探地雷达在松动圈确定与巷道支护参数优化中的应用

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地质雷达测试巷道围岩松动圈的原理及应用

探测法、多点位移计量测法、射波法、质雷达探折地
测法等Ｊ。其中２０世纪７Ｏ年代末，长春煤炭研究所开发的“ 声波围岩裂隙探测仪 ” 使声波法得到超，广泛的使用，一种简便实用的围岩松动圈的测试是
巷道开挖后，坏了原岩的应力平衡状态，破围岩
受力状态由三向变成了近似两向，致围岩应力重导
新分布和局部应力集中，成岩石强度较大幅度地造
下降。此时，大主应力是沿巷道壁面的切线方向，最
围岩中出现了１松弛破裂带，围岩松动圈 ¨ 。个即
庭教授等人经过长期研究，出围岩松动圈支护理提
论Ｊ在矿山工程中得到广泛应用。这些理论的运，
其力学特征表现为应力降低区即松动圈、性区及塑
弹性区，图１示。如所
用，以已知围岩松动圈的范围为前提，都因此测试围岩松动圈具有较大的实际意义和应用价值。
巷道围岩松动圈测试方法有很多，随着科学并
技术的不断进步而发展完善，中主要包括超声波其
生，要从事岩体加固理论与应用技术的研究。Ｅ—ｍａ：主ｉｌ
ｍｑｂｌ８９５＠ｌ６．ｏ。２ｔｍ
余年发展起来的地球物理高新技术方法，具有分其辨率高、位准确、速经济、活方便、面直观、定快灵剖

地质雷达探测技术在矿井围岩松动圈探测中应用

文献标志码：Ａ
文章编号：１００８— ０１５５（２０１５）０９— ０１３７— ０２
巷道开挖后，围岩中的原岩应力失衡，巷道会由浅及深产生一系列的破坏，最终有破碎岩体形成一个松动圈… 。利用松动圈理论，可以为巷道锚杆（索）的支护设计提供基础的理论数据。杨河煤业４２采区变电所底板标高一３６４ｍ左右，实际埋深６００ｍ左右，变电所围岩岩性以泥岩、砂质泥岩为主，局部为ＩＪ７一灰岩。同时该泵房附近存在一条断层，落差１０ｍ，致使变电所顶板产生滑移；Ｌ一灰岩ｆ值为６ — ８，强度较高，但受该断层影响，岩体内节理极为发育，完整性差。针对杨河煤业４２采区变电所实际情况，采用瑞典制造生产的“ 地质雷达” ，对该区域围岩松动圈测试，解决了杨河煤业４２采区变电所支护的问题。１雷达测试围岩松动圈基本原理巷道围岩松动圈有许多测试方法，其中使用地质雷达技术是目前最先进的，目前矿井利用地质雷达对松动圈的测定越来越多Ｊ。地质雷达基于介质间的电导率、介电常数等电性差异，以高频电磁波（主频为数十兆赫至数百兆赫）在电性界面的反射来探测地下目标体的。在地下一定深度内如果存在有异常物体，并且其与周围介质间存在明显的电性差异时，由地质雷达天线在巷道表面向巷道围岩发射的高频电磁波遇到异常物体与周围介质电性分界面时就会被反射回巷道表面被接收天线接收，根据介质中电磁波传播速度和接收的反射信号及其双程走时，便可确定围岩深部裂隙区域与较完整岩体分界面的位置和深度。作为一种主动的电磁探测系统，由计算机、控制面板、发射电路、发射天线、接收电路和接受天线６部分组成。其工作原理为：利用一个天线Ｔ发射高频宽频带电磁波送入围岩，经深部较完整岩体与裂隙岩体的

