[发明专利]一种胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿工程的灾害探测技术领域，涉及一种胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法，具体地说，涉及一种基于地质雷达技术的胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法。

背景技术

充填采矿法是地下开采中矿石损失、贫化最低的一种采矿方法，适用于矿岩体不稳固条件下的开采。其中，下向胶结充填法，由于采矿作业面直接顶板为胶结充填体，不仅适合于矿岩体不稳定的条件，对高硫等具有自燃性的矿体开采也十分有效。下向胶结充填采矿过程中，回采工程完成后，即对作业面形成的空区充填胶结充填体，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，然后在形成的胶结充填体顶板保护下进行下一分层矿体回采。

胶结充填体充填后，充填体经过脱水、密实等阶段，自身具有一定的强度后，对胶结充填体下一个分层矿体进行开采，此时，胶结充填体即作为下个分层矿体回采的顶板，因此，充填体顶板的稳定性是保障采矿作业安全的最重要因素。由于，充填体顶板在自重应力的作用下产生应力集中和拉应力，导致充填体顶板容易产生变形，同时，受爆破震动的影响，充填体顶板时常出现不同深度和角度的裂隙，充填体中的裂隙将导致充填体整体强度下降，容易产生顶板冒落安全事故，因此，通过探测确定裂隙的深度、角度状况及裂隙演化情况，对科学分析胶结充填体顶板稳定性及顶板破坏预测，防治灾害事故的发生具有重要的意义，对使用该采矿方法的矿山具有广泛的应用前景。

目前，地下采矿工程中的裂隙探测主要是针对岩层裂隙，通常使用的方法有：钻孔实探、岩层探测记录仪、数字式全景钻孔记录仪、声波探测。前三种探测手段都要破坏原有岩体结构，周期长、工序繁琐，而声波探测获取的声学信号较为复杂，工作人员不易操作识别。由于胶结充填体中的裂隙存在于充填材料中，不能采用钻孔探测的方法。

地质雷达技术具有操作方便简单、分辨率高、高效无损、结果直观、易识别等特点，探测作业过程中能够实时显示探测结果，并可根据探测情况实时调整探测参数，最终实现对胶结充填体顶板裂隙状态的精准探测。

地质雷达利用宽带高频电磁波以脉冲形式对物体内部的异常结构进行扫描，当胶结充填体顶板中存在裂隙时，裂隙中的空气与充填体介质间存在交界面，由于空气与充填体材料介电常数相差较大，因此雷达天线发射的电磁波遇到这个交界面后，根据电磁波反射原理会产生反射信号，反射回来的能量被雷达天线接收，经过雷达主机处理，在屏幕上显示反射波形，根据反射波形特征反映充填体顶板裂隙的状态。

然而，由于电磁波在传播中存在散射规律，对于多分层的裂隙探测，散射条纹较多，不易识别，定量的研究还没有达到完全成功，很大程度上局限于定性分析，因此该研究局限于定量探测单一均质分层胶结充填体顶板中出现的裂隙。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法，是一种基于地质雷达技术的真实、可靠、定量探测胶结充填体顶板裂隙状态的探测方法，本发明所使用的雷达探测装置包括：意大利IDS公司生产的RIS-K2雷达主机、意大利IDS公司生产的1200MHz中心频率屏蔽天线、雷达反射波信号后处理软件Greswin2、笔记本电脑、移动电源和连接电缆。通过地质雷达对胶结充填体顶板裂隙进行探测，结合图像处理及数字化取点，拟合出裂隙反射方程，得到裂隙顶、底部端点处的深度，并根据端点坐标计算裂隙长度L和与竖直方向夹角θ，从而了解胶结充填体顶板裂隙的存在状态及其演化过程，其获得的测量结果与实际裂隙状态有很强的关联性。

其技术方案为：

一种胶结充填体顶板裂隙状态无损探测方法，包括以下步骤：

1)根据现场状况，在胶结充填体顶板表面布置一条或两条垂直于裂缝走向的测线，测线位置尽可能呈平面状，以免雷达天线陡伏移动导致探测效果不佳，要求测线长度不小于1米，且裂缝位于测线中点，周围无金属反射性强的介质存在，如存在，则要了解金属物性质、大小、位置、埋深情况，同时在探测图像上进行标注，在后处理中剔除该反射。

2)雷达天线在裂缝一侧沿垂直于裂缝方向先增益，该操作使地质雷达探测系统自动记录用于雷达实时探测的信号滤波参数；建议：场地发生变化时，重新进行增益。

3)测线一端作为起始位置，沿测线方向，采用连续采集方式，雷达天线紧贴胶结充填体顶板探测，在天线经过裂隙位置时，在探测图像上做标记，测试至终点结束，保存采集的数据文件。