地质雷达在井巷掘进超前地质预报中的应用
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Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５２５
Ｊａｎｕａｒｙ．２０１３
现代矿业
Ｍ０ＲＤＥＮ ＭＩＮＩＮＧ
总第５２５期
２０１３年１月第１期
地质雷达在井巷掘进超前地质预报中的应用
何 磊 孙家宁 孙祥鑫
（１．中冶矿山施工工程技术中心；２．北京科技大学土木与环境工程学院）
摘要以龙塘沿铁矿为依托，对开拓掘进巷道进行了地质雷达超前探测，通过对探测信号的
处理分析，分别对破碎带、富水区域、软弱围岩以及矿岩分界面进行了预报，并进行开挖验证。对各
种不良地质情况的地质雷达信号特征进行了分析，初步总结井下地质雷达探测信号解释规律，并对
金属矿山井下常见的干扰信号进行了分析。研究结果表明地质雷达可较好分辨不同类型的不良地
质体，可在井下巷道超前地质预报中推广应用。
关键词地质雷达超前预测 不良地质体
在我国铁路、公路隧道施工过程中，超前地质预
报常用的方法主要有地质分析法、地震超前预报法
及地质雷达法等…。其中，地质雷达法是物探方法 中分辨率最高的探测方法。其通过向地下发射高频 宽带的电磁脉冲信号，利用地下介质的电磁特性差 异，根据回波信号的振幅、波形和频率等特征来分析 和推断地质体内部结构特征，在公路、铁路隧道施工 中有着广泛的应用 Ｊ。我国金属矿山普遍具有地 质条件复杂的特征，冒顶片帮、突水等事故频频发 生，采取有效的超前地质预报措施可很大程度上避 免事故的发生。地质雷达法在隧道施工中进行超前 预报取得了良好的效果，但在金属矿山巷道掘进中 应用的报道并不多见。本研究将对地质雷达在金属 矿山掘进巷道中进行试验，对掘进巷道前方进行探 测，预报前方断层破碎带、节理裂隙密集区及富水区 域等不良地质情况，分析不良地质体的雷达反射信 号特征，为矿山安全生产提供依据，为地质雷达探测 方法在金属矿山的应用提供参考。 １地质雷达探测原理 地质雷达技术利用主频为１０６～１０９ Ｈｚ波段的 电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天 线发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返 回地面，被雷达接收天线所接收。通过对所接收的雷 达信号进行处理和图像解译，结合地质资料，对前方 地质异常体做出预测，从而达到超前预报的目的。 地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对电 磁波不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得 何磊（１９８６一），男，硕士研究生，１００１７６北京市大兴区亦庄 经济技术开发区康定街１号。 ７８ 雷达发射出去的电磁脉冲在到达接收天线时，综合 了地下不同介质的物理信息，表现为波幅减小、频率 降低、相位和反射时间发生变化等，波形变得与原始
发射波形有较大的差别，通过对这些改变了的波形
进行处理分析，得到所需要的地下信息，建立地下介
质的结构模型。因此，地下岩体的内部构造如断层
破碎带、裂隙密集区、富水区等可通过地质雷达反射
波的特征进行判别，达到超前预报的目的 ４。。
２工程概况
龙塘沿铁矿矿区位于长江西岸，周边区内河网
密布。矿山总储量３ ３５５．８４万ｔ，矿山采选生产规
模１３０万ｔ／ａ，设计服务年限为２７．１２ ａ，当前处于基
建期。矿山采用地下开采方式，中央主副井、南北两
翼回风井的开拓方案。
该矿为大水矿山，水文地质条件复杂，矿区主要
含水层分为２类，一类是第四系孑Ｌ隙水含水层，另外
一
类为三叠系黄马青组、徐家山组以及石英闪长岩
中的裂隙或溶蚀含水层。其中三叠系徐家山组富水
性较强，在其灰岩等岩性中发育较多溶洞，对矿床开
采及矿山建设影响较大。虽然普查和详查地质报告
均指出在该矿区不发育断层构造，但在矿山基建过
程中发现与实际情况并不相符。在目前已施工的几