松动圈测试技术及其在巷道支护中的应用

巷后新的破坏裂隙及其分布范围，围岩中新产生的裂隙与没有裂隙的交接位置就是松动圈的边界【。松动圈产生原理及巷道中的围岩松动圈见图１、图２。
顶锚杆采用￣２２ｘ２４００ｍｍ普强螺纹钢锚杆，间排距８００ｍｍｘ８００ｍｍ，配１２０ｍｍｘｌ２０ｍｍｘｌ２ｍｍ普强异形托盘；帮锚杆采用￣２０ｘ２６００ｍｍ普强螺纹钢锚
杆，间排距８００ｍｍｘ８００ｎＵＴｌ，配１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘ１０ｉｎｌｎ的铁托盘，另加一块２００ｍｍｘ２００ｍｍｘ５０ｍｍ
的木托板。原方案难以有效控制此类高应力工程软岩
测法、地震波法、形变一电阻法、多点位移计量测法、声波法和渗透法等。现场容易接受、易于测试的
同煤科技
ＴＯＮＧＭＥＩＫＥＪＩ２０１３年第３期
为多点位移计量测法和声波法。本次松动圈测试采用
索使用３根Ｚ２３６０树脂药卷，张拉力３５ＭＰａ。锚索
上
式中：ｃ， — — 围岩的内聚力和内摩擦角。由式（１）、式（２）可得塑性区半径ｒ为：
式中：Ｏ＂ｏ，Ｏ＂ｒ ——径向应力与切向应力；
ｒ ——极限平衡区。
道。此次注浆加固目的在于控制煤帮大变形，因此松
动圈测试只在两帮进行。
极限平衡微分方程为：

巷道围岩松动圈测定及支护参数优化

第４２卷第９期能　源　与　环　保Ｖｏｌ４２　Ｎｏ９２０２０年９月ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｅｐ．　２０２０　收稿日期：２０２０－０５－１２；责任编辑：陈朋磊ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０２０．０９．０４８作者简介：曹庆华（１９８２—），男，河南永城人，工程师，２００７年毕业于河南理工大学，现从事煤矿管理工作。

引用格式：曹庆华．巷道围岩松动圈测定及支护参数优化［Ｊ］．能源与环保，２０２０，４２（９）：２１７２１９，２２３．ＣａｏＱｉｎｇｈｕａ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｒｏａｄｗａｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４２（９）：２１７２１９，２２３．巷道围岩松动圈测定及支护参数优化曹庆华（河南能源化工集团永煤公司车集煤矿，河南永城　４７６６００）摘要：为了对巷道进行有效支护，确保巷道的稳定性，基于研究巷道实际工程概况，采用电磁雷达法对巷道围岩松动圈进行测试，根据不同测线的雷达探测曲线，得到了研究巷道围岩松动圈级别；优化了巷道支护参数，主要包括顶板锚索、帮锚索、顶帮锚杆、一次喷浆、二次喷浆、道底板圆弧形卸压槽的开挖及底板注浆锚索加固等，并进行了巷道表面位移观测。

研究得出，优化后的巷道支护能够有效控制巷道围岩变形。

关键词：围岩松动圈；支护参数；喷浆；圆弧形卸压槽；注浆锚索中图分类号：ＴＤ３５３文献标志码：Ａ文章编号：１００３－０５０６（２０２０）０９－０２１７－０３ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｒｏａｄｗａｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓＣａｏＱｉｎｇｈｕａ（ＪｕｊｉＣｏａｌＭｉｎｅ，ＹｏｎｇｃｈｅｎｇＣｏａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＨｅｎａｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ，Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ　４７６６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅｒｏａｄｗａｙａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｏａｄｗａｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒａｄａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｒｖｅｙｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏａｄｗａｙｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｏｏｆａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ，ｓｉｄｅａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ，ｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｂｏｌｔ，ｐｒｉｍａｒｙｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ，ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆａｒｃ－ｓｈａｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｇｒｏｏｖｅａｔｒｏａｄｆｌｏｏｒａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｏｆｆｌｏｏｒ．Ｍｅａｎｓｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｒｏａｄｗａｙｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄ，ｔｏｏ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｒｉｎｇ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ａｒｃｓｈａｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｇｒｏｏｖｅ；ｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ０　引言随着煤矿快速发展，特别是穿过断层破碎带、巷道断面大、地质条件恶化、地压大、采深大的巷道，一般的巷道支护已经不能满足深部破碎的巷道，出现了难支护、支护效果差等特征，严重影响了矿井的安全生产。

