Fracture

江西武山铜矿主要产区位于其北部，矿区总面积6.38km2。由于该矿区矿体上下盘由石英砂岩、花岗闪长斑岩及铁质黏土等易碎成分组成，尤其在节理密集地段，岩体破裂严重。为满足当地岩体需求，下向进路式胶结充填法为主要开采法。这一开采过程中，胶结充填体顶板受到掘进爆破和自身应力的影响，容易造成一定程度的裂隙，最终影响填充体的强度，严重的会造成人员伤亡。在开采过程中存在安全隐患，给生产带来严重威胁。填充体顶板裂隙的雷达探测技术查找填充体安全隐患并确保施工安全。该技术利用超高频脉冲电磁波来探测地下浅层与超浅层介质分布。具有探测准确、影响因素少、抗干扰能力强且成本低等特点，目前在我国矿体安全开采过程中应用广泛，已经实现了对矿体的连续扫描。

2 现场裂隙探测和分析

武山铜矿-220 m中段E9盘区矿主要是由高领土和大理岩组成，与石英砂岩相比，大理岩的稳定性较好，但高领土砂石的稳定性较差，而E9矿区的砂石主要位于下盘。盘区采用下向水平分层进路式胶结充填采矿法，施工断面为4.0 m×3.5 m（宽×高），切采断面为3.5 m×3.5 m（宽×高）。在该盘的区发现2条裂隙，裂隙平面分布见图3。

2.1 E9盘区裂隙1

E9盘区胶结充填体顶板钢筋暴露区域易发生裂隙，称之为裂隙1。裂隙1沿回采进路方向发展，裂隙表面延展长度和宽度分别为20 cm和15 mm，现场图见图4。

此次探测频率为1 200 MHz，将采集到的雷达数据导入雷达后处理软件GresWin2，对探测数据进行滤波和增益处理，得到处理结果图见图5（a）。图5（a）显示，在0.09 m位置处波形出现曲线，提示存在裂隙，并且曲线向右以一定的倾斜角度延伸，终止于在0.32 m处。说明该裂隙为倾斜裂隙，其具体分布情况如图5（b）。通过图我们可以看出，该裂隙的顶端坐标为（0.09，2.94），底端坐标为（0.32，9.0），裂隙底端绕射时差为6.06 ns，根据电磁波在胶结充填体中的传播速度，可计算得到裂隙底端深度为55 cm，根据式（1）和式（2）计算出裂隙斜长L=59 cm，与竖直方向夹角θ=23°。建议在充填前的生产作业期间，对该裂隙继续探测。

2.2 E9盘区裂隙2

E9盘区回采断面裂隙2走向与回采进路方向垂直延伸，裂隙在顶板表面延展长宽分别为20 cm、10 mm。现场图见图6。

此次探测探测频率为1 800 MHz，采集的的雷达数据进行滤波和增益等处理，图7为E9盘区裂隙2雷达图，由图我们可以看出雷达图像波形相对稳定，说明此次未发生裂缝。为胶结充填体顶板表面裂纹，此处裂纹对胶结充填体顶板的安全稳定不产生影响。

3 结语

文章介绍了江西武山铜矿北矿区开采过程中，顶板裂隙的雷达探测。武山铜矿矿区矿体材质决定了其易碎特征，雷达探测能够准确查找填充体顶板的安全隐患，计算裂隙距离，从而确保开采安全。胶结充填体顶板钢筋暴露区域易发生裂隙，我们称之为裂隙1。裂隙1沿回采进路方向发展，裂隙表面延展长度和宽度分别为20 cm和15 mm，计算出裂隙底端深度为55 cm，根据下文公式计算出裂隙斜长L=59 cm，与竖直方向夹角θ=23°。建议在充填前的生产作业期间，对该裂隙继续探测。回采断面裂隙2走向与回采进路方向垂直延伸，裂隙在顶板表面延展长宽分别为20 cm、10 mm。由于该区域的矿体材质特点，使得雷达探测显示波形平缓，证明此处裂隙无纵向发展，为胶结充填体顶板表面裂纹，该处裂纹对胶结充填体顶板稳定性无影响。最后，探测雷达电磁波正确地反应了矿区顶板裂隙情况，在探测过程中，要正确地选择雷达采集参数。

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