个水平中，出现涌水现象的附近都见到了近东西走
向、南倾、倾角７０。左右的张性断层，断层内充填疏
松断层泥、角砾等，氧化特征明显，沿断层面常见流
水或滴水现象，属导水构造。根据目前资料初步判
断，矿坑充水因素是第四系孔隙水沿矿区内导水断
层补给至三叠系黄马青组、徐家山组以及石英闪长
岩中的裂隙或溶蚀含水层。据相关资料预测，金龙
矿区最大涌水量为１４ ０４９．４ Ｉｌｌ ／ｄ，最小涌水量为
巷第５２５期 现代矿业 ２０１３年１月第１期
Ｕ Ｊ ２ ｊ
测线长度／ｍ
图３节理裂隙密集区地质雷达波形示意
４．４井下干扰分析
地质雷达在井下进行探测时，掌子面环境可产
生干扰信号。对于１００ ＭＨｚ屏蔽天线，通常产生较
大影响的因素主要是掌子面金属物体和掌子面开挖
的平整度。当探测面存在钢筋网、锚杆垫片等其他
金属物体时，雷达天线移动知其上方时所接收的反
射波特征为波形高频振荡，直至时窗结束位置。当
探测的掌子面凹凸不平，天线不能较好与掌子面耦
合时，雷达天线发出的脉冲电磁波在天线与掌子面
之间形成多次反射，造成明显的干扰信号。
５ 结论
通过对龙塘沿铁矿３个水平的开拓掘进巷道工
作面的地质雷达探测，预报了断层破碎带、裂隙密集
区以及富水岩体３种不良地质体，并分析矿山井下
应用地质雷达探测的常见干扰。利用地质雷达进行
井下掘进巷道超前地质预报，可较好地探测断层破
碎带、富水构造等不良地质体，为掘进施工方案设计
提供依据；井下断层破碎带在地质雷达图像上显示
特征为中低频强反射信号，同相轴不连续，反射波较
错乱，裂隙密集区反射信号显示特征为同相轴连续、
非连续均有显现，振幅较强，频率特征与是否富水相
关，富水岩体显示特征为中低频反射信号明显，振幅
强，同相轴较为连续，通常有若干周期的震荡。但
是，地质雷达在矿山井下探测时，易受到探测面金属
物件、掌子面不平整等因素影响，造成地质雷达图像
中的干扰信号，探测时应尽力避免。
参考文献
［１］ 齐延．隧道地质超前预报技术与应用［Ｍ］．北京：气象出版
社．２０１０：２－８．
［２］ 王正成，谭巨刚，孔祥春，等．地质雷达在隧道超前预报中的应
用［Ｊ］．铁道建筑，２００５（２）：９－ｌ０．
［３］ 李大心．探地雷达方法与应用［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９４．
［４］ 白哲．地质雷达在超前隧道预报中的应用［Ｄ］．武汉：武汉
理工大学，２００６：１８—１９．
（收稿日期２０１２．１０＿２８）
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记者在线・
国土资源部：攀西钒钛磁铁矿利用确定“三率＂
国土资源部近日发布《四川攀西钒钛磁铁矿资
源合理开发利用“三率”指标要求（试行）》，制定了 攀西地区钒钛磁铁矿开采回采率、选矿回收率、综合 利用率等相关指标。按照要求，钒钛磁铁矿露天开 采的回采率需不低于９４％，地下开采回采率不低于 ８２％。 在选矿回收率方面，根据矿石全铁（矿石中铁 元素的总含量）入选品位和铁精矿品位的不同，铁 选矿回收率有不同要求。其中，铁精矿品位在５４％ 以上的，铁选矿回收率要求不低于６０％。 此外，文件还强调，矿山企业开发利用钒钛磁铁 矿时，要对伴生的钛、钒、铬及硫化物等有用组分进 行综合利用。根据钛精矿品位的不同，钛综合利用 ８０ 率要求不低于１２％、１６％和２０％３个标准。根据铁 选矿回收率的不同，钒的综合利用率要求不低于
６４％、７０％和７５％３个标准。文件还对铬、硫化物
的综合利用做出相关规定。
国土部表示，四川攀西地区是我国重要的钒钛
磁铁矿资源基地和钒钛产业基地。出台该文件的目
的是“为保护和合理利用该区钒钛磁铁矿资源，提
高矿产资源综合利用水平，促进产业升级。”
文件还强调，生产矿山要在本指标要求发布之
日后３ ａ内达到规定要求。达不到本指标要求的，
省级国土资源主管部门应组织督促其限期整改，整
改后仍未达标的矿山企业，不予通过矿产资源开发
利用年度检查。
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