地质雷达测试松动圈应用

缓波状起伏；根据巷道掘进揭露、三维地震勘探资料解释，工作面里段发育9条断层，包括3条逆断层和6条正
断层，正断层F11贯穿工作面，且与工作面两巷近于正交，其余断层与工作面两巷均斜交，断层落差均小于2.0 m，断层附近煤层顶板较为破碎，压力较大，回采期间需加强顶板管理。 1.2 巷道测试方案
第3期 2 0 21年 6月
现代盐化工 Modern Salt a nd Chemical Industry
地质雷达测试松动圈应用
张冯
（安徽理工大学矿业工程学院，安徽淮南 232001）
N o .3 Ju ne，2021
摘要：地质雷达是当前国内外最先进的物探设备之一，在岩土工程和矿山、隧道工程等领域得到了广泛的应用。阐述了用地质雷达测试巷道围岩松动圈的基本原理，验证其可行性，并在口孜东矿工作面机巷和井底车厂联巷中进行了测试实践，利用 IDSP6软件对测试结果进行后期分析，得出相应测试点的松动圈范围。关键词：地质雷达；巷道围岩；松动圈
岩，松动圈厚度较小。（3）在同一断面中，强度高的岩体松动圈厚度较小，强
度低的岩体松动圈厚度较大。 [参考文献]
[1]徐世达，陈治洋，雷刚.基于便携式地质雷达的巷道围岩松动圈探测[J].中国矿业，2019，28（11）：99-103.
[2]石国杰，王晋国，侯兆阳，等.地质雷达数据处理新方法研究[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2017，27（1）：42-44.
[3]郭亮，李俊才，张志铖，等. 地质雷达探测偏压隧道围岩松动圈的研究与应用[J ].岩石力学与工程学报，2 011，3 0（增刊1）： 3009-3015.
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地质雷达[3]是当今国内外较为领先的一种地质探测工具，主要运用了电磁探测技术，可以对需要探测的环境或者物质进行精确的定位与识别，如图1所示。 1.1 工作面概况

超前地质预报来测定巷道的松动圈

超前地质预报来测定巷道的松动圈一、使用目的矿井地质构造、煤层赋存情况、水文地质状况是矿井生产与安全的主要影响因素。

超前地质预报能及时提供迎头前方的工程地质等一系列情况，从而能有效地控制地质灾害的发生, 确保巷道安全顺利施工,节约投资。

而且对巷道的合理布置、支护参数选取都具有十分重要的意义。

在本次使用中主要测量采动影响后巷道的松动圈范围,二、探测所需仪器KDZ113-4便携式矿井地质探测仪KDZ113-4便携式矿井地质探测仪系统组成三、探测原理：单点探测是利用声波在波阻抗不同的介质面反射原理来探Vx h V x h V ASOA t 2222422+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=测介质的速度和厚度的。

单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式。

它是通过接受岩、煤层界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的层距离或厚度的。

单点探测要求检波器和震源尽量的靠近，但不能接触震源。

单点探测接收的反射波是震源在界面的垂点反射回来的反射波，所以解析的距离总是等于或小于实际位置。

探测目的层与探测方向的夹角大于 60°，可以满足误差要求。

图1为单道观测系统波路图。

由反射波时距曲线方程：式中x 即为偏移距，v 为探测介质的地震波波速，t 为地震波旅行时间，而 h 是目标体的界面深度，是需要求解的。

因此根据测试所获得的地震波记录，进行反射波相位追踪，确定各个界面的反射波组并求取反射相位时间，即可求解探测目标体的深度，并进行地质解释。

对于倾斜界面则根据反射波组特征进行相应的深度校正，获得该界面的实际深度位置。

四、判断标准根据KDZ113-4便携式矿井地质探测仪的波形数据软件解析图和巷道的地质资料图对巷道迎头处的地质构造作出预测判断。

根据具体的问题采取相应的超前支护措施等。

五、使用情况KDZ113-4便携式矿井地质探测仪具体使用位置由矿方确定（采动影响范围，尽量多的测几个不同的断面），使用时间由矿上确定（满足1：所测测点在受采动影响范围内，2，测点不受采动影响—参照）。

探地雷达的简述及在各领域中的应用

圈２探地富达探测剖面不恿图
２２探地雷达天线类型及其适用范围．
天线是探地雷达的主要工作器件，天线的频率与结构形式决定雷达的适用范围。天线类型以发射频率划分为低频、中频、高频。一般１０ＭＨ０ｚ以下的天线为低频天线，频率在１０１００ＭＨ００ｚ范围内的天线称为中频天线，率大于１００ＭＨ频０ｚ
测技术，以其快速、续检测、破坏性等优点，连无有着极其广阔的应用前景。目前市场上比较成熟的
有美国ＧＳＳＩ的ＳＲ系列，加拿大ＳＩ的ＰｌＩＳｕｓｅ
异越大，电磁波反射效果越明显，位于地面上的接收天线在接收到反射波后，接传输到接收机，直信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图／灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数。图１电磁波反射路径示意图，为图２为信号经过处理后的探地雷达探测剖面示意图。
２１探地雷达工作的基本原理．探地雷达主要由控制器、发射和接收天线组成。控制器是雷达的核心部分，在计算机的基础它上配合信号发生触发器、数转换器共同组成。模模

