运用矿井探地雷达探测汾西矿区的异常地质构造.pdf

2 0 1 2年 l 0月 矿 业安 全 与 环 保 第3 9卷第5期 运用矿井探地雷达探测汾西矿区的异常地质构造 杨立彪 山西汾 西矿 业集团， 山西 介休 0 3 2 0 0 0 摘要 基于探地雷达反射原理， 介绍 了防爆探地 雷达在井下工作面的实用探测方式， 并通过探地 雷 达在汾西矿 区的应用试验 ， 研究了防爆探地雷达实际探测效果。井下验证表明， 探地 雷达对断层 、 陷落 柱等异常地质构造的探测 比较准确 ， 可为类似煤矿 雷达探测提供参考。 关键词 探地 雷达 ； 地质构造； 超前探测 中图分类号 T D1 6 3 ； P 6 3 1 ． 3 文献标志码 C 文章编号 1 0 0 8 - 4 4 9 5 2 0 1 2 0 5 - 0 0 8 3 - 0 2 l 探地雷达探测原理 探地雷达 G r o u n d P e n e t r a t i n g R a d a r ， 简称 G P R， 又称地质雷达 是一种用 于确定地下介质分 布的光 谱 1 MH z～1 G Hz 电磁技术 J 。探地雷达利用发 射天线发射高频宽带 电磁波脉 冲， 接 收天线接 收来 自地下介质的界 面的反射 波， 如 图 1所示。电磁 波 在介质中传播时， 其路径、 电磁场强度与波形将随所 通过的介质的电性及几何形态而变化 。根据接收到 波的旅行时间 双程走时 、 幅度与波形资料 ， 则可推 断介质的结构和形态大小 。 髓网网 l 波 形 图I 面 ＼ ／ 图 1 探地雷达原理示意 图 2 井下探测布置 巷道掘进头超前探测时， 在巷道掘进工作面架 设发射和接收天线 ， 同时发射脉 冲信号 和接 收反射 脉冲信号 ， 根据 回波信号走时来计算异常体界面 的 距离和位置 。 每接受一个探地雷达测量任务都需要对 目标体 的特性及所处环境进行分析 ， 以确定探地雷达测量 能否取得预测效果。 1 目标体深度是一个非常重要 的指标 。如果 目 标体深度超 出雷达系统探 测距 离的 5 0 ％ ， 那 么探地 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 1 2 ； 2 0 1 2 0 6 1 3修订 雷达方法就要被排除。雷达系统探测距离可根据雷 达探距方程进行计算。在煤矿一般探测深度为 2 0～ 3 0 i n。 2 目标体几何 形态 尺寸与取 向 必须尽 可能 了解清楚 。 目标体尺寸包括高度 、 长度与宽度。目 标体 的尺寸决定 了雷达 系统可能具有的分辨率 ， 关 系到天线 中心 频率 的选 用。如果 目标体为非 等轴 状 ， 则要搞清 目标体走 向、 倾 向与倾角。一般在煤矿 中主要是断层和陷落柱 。 3 探地雷达在汾西矿 区探测 3 ． 1 断层的探测 1 探测地 点 紫金矿 3 2 0 4工作面切眼 ， 开 口后 8 1 IT I 。 2 探测时间 2 0 1 0年 1 0月 2 9日。 3 工作 面概况 探测掘进工作面宽度 4 IT I 、 高度 2 ． 8 IT I ， 断面上部有 1 m左右厚 的岩石 ， 在下部煤 层 中进行探测； 掘进工作面倾角 5 。 。该巷道下山掘进， 顶板砂岩含水 。该切眼最低标高为5 6 5 m， 无承压水 威胁。 4 测线布置 测线长度 2 ． 8 m左右 ， 每隔0 ． 0 4 1 1 1 布置 1 个测点 ， 测线高度 0 ． 8 1T I 左右 。从切眼煤壁 正前方超前探测 。第 1条测线从 右到左 ， 采集测 点 共 9 7个 ； 第 2条测线从上到下 ， 采集测点共 7 6个。 采集时掘进工作面平整度较差 ， 对数据成果有一定 的影响。 5 探测任务 主要探测切眼工作面前方 3 0 1T I 内 的断层等构造 。 6 探测成果 探测前 疗3 0 i n范围内， 无大的明 显的强反射 回波 ， 但雷达波反射不均匀 ， 可能受到掘 进工作面不平的影响。从整个成果图上来看， 在探 8 3 2 0 1 2年l O月 矿 业 安 全 与 环 保 第3 9卷第5期 考察仍有较大差距。借鉴美 国经验， 只有采取有力 措施改善培训 内容 、 培训 方式、 考核方 式 ， 提高培训 效果 ， 才能使煤矿安全培训真正发挥其应有的作用 。 5 在煤矿安全救护方面， 双方都很重视。在硬 件配备上 ， 我国甚至要强于美 国。此外 ， 在施救理念 上有所不同。美国十分强调在首先保 障救援人员安 全的前提下 ， 开展救援。 ‘ 而我 国更多强调的是“ 不惜 一 切代价地去救援 ” ， 救援人员冒险也得施救的情况 居多 ， 虽然 目前也逐步强调保 障救援人员的安全， 但 程度较美国弱。因此 ， 根据我国国情 瓦斯爆炸 、 火 灾远 比美国多 ， 强调保障救援人员的安全 ， 综合我 国和美国应急救援 的理念 ， 并开展及时救灾安全保 障的技术 、 装备研发是解决该问题 的有效办法。 5 结语 1 分析 了矿山安全与健康监察组织机构及其特 征 ， 提出了严密科学的煤矿安全监管组织机构应该 具有监察体系、 监督体系、 工人及工会的参与、 职业 安全与健康教育培训、 煤矿安全救护体系、 安全保障 安全科学研究 体系。 2 指出了美 国采取 的“ 法律规范型” 与中国采 取的“ 行政干预为主， 法律规范为辅” 的煤矿安全管 理模式 ， 讨论了 2种管理模式的基本特征及社会背 景 ， 并根据我国的国情 和社会发展趋势 ， 提 出了我 国 今后应逐步形成 “ 法律手段为主和行政干预为辅的 混合型” 的第 3种煤矿安全管理新模式 。 3 比较了中美煤矿安全管理体制机制的特点， 探讨 了中国煤矿安全管理体制机制 中存在 的问题 ， 指出了煤矿安全管理体制机制改革的路径 。 参考文献 [ 1 ]D r a g a n K o ml j e n o v i c ，Wi l l i a m A ．