矿井物探-5(矿井探地雷达).ppt

1、第一章矿山探测雷达，一，基本原理二，现场工作方法三，资料处理与说明四，探测雷达的应用，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探和信息技术在隧道开挖、煤矿生产和地面工程建设中经常遇到复杂的地质异常，给施工带来困难，特别是通过老窑、松软破碎带、岩溶区，或煤与瓦斯气体突出的危险区域，如不能事前探测，则可能引起山体滑坡、涌水、煤与瓦斯气体突出等事故，影响安全生产。 地面工程地质勘探要求实施大面积、高密度的精密勘探，对地质勘探手段提出了高要求。 实践证明，采用矿山地质雷达探测、简便快速、机动、比较准确地提供资料，取得较好效果。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业

2、高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测与信息技术、探地雷达(Ground Penetrating Radar )是一种高科技的地球地球物理勘探仪器，目前已广泛应用于高速公路、飞机场路面质量检测的隧道、桥梁、水库检测地下输油管道、地下建筑检测等多种工程领域。 探测雷达用一个天线发射射频波宽带的电磁波，另一个天线接收来自地下媒体界面的反射波。 当电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场的强度和波形根据通过的介质的电气性能和几何形态而变化。 因此，可以根据接收波的行程时间(也称为双重行走时)、宽度和波形数据估计地下

3、介质的分布状况。 2007.9、中国矿业高等院校。 解释地球探测和信息技术、地下雷达探测目标离不开所需的地质理论和地质工程科学知识，更确切地说，探测地下目标的雷达系统应该称为“地质雷达系统”。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术，一、基本原理，地质雷达由发射部和接收部组成。 发送部由产生射频波脉冲波的信号发送器和向外部放射电磁波的天线(Tx )构成。 通过辐射天线的电磁波以6090的波束角向地下辐射电磁波，电磁波在传播途中在电界面反射。 当反射波由设置在给定位置的接收天线(Rx )接收时，每个接收天线还接收沿岩层表面传播的直射波，反射波和直射波由接收机记录在云同步上或在终端显

4、示。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，图1地质雷达探测原理图，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 当地球探测和信息技术、当地媒体的波速v已知时，可以根据正确测量的时刻t，用上式求出对象物的深度z。 式中的x值是收发距离，横断面测量中固定的v值可以用广角法直接测量，也可以根据近似计算式进行化学基计算：c是光速； 地下媒体的相对电容率。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球的探测和信息技术、波的两个冲程是由发射脉冲对反射脉冲的延迟决定的。 雷达图案通常被记录为脉冲反射波

5、的波形。 波形的正负峰值分别以黑色和白色显示，或者以格雷斯比例或颜色显示。 这样，同相轴、等灰度、等色线能够在图像上表现地下反射界面。 在波形记录中，各测量点在测量线的垂直方向上记录波形，构成雷达截面。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术的衰减速度非常快，因为探测雷达的电磁波主要在不理想的介质中传播，成为雷达应用的主要障碍，即探测深度有限。 电磁波的电场强度随距离衰减的规律是：其中有介质的吸声系数，它与介质的电性和频率有关，根据计算，2007.9，可写成中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，皮肤深度，2007.9，中国矿业高等院校。地球勘探与信息技术，二，发展历史与现状，2

6、007.9，中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术，三、野外工作方法，探地雷达野外工作，应根据探测对象情况和地质环境选择合适的测量残奥仪。 1 )、断面法2 )、多次霸王3 )、广角法、3.1测量方式、2007.9、中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术，1 )、断面法、断面法是发送天线(t )和接收天线(r )以一定间隔沿着测量线同步移动的一种测量方法，在发送天线和接收天线的间隔为零即发送天线和接收天线的组合为1个的情况下为单天线形式，相反地为解断面法的测量结果可以用探测雷达的时间剖面图来表示。 该图像的横轴记录了天线在地表上的位置的纵轴是反射波的两冲程时间节点，表示雷达脉冲从发送天线在地下

7、界面反射回接收天线所需要的时间。 该记录准确地反映了测量线下地下各反射界面的形态。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术，2 )，多次垄断法，由于介质吸收电磁波，来自深部界面的反射波的s/n比过小难以识别。 在这种情况下，可以使用不同的天线距离的发送和接收天线在同一测量线上重复测量，以叠加在测量记录中的同一位置处的记录，该记录可以增加深部地下介质的极限分辨率。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，20

8、07.9，中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，3 )，广角方法将这种测量方式称为广角方法，其中一个天线固定在地面上的某个位置，另一个天线沿着测量线移动，记录地下各种界面反射波的双冲程。 该测量方式旨在求出地下介质的电磁波传播速率。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探和情报技术，3.2探地雷达技术参数，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术，探测雷达数据处理的目标是，随机控制规则的干扰作用，在探测雷达的成像截面上以最大可能的分辨率显示反射波，提取反射波的各种有用的残奥仪表(包括电磁波速度、振幅和波形等)，帮助说明。 探

9、地雷达和反射地震依赖于脉冲回波信号，其子波长由发射源控制。 脉冲在地下传播过程中，能量球面衰减，介质吸收波的能量而衰减，地下介质不均匀时也会发生散射、反射、透射。 因此，数字记录的探测雷达数据就像是反射地震数据，地震数字处理的许多有效技术可以以某种形式变化而应用于探测雷达数据的处理。 四、数据处理和资料解释，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测与信息技术、4.1数字过滤烟嘴、矿山地质雷达在测量中，为了尽可能多地保留信息，始终采用全部记录方式，有效波的干涉被记录在云同步中，为了清除数据中的干扰作用信号，必须采用数字过滤烟嘴的方法。 数字