《山东科技大学学报(自然科学版)》第27卷总目次

土木建筑半钢性连接钢框架性能的有限元分析
杨钊，渭明，克新（１王吴）
高富强，志刚（李５）刘送永，长龙，新霞（１杜崔１）张国苓，久传，魏尹会永（４１）李纯洁，德森，立才，（９孔王等１）
滚筒式采煤机滚筒载荷谱的模拟分析与研究肥城煤田地质构造特征及其对底板突水影响探地雷达在松动圈确定与巷道支护参数优化中的应用地球科学辽东凹陷东部斜坡带南端油气成藏条件研究柳林矿区煤层气演化史数值模拟研究ＲＴＫ技术在城市导线测量中的应用青岛市市内四区城镇地籍更新测量的实践研究
ｆ
卢宗华，贾红果（４８）张建中，吕桂莉（１９）
李照鑫，徐岩（４９）邹玉梅（７９）
王彩虹，西奎（０刘１１）
ｔ
一
ｆ
．
Ｃ
窦如令，张伟星（Ｏ）１４
ｎ
Ｃ
ｅ
ａ驾
ｎ
ｄ
第２期
桂祥友，云东，钟铭（）马郁１尹会永，久传，同彬，（）魏刘等６陈香菱，久传，魏隋岩刚（Ｏ１）
Ｃ
ｎｎ
李大勇，开智，海玲，（４张俞等１）
韩森，钦礼（９张１）
张海峰，雪梅，守鹏，（３边张等２）徐泮林，风霞，良（９姜刘２）卿熙宏，君一，爱林，（２许冯等３）韩景敏，怀洪，育鑫，（９王田等３）

地质雷达在矿井塌方空洞及松动区检测中的应用

表１不同检测频率天线的技术参数…
对介电常数。两侧介质的介电常数差异越大，射反系数越大，则反射电磁波强度越大。
地质雷达在检测空洞或松动区时，洞和松动空
区内是空气或松弛破裂岩体，电磁波在其中的传播
图１地质雷达工作原理图
面２
不同介质具有不同的物理特性，属对电磁波金具有很强的反射能力，因此巷道衬砌结构中的钢筋
（）高分辨率，ＡＡ２ＲＭＣ系列天线频率最高可达１２Ｈ，辨率可达厘米级；．Ｇｚ分（）抗干扰能力强，３可在各种噪声环境下工作；（）检测效率高，ＡＡ４ＲＭＣ仪器内置微计算机及专用ＤＰ处理器，数据采集到图像处理实现一Ｓ从体化，可实时输出剖面记录图。目前地质雷达的应用范围在不断 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 大，经覆已
关键词
地质雷达
塌方空洞
松动区
分开矿井
地质雷达（ｒｕｄＰｎ￣ｆｇＲｄｒ简称ＧＲ）Ｇｏｎｅｅａｎａａ，ｉＰ又称探地雷达，早由德国人Ｌｉｂｃ最ｅｍａｈ和Ｌｗｏｙ于１１阐明其概念。近１微电子技术的发展和９０年０年
波形较为复杂，射波强度不一。在空洞或松动区反
边界两侧，岩体松散程度差异很大，造成较强的电磁波反射。在空洞或松动区之外岩体比较完整，反射信号很弱或没有。这样在地质雷达图像上就会出现两种反差较大的反射信号，而分辨空洞和松动区从

地质雷达探测对巷道围岩松动圈的应用探讨

地质雷达探测对巷道围岩松动圈的应用探讨地质雷达探测技术是一种无损检测地下构造和特征的技术，该技术可以帮助我们确定隧道围岩中的松动圈情况，进而为隧道设计、建设提供有力的技术支持。