G r o v e s ，V l a d i s l a v J ． K e c o j e v i c ． I n j u r i e s i n U ． S ． m i n i n g o p e r a t i o n s A p r e l i m i n a r y ri s k a n a l y s i s [ J ] ．S a f e t y S c i e n c e ，2 0 0 8， 4 6 79 28 01 ． [ 2 ]C h ri s t o p h e r J ．B i s e ，K y l e L ．P e c k ．M i c r o c o m p u t e r ～ b a s e d i n s t r u c t i o n f o r m i n e r s afe t yt r a i n i n g p r o g r a m s[J ] ． C o m p u t e r s＆I n d u s t ri a l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 8 ， 2 1 1 - 4 4 1 3 - 41 7． [ 3 ]中国安全环境能源网． 美国安全管理经验研 究[ J ／ O L ] ． h t t p ／ ／ w w w ．c h i n a a h n ．c o m ／ z b ／ j i n g z h o n g ／ c o n t e n t ． j s p me s s a g e l d7 8 8 4 me s s a g e T y p e I d4 9， 2 0 0 9- 0 6 1 9 ． [ 4 ]G e r a l d S ．P o p l i n ， H u s h B ．Mi l l e r ， J a m e s R a n g e r Mo o r e ， e t a 1 ．I n t e r n a t i o n a l e v a l u a t i o n o f i u ry r a t e s i n c o a l m i n i n g A c o mp a r i s o n o f ris k a n d c o mp l i a n c e b a s e d r e g u l a t o ry a p p r o a c h e s [ J ] ．S afe t y S c i e n c e ， 2 0 0 8 ， 4 6 1 1 9 6 1 2 0 4 ． [ 5 ]H i c k m a n ，J e f f r e y S ． ，G e l l e r ，E ．S c o t t ．A s a f e t y s e l f m a n a g e m e n t i n t e r v e n t i o n f o r mi n i n g o p e r a t i o n s [ J ] ．J o u r n al o f S a f e t y R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 4 3 2 9 9 - 3 0 8 ． [ 6 ]Z h u S o n g l i ， C h e r n i ， J u d i t h A． C o a l mi n i n g i n C h i n a P o l i c y a n d e n v i r o n me n t u n d e r ma r k e t r e f o r m 『 J 1 ． I n t e rna t i o n al J o u r n al o f E n e r g y S e c t o r Mana g e m e n t ， 2 0 0 9， 3 1 9 - 2 9 ． [ 7 ]王显政． 美国煤矿安全监察体系[ M] ． 北京 煤炭工业出 版社 ， 2 0 0 1 ． [ 8 ]李新娟． 中美煤矿安全管理体制机制的比较研究[ D] ． 北京 中国矿业大学 北京 ， 2 0 1 1 ． [ 9 ]H o n g F a n g ，J u n j i e Wu ，C a t h e ri n e Z e n g ．C o mp ara t i v e s t u d y o n e f f i c i e n c y p e r f o rm a n c e of l i s t e d c o a l mi n i n g c o m p a n i e s i n C h i n a a n d t h e U S [ J ] ．E n e r g y P o l i c y ． Av a i l a b l e o n l i n e， 2 0 0 9 ． [ 1 0 ]张柏林． 我国煤矿安全行政监管问题研究[ D] ． 北京 中国政法大学 ， 2 0 0 7 ． 责任编辑 李琴 上接第 8 4页 2 经过对工作方法的研究 ， 现场探测实践证明 ， 防爆探地雷达工作时间仅 5 m i n ， 快速 、 有效且不影 响生产 。对于保障煤矿高效 、 安全生产 ， 具有较大的 意义。 防爆探地雷达技术作为一种新型的近距离矿井 物探技术 ， 受到方法本身和井下防爆环境 的制约， 还 存在诸多的不足之处。随着探测实践和井下工作方 法研究的不断深入和完善 ， 防爆探地雷达技术在煤 矿的推广应用有着广阔的前景。 96 参考文献 [ 1 ]李大心．探地雷达方法与应用[ M] ． 北京 地质出版社， l 99 4． [ 2 ]王东才．探地 雷达 与工程地质 勘探 [ J ] ． 物探装备， 2 0 0 1 9 1 8 8 - 1 9 4 ． [ 3 ]梁庆华．矿井探地雷达井下快速超前探测与数据分析 [ J ] ． 物探化探计算技术， 2 0 1 1 9 5 3 1 5 3 5 ． 责任编辑 卫蓉