10、滤波器基于数据中的有效信号与人为干扰信号的频谱范围的差异来去除人为干扰波。 如果有效信号的光谱分布和干扰作用信号的光谱相对清晰，则可以基于具体的干扰作用信号的分布来设计合理滤波器，对其进行滤波，得到滤波结果，并且可以根据干扰作用信号的光谱分布的不同而得到低通、高通或高通2007.9、中国矿业高等院校。 如果地球探测和信息技术、4.1数字滤波器、噪声的频谱分布仅为关射频波成分，则可以使用以下滤波器进行滤波：式中为高截止频率。 一)低通滤镜，2007.9，中国矿业高等院校。地球探查和信息技术，4.1数码过滤烟嘴，2 )高通过滤烟嘴，如果噪音的频谱分布只是次低频成分，可以使用以下的过滤烟嘴去除其过滤

11、烟嘴。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，4.1数字过滤烟嘴，3 )带通滤波器，噪音频谱分布如果有次低频成分和射频波成分，可以利用以下过滤烟嘴去除过滤烟嘴： 地球勘探和信息技术、内容回顾、一、基本原理、二、发展历史和现状、三野外工作方法、一、断面法二、多次霸王三、广角法、2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，四，数据处理与资料解释，四. 1，数字化过滤烟嘴，四. 2资料片偏移处理，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术，4.2雷达资料的片偏移处理，探测雷达接收来自地下媒体界面的反射波，就像反射地震的方法一样。 只要其法线平面通过测定点，就记录偏

12、离测定点的地下介质界面的反射点。 在数据处理中，雷达记录的每个反射点必须移动到原始位置，该处理方法称为片偏移回归处理，经片偏移处理的雷达截面反映地下介质的实际位置。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，4.2雷达资料片偏移处理，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测与信息技术，4.2雷达资料片偏移处理，原始数据雷达剖面图，片偏移后雷达剖面图，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，4.3雷达图像增强处理，4.3雷达图像增强处理，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，4.4雷达资料解释，4.4雷达资料解释，2007.9，中国矿业高等院校。 地球

13、探测和信息技术，五，探测雷达的应用，80年代以来。 随着电子技术和数字化处理技术的发展，探测雷达的极限分辨率和探测深度大大提高，探测雷达广泛应用于工程地质调查、灾害地质调查、地基基础工程质量检测、考古调查、输油管道探测、公路工程质量检测等多个领域。 施工准备，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，5.1，开采被照面已知断层的尖灭点，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，5.2，石灰岩含水层，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，5.3，巷道围岩松动圈勘探，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测与信息技术，5.4，巷道影响范围探测，2007.9

14、，中国矿业高等院校。 地球探和情报技术，5.5，衬砌质量检测，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术、衬砌厚度的评价，首先，在探地雷达断面确认混凝土和岩石的界面问题的反射波是同轴的，读取反射波的两个冲程旅行时间，用式HVt2计算混凝土衬砌厚度。 速度v在明洞区域能够标定的实体度的评价根据探测雷达截面的反射波的振幅、相位和频率特征分为实体和非实体两种，非实体的混凝土体在雷达截面波形杂乱，同相轴断开的脱空体在雷达截面混凝土和围岩的交接爆破在周围岩石的表面会产生凹凸，所以在确定脱空时，要周密分析和确认断面上的异常。衬工检查，2007

15、.9，中国矿业高等院校。 地球探和信息技术，六探地雷达在工程检测中的应用，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探和信息技术，吉林省长春四平高速公路采用沥青胶路面，路面下为碎石垫。 路面分三次铺设，设计路面厚度为25cm。 工程完成前用探地雷达测量了路面的厚度。 用于检测的探测雷达为SIR-2型，工作天线频率为900MHz。下图为该公路某路面探测雷达剖面图，图中强反射为沥青胶表层与碎石垫界面反射，由反射界面双重行走时和电磁波在沥青胶路面上的传播速率计算路面厚度。 对沥青胶路面的速度进行了实验标定和统计。 结果表明，二灰石垫凹凸造成的沥青胶路面厚度变化较大，最薄的为26cm，最厚的为43cm。

16、路面厚度的指标达到了设计要求。 高速公路检查，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探和情报技术，高速公路检查，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探和信息技术，铁元素路基，2007.9，中国矿业高等院校。 地球探测和信息技术、探测雷达的方法除了通过道路质量检测进行路面厚度检测外，还可以进行路基危险性(脱空、裂缝等)检测和桥网络链接质量检测。 有些学者研究了电磁波特征与路面压实度、强度和含水量的关系，用探地雷达进行了路面压实度、强度和含水量的测定研究，取得了良好的测定效果。 高速公路检查，2007.9，中国矿业高等院校。 在地球的探测和信息技术、蚁穴、洞穴的探测、土体的堤坝上，由于碾压的不

17、真实自我、库水的渗透和动物的危害等因素，堤坝上的土穴、动物的巢穴等经常出现威胁到堤坝安全的危险性。 例如，在中国南方各省(区)的水利工程，白蚁巢常见危险，白蚁主巢直径一般为4060cm，大者可达数米，主巢周围分布数十个至数百个卫星菌园，其间有四面八方蚁道贯通堤防内外坡， 堤坝中隐藏的白蚁危害造成的堤坝危险性和坍塌率远高于其他原因，找到堤坝的白蚁巢是消除堤坝白蚁危险性的关键。 目前，探测坝体中土洞、动物巢穴最有效的物质探测方法是探测雷达和高密度电法。 2007.9、中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，2007.9，中国矿业高等院校。 地球勘探与信息技术，溶蚀沟，2007.9，中国矿业高等院校。