本文将探讨地质雷达探测技术在隧道围岩松动圈方面的应用效果，并分析其优点和不足之处，为隧道工程建设提供一些借鉴和参考。

一、地质雷达探测技术简介地质雷达探测技术是一种利用电磁波探测地下结构及其物理与化学特征的技术。

具体地说，地质雷达探测系统会发射电磁波，在信号到达隧道顶部后，通过测量反射波和散射波来确定隧道围岩松动圈和岩层分界线。

具体的探测过程如下：1.电磁波的发射与接收：地质雷达探测系统通过天线发射电磁波，电磁波穿越隧道顶部后会遇到各种物质，部分电磁波会被反射或者散射回来，通过接收天线进行接收。

2.数据传输：接收到的电磁波信号会进行数字化处理，通过雷达系统传输到计算机上。

3. 数据分析：在计算机上，根据电磁波所需时间和波长的关系计算出物质所在的深度。

然后，通过数据可视化处理，展现出来的是隧道平面图。

二、地质雷达探测技术在隧道围岩松动圈中的应用效果在隧道工程建设中，对于围岩松动圈的探测至关重要。

由于地质雷达探测技术可以无损探测隧道围岩的物质构成和变化规律，因此在隧道工程建设中广泛应用。

首先，地质雷达探测技术可以传统低效的极限条件下探查隧道岩体围堰松动圈情况。

探查的结果分别表明，隧道内存在不同程度的岩体松动圈，且岩体松动圈深度较浅。

通过探测，对隧道内围岩松动圈情况进行准确、快速分析，可以为隧道工程建设提供有用的参考信息，对后续钻、掘进及支护工程具有重要意义。

其次，地质雷达探测技术也可以用于探测隧道开挖后围岩松动圈的变化。

由于地质雷达探测技术可以实时传输数据，因此可以将探测后的数据与隧道建设过程相结合，得出隧道建设后存在的岩体松动圈情况。

比如，在隧道开挖施工过程中，可以将地质雷达探测数据和实时观测数据等相结合，通过不断地分析和修正，及时发现隧道施工出现的问题，及时进行修复和加固。

用地质雷达测试围岩松动圈的原理与实践

动状态（落拱）并提出了支护自重荷载的慨念，冒，
至今仍广泛应用于国内外浅部地下工程设计．国在内，方庭等人经过长期研究，９５年系统地提出董１８围岩松动圈支护理论，煤炭系统得到广泛应用．在
雷达波属高频电磁波的范畴，其原理基于电磁波反射理论，界面上的反射和透射遵循光学定在
理．工作过程和原理如图１其，即发射天线Ｔ发射电磁波，当遇到介质分界面时产生反射波，反射波被放置在介质表面的接收天线Ｒ接收，机记主
关键词：围岩松动圈；地质雷达；巷道
中图分类号：ＴＤ３６１２．
文献标识码：Ａ
到愈来愈广泛的应用．们用地质雷达测试技术，我在用声波法测试困难的煤系地层巷道中，功地取成得了煤层、岩和砂岩组合围岩中松动圈分布的数泥据，为研究煤层巷道的稳定性提供了依据．
性的变化引起部分信号发生反射，生雷达反射产波；反射波由探头接收、大、字化并存贮在计算放数
机中；采集的数据进行编辑、对处理，可得到不同形
式（波形、度、色等）如灰彩的地质雷达剖面；地质对

浅议探地雷达的原理与应用

浅议探地雷达的原理与应用摘要：随着科技的发展各种技术仪器功能日趋完善，就探地雷达便是一个很好的例子。

探地雷达可达到无损检测，具有快速和连续检测及无破坏性等多种优点。

关键词:原理适用范围实际应用1 探地雷达工作的基本原理与天线类型及其适用范围1.1探地雷达工作的基本原理探地雷达主要由控制器、发射和接收天线组成。

控制器是雷达的核心部分，它在计算机的基础上配合信号发生触发器、模数转换器共同组成。

模数转换是决定地质雷达技术指标的核心部件，因为采样频率非常高，导致模数转换的分辨率与采样率存在矛盾，解决的办法是采用多次发射、移位采样的方式达到提高采样率的目的。

探地雷达工作时通过发射天线向地下发射高频脉冲电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在不同介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，不同介质介电常数差异越大，电磁波反射效果越明显，位于地面上的接收天线在接收到反射波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。

在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图/ 灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数。

