基于探地雷达对金属矿山隐伏采空区的勘探研究

摘要

人类的发展离不开矿产资源的开发和利用，但在持续的开采地下资源的过程中留下了大量的采空区，对现今的安全开采造成严重的影响，急需有效方式对地下隐伏采空区进行勘探。探地雷达因其操作简单、勘探精准以及使用环境广等优势被应用于各种不良地质体的勘探工程中。本论文是以探地雷达勘探金属矿山隐伏采空区为题进行研究，开展了如下的内容的研究：
　　1、研究了探地雷达勘探隐伏采空区的正演理论，并利用基于时域有限差分法（FDTD）的GprMax2D软件，结合影响勘探的不良地质因素构建不同形状、地质环境的数值模型进行正演分析，通过对比分析电磁波反射双曲线，为排除对隐伏采空区的勘探干扰提供技术支撑。结合现场实际情况对隐伏采空区的充填情况进行分析，并建立相应的充填模型进行正演，得出不同充填情况的成像特征为隐伏采空区的提取提供理论依据。
　　2、研究电磁波在有耗介质中传播的衰减理论，以及在不同相对介电常数的介质中传播的电磁波波形和频谱的衰减特征，并提出识别隐伏采空区充填情况的方法。并通过室内试验得到不同充填情况下电磁波的变化规律，即：相较于完整岩层，未充填的隐伏采空区波形幅值增加，高频频带加宽；充填水的隐伏采空区波形幅值在界限上方增加下方减小，低频频带加宽；充填碎石的变化不大。
　　3、使用RIS-K2型的GPR系统对露天采场下方隐伏采空区进行现场勘探，并采用论文中提出的识别方法对勘探出来的隐伏采空区进行充填情况的识别，根据识别情况对勘探出的隐伏采空区进行危险等级划定提出相应的处理方案。处理结果表明本文研究的对隐伏采空区的提取与识别能够有效的消除其危害。