地质雷达在矿井塌方空洞及松动区检测中的应用(1).pdf

岩土工程界　第 11卷 　第 7期 地质雷达在矿井塌方空洞 及松动区检测中的应用 陶连金 　魏光远 　韦宏鹄 　孙玉辉 　蒯本秋 　管 　诚 (北京工业大学建筑工程学院 ) 摘 　要 　以某矿井顶板塌方空洞和松动区检测为例说明了地质雷达的工作原理 ,操作流程以及检测资料 的分析处理 。检测结果指明了塌方空洞和松动区的分布范围和大小 ,为下一步进行回填注浆加 固提供了基础数据 。 关键词 　地质雷达 　塌方空洞 　松动区　分开矿井 ( ) 　　地质雷达 Ground Penetrating R adar,简称 GPR 盖了考古 、矿产资源勘查 、岩土工程测试 、工程质量 又称探地雷达 ,最早 由德国人 L eim bach 和 Lowy 于 无损检测 、环境工程等诸多领域 。 19 10年阐明其概念 。近 10 年微电子技术的发展和 信号传输技术的进步解决了地质雷达的高速采样和 2　地质雷达的工作原理 信息处理技术 ,地质雷达测试技术因此获得革命性 地质雷达一般由计算机 、控制面板 、发射电路 、 发展 ,应用日益广泛 [ 1 ] 。 发射天线 、接收电路 、接收天线组成 。基本工作原理 目前国产地质雷达主要有重庆和青岛两家 , 由 是利用高频电磁波 , 以宽频带短脉冲的形式 ,在地面 于体积庞大或信号采集不理想 ,使用较多的是进 口 通过发射天线将信号送入地下 , 由接收天线接收经 雷达 。其中代表性的有美国地球物理检测设备公司 地层界面或 目标体反射后返回地面的那部分电磁波 ( ) ( ) GSSI 的 SIR 系统 、加拿大探头及软件公司 SSI 反射信号 ,然后通过计算机分析电磁波反射信号的 ( ) 的 pu lse EKKO 系列 、瑞典地质公司 SGAB 的 RA 时频特征和振幅特征来确定地层或 目标体的位置 、 MAC 地质 雷达 系统及 日本应用地质株 式会 社 几何形态和结构等 。 (OYO ) 的 GEORADAR 系列等 4 家 [ 1, 2 ] 。 对某矿井风井井筒顶板的塌方空洞和松动区检 测使用瑞典地质公司的 RAMAC / GPR 系列地质雷 达 ,获取了比较准确的空洞和松动区分布范围 ,为地 质雷达在井巷工程中的应用做了一些探索 。 1　地质雷达的优势和使用范围 地质雷达作为一种利用高频电磁脉冲波的反射 检测地下目的体分布形态及特征的地球物理检测方 法 ,具有很多难以比拟的优势 : 图 1　地质雷达工作原理图 ( 1) 无损检测 ,检测 目标体时无需钻孔 ,对 目标 体没有扰动 ,可保持 目标体的原有状态 ; 不同介质具有不同的物理特性 ,金属对电磁波 (2) 高分辨率 , RAMAC 系列天线频率最高可 具有很强的反射能力 , 因此巷道衬砌结构中的钢筋 达 12 GH z,分辨率可达厘米级 ; 和钢架非常明显 , 同时会对周围介质的反射波产生 ( 3) 抗干扰能力强 ,可在各种噪声环境下工作 ; 很大影响 。介质界面发生的反射电磁波的振幅和波 (4) 检测效率高 , RAMAC 仪器 内置微计算机 形变化取决于界面两侧介质介电常数的差异 ,也就 及专用 D SP 处理器 ,从数据采集到图像处理实现一 是反射系数的大小 。 体化 ,可实时输出剖面记录图。 ( ε