图1 为电磁波反射路径示意图，图2 为信号经过处理后的探地雷达探测剖面示意图。

图1 电磁波反射路径示意图图 2 探地雷达探测剖面示意图1.2 探地雷达天线类型及其适用范围天线是探地雷达的主要工作器件，天线的频率与结构形式决定雷达的适用范围。

天线类型以发射频率划分为低频、中频、高频。

一般100 MHz以下的天线为低频天线，频率在100~1 000 MHz范围内的天线称为中频天线，频率大于 1 000 MHz的天线称为高频天线。

天线按照结构特点可划分为非屏蔽天线、屏蔽天线；按照电性参数可划分为偶极子天线、反射器偶极子天线、喇叭状天线。

采用不同天线结构是为了获得较高的发射效率。

低频天线通常采用非屏蔽式半波偶极子杆状天线，因发射频率低，雷达波在介质中衰减小，可用于较深目标的探测，在地质勘察中经常采用低频天线。

深井回采巷道围岩松动圈监测分析及支护方案的优化

ＪＩＡＮＧＢａｎｇ—ｙｏｕ，ＧＵＳｈｉ —ｔａｎ，ＬＩＮａｎ—Ｂａｌｌ，ＷＡＮＧＣｈｕｎ—ｑｉｕ，
（１．Ｍ０ＥＫｅｙＬａｂｏｆＭｉｎｅＤｉｓａｓｔｅｒＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｎｄａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５９０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｎ２６６５９０，Ｃｈｉｎａ）
２０１３年第２期
煤
炭
工
程
深井回采巷道围岩松动圈监测分析及支护方案的优化
蒋邦友，顾士坦，李男男，王春秋，
（１．山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点实验室，山东青岛２．山东科技大学资源与环境工程学院，山东青岛２６６５９０；２６６５９０））
围岩松动圈范围在１．１—１．６ｍ之间。分析测试结果得出轨道运输巷道围岩松动圈的分布规律，

地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术

地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术第一节引言地下巷道施工是一项复杂而又重要的工程，涉及到交通运输、矿山、地下工程等众多领域。

然而，在地下巷道施工过程中，围岩松动和支护状态监测成为了关键问题。

本文将探讨地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术。

第二节围岩松动原因与危害围岩松动通常是由于地下施工中的挖掘过程造成的。

挖掘过程中，连续重复的爆破、钻孔、开挖操作会导致围岩松动，从而造成巷道的变形和塌方等危害。

围岩松动的主要原因包括地质条件、施工方法选择以及施工期间的地下水变动等。

第三节围岩松动与支护状态监测技术综述为了及时掌握巷道围岩松动和支护状态，需要采用先进的监测技术。

目前，常用的围岩松动监测技术包括应变测量、位移监测、声波法和地面雷达等。

应变测量通过测量围岩的应变来判断其松动状态，位移监测则通过监测围岩的位移来判断其稳定性。

声波法可以用于检测围岩内部的松动情况，地面雷达则可以用于测量巷道壁面的变形情况。

第四节应变测量技术应变测量技术是地下巷道围岩松动监测中常用的方法之一。

该技术通过安装应变片或应变计等设备来测量围岩的应变情况。

通过分析应变曲线的变化，可以判断围岩的变形情况，并及时采取支护措施。

应变测量技术可以实时、精确地监测围岩的变化情况，为施工人员提供重要的数据支持。

第五节位移监测技术位移监测技术是地下巷道围岩支护状态监测的关键技术之一。

该技术通过安装位移传感器等设备来测量围岩的位移情况。

位移监测可以帮助工程人员及时了解围岩的变形情况，判断支护结构的有效性。

位移监测技术还可以通过数据分析，为施工过程中的调整和改进提供参考依据。

第六节声波法声波法是一种可以用于检测地下巷道围岩松动的无损检测技术。

通过将声波传感器安装在巷道围岩上，可以测量围岩内部的声波传播速度和强度。

当围岩发生松动时，传播速度和强度会有所变化，从而可以判断围岩的松动情况。

声波法具有实时快速、非侵入性等优点，逐渐被应用于地下巷道施工的围岩监测中。

围岩松动圈理论及其在巷道支护中的应用

围岩松动圈理论及其在巷道支护中的应用发表时间：2010-05-26T15:03:00.607Z 来源：《赤子》2010年第2期供稿作者：于金泉[导读] 巷道围岩是一种天然的复杂地质体，表现出弹性、弹塑性、粘弹性、粘塑性等多种力学特征于金泉（扎赉诺尔煤业公司铁北矿，内蒙古满洲里 021410）摘要：介绍了围岩松动圈支护理论，并结合具体的工程实例验证了该理论作为确定巷道支护形式依据是合理的、可靠的。

关键词：巷道；围岩松动圈；支护形式引言巷道围岩是一种天然的复杂地质体，表现出弹性、弹塑性、粘弹性、粘塑性等多种力学特征。

试图用一种理论来解决现场遇到的不同岩性条件和工程环境下的巷道支护问题是十分困难的。

因此，多年来在巷道支护理论研究方面出现了多种：多样的理论学派和计算方法。

从研究开挖后巷道围岩的客观物理状态出发的围岩松动圈理论，作为巷道支护设计的方法以其实用、准确、可操作性强等优点，先后在我国十几个矿区的各类围岩巷道中进行了推广应用，实践证明，以该理论为基础的围岩支护方法，以及其确定的支护形式、支护参数是符合现场实际的。

1 围岩松动圈的巷道支护理论1.1围岩松动圈的定义巷道开挖后，围岩受力状态由三向变成了近似两向，造成岩石强度较大幅度地下降，如果围岩中集中的应力值小于下降后的岩石强度，围岩处于弹塑性状态，围岩自行稳定，不存在支护问题，如果相反，围岩将发生破坏，这种破坏从周边逐渐向深部扩展，直至达到新的三向应力平衡状态为止，此时围岩出现了一个破裂带，把这个由于应力作用产生的破裂带称为围岩松动圈1．2围岩松动圈的巷道支护理论巷道支护施工过程中既不可能及时又不能保证支护体一开始就与围岩密贴，只有待围岩产生足够变形之后才能提供支护阻力，并且围岩在低围压条件通常表现为脆性，弹塑性区的变形引起巷道收敛变形量较小，一般约占5％~25％，从岩石的应力一应变曲线可以看出，岩石在峰值前变形量很小，而峰后岩石体积变形要比峰值前大得多，一般达到8~10倍，峰后破裂围岩体积膨胀变形才是巷道收敛变形的主要原因。

基于便携式地质雷达的巷道围岩松动圈探测

基于便携式地质雷达的巷道围岩松动圈探测徐世达; 陈治洋; 雷刚【期刊名称】《《中国矿业》》【年(卷),期】2019(028)011【总页数】5页(P99-103)【关键词】巷道; 松动圈厚度; 便携式地质雷达; 开采扰动【作者】徐世达; 陈治洋; 雷刚【作者单位】东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点试验室辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TD326松动圈理论最早由采矿专家提出，20世纪70年代逐渐发展完善，并在最近十几年得到了广泛应用[1-2]。

井下巷道的开挖不可避免地打破了原有的应力平衡状态，产生应力集中现象，当集中应力大于岩体强度时，岩体发生破坏，应力集中向岩体深处转移，直至达到应力平衡状态，巷道周围形成的破裂带即为松动圈。

松动圈是矿山巷道支护设计的重要依据。

因此，准确确定巷道围岩松动圈对于降低支护成本、保障矿山安全具有重要意义。

目前，常用的巷道围岩松动圈测试方法主要有声波法、多点位移计法、电阻率法、地质雷达法、钻孔摄像法等，但声波法、多点位移计法、钻孔摄像法等需要钻孔，在局部区域测量围岩松动圈时得到了广泛应用，尤其是声波法，但很难大面积推广[2]。

地质雷达法是近二十年发展起来的新方法，具有分辨率高、快速、经济、灵活方便的优点，在隧道工程和矿山工程中得到了广泛应用。

杨永杰等[3]采用地质雷达探测了华丰矿巷道围岩松动圈，并优化了巷道围岩锚杆设计；姜德义等[2]采用地质雷达研究了地质偏压隧道围岩松动圈分布变化规律，揭示了隧道围岩破坏模式和初衬开裂原因，并提出了治理措施；蒋邦友等[4]依据探地雷达松动圈探测机理，确定了围岩松动圈范围，据此对巷道支护方案进行了优化；伍永平等[5]基于巷道围岩松动圈雷达探测结果，改进了巷道断面形状，实现了巷道围岩稳定性控制；齐彪等[6]基于地质雷达探测和围岩物理力学性质试验结果，制定了巷道围岩稳定综合分类表与巷道支护方案选择标准；舒忠磊等[7]采用地质雷达对荆西隧道围岩松动圈进行了探测，揭示了突水突泥灾害对围岩松动圈的影响；曹树刚等[8]基于巷道松动圈雷达测试和围岩破坏3DEC模拟，优化了巷道支护方案；宋宏伟等[9]基于地质雷达揭示了巷道断面不同部位松动圈厚度的差异；陈秋南等[10]通过隧道围岩松动圈雷达探测频谱分析，确定了隧道松动圈范围；郭亮等[11]采用地质雷达研究了偏压隧道围岩松动圈分布特征，为隧道的支护、施工提供了技术支持。

探地雷达检测技术在隧道初期支护检测中的应用

探地雷达检测技术在隧道初期支护检测中的应用
连伟章
【期刊名称】《大众标准化》
【年(卷),期】2024()7
【摘要】在隧道开挖时,土体的初始应力会发生变化,甚至会失去平衡。

隧道初期支护能够克服这一不均衡性,在隧道的长期稳定性中发挥着至关重要的作用。

在此基础上,结合具体的工程实例,对利用探地雷达检测技术对隧道施工中存在的初期支护检测问题进行了探讨,将雷达检测技术应用到隧道初期支护的探测中,通过选取有效的雷达探测频率,确定适当的介质参数和测线的布置位置,达到对隧道初期支护进行有效探测的目的。

【总页数】3页(P164-166)
【作者】连伟章
【作者单位】甘肃省有色地质调查院
【正文语种】中文
【中图分类】U45
【相关文献】
1.地质雷达分段识别技术在隧道初期支护检测中的应用
2.探地雷达在隧道初期支护工程质量检测中的应用
3.地质雷达在隧道初期支护检测中的应用
4.IDS探地雷达在隧道初期支护检测中的应用
5.探地雷达检测技术在隧道初期支护检测中的应用
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探地雷达系统优化及在隧道地质超前预报中的应用研究的开题报告

探地雷达系统优化及在隧道地质超前预报中的应用研究的开题报告一、研究背景及意义探地雷达作为一种高精度地质勘探技术，受到了广泛的关注和应用。

在隧道工程中，探地雷达可以用来获取隧道周围地层的地质信息，从而为隧道的施工和后续的运营提供重要数据支持。

然而，目前的探地雷达系统在应用过程中还存在一些问题：一是对于零星异常信号的处理能力较差，导致误解释率较高；二是探测精度还有提升空间，特别是在复杂地质条件下的应用效果不够明显。

因此，本研究旨在通过优化探地雷达系统的参数设置、数据处理方式和成像算法等方面，提高探测精度和信噪比，降低误解释率，进一步提高探地雷达技术在隧道工程中的应用价值。

二、研究内容和方法本研究的主要内容包括以下几个方面：1. 对现有的探地雷达系统进行分析和改进，探究影响探测精度的系统因素，包括天线设计、抗干扰能力、噪声处理方式等方面的参数设置和优化方法。

2. 通过实验数据的分析和比对，选用最优的数据处理方式和成像算法，对探地雷达数据进行处理和成像，提高数据的解析度和信噪比。

3. 根据优化后的探地雷达系统获取的数据，结合地质勘探理论和方法，对隧道周边的地质条件进行超前预测，提高隧道施工的安全性和效率。

研究方法主要包括实验分析、理论模型和数值模拟等方面。

通过对探地雷达系统进行参数优化和数据处理，提高数据处理的效率和精度，并且结合地质勘探的理论和方法，对隧道周边地质条件进行分析和预测，为隧道施工提供科学依据。

三、预期成果和应用价值本研究的预期成果包括：1. 改进的探地雷达系统，提高探测精度和信噪比。

2. 优化的数据处理方式和成像算法，提高数据的分辨率和解析度。

3. 基于探地雷达获取的数据，结合地质勘探方法，对隧道周边地质条件进行超前预测的模型和方法。

本研究的应用价值主要体现在以下几个方面：1. 提高了探地雷达技术在隧道工程中的应用能力，为隧道施工、监测和运营提供了重要数据支持。

2. 所研究的数据处理方法和预测模型可以应用于其他的地质勘探领域，如矿山探测、城市地质勘探等领域。