一種膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法，本發(fā)明的方法是在地質(zhì)雷達探測結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖像識別技術(shù)，取樣點擬合出裂隙頂、底部端點反射方程，從而計算出膠結(jié)充填體頂板裂隙頂、底部端點坐標值，再根據(jù)平面內(nèi)兩點的相對坐標，計算出膠結(jié)充填體頂板裂隙長度L及與豎直方向夾角θ，從而了解膠結(jié)充填體頂板裂隙存在狀態(tài)及其演化過程。該方法是一種基于地質(zhì)雷達真實、可靠、定量探測膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)的探測方法，其獲得的測量結(jié)果與實際頂板裂隙狀態(tài)有很強的關(guān)聯(lián)性。
【專利說明】一種膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采礦工程的災害探測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法，具體地說，涉及一種基于地質(zhì)雷達技術(shù)的膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]充填采礦法是地下開采中礦石損失、貧化最低的一種采礦方法，適用于礦巖體不穩(wěn)固條件下的開采。其中，下向膠結(jié)充填法，由于采礦作業(yè)面直接頂板為膠結(jié)充填體，不僅適合于礦巖體不穩(wěn)定的條件，對高硫等具有自燃性的礦體開采也十分有效。下向膠結(jié)充填采礦過程中，回采工程完成后，即對作業(yè)面形成的空區(qū)充填膠結(jié)充填體，以進行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動，然后在形成的膠結(jié)充填體頂板保護下進行下一分層礦體回采。
[0003]膠結(jié)充填體充填后，充填體經(jīng)過脫水、密實等階段，自身具有一定的強度后，對膠結(jié)充填體下一個分層礦體進行開采，此時，膠結(jié)充填體即作為下個分層礦體回采的頂板，因此，充填體頂板的穩(wěn)定性是保障采礦作業(yè)安全的最重要因素。由于，充填體頂板在自重應力的作用下產(chǎn)生應力集中和拉應力，導致充填體頂板容易產(chǎn)生變形，同時，受爆破震動的影響，充填體頂板時常出現(xiàn)不同深度和角度的裂隙，充填體中的裂隙將導致充填體整體強度下降，容易產(chǎn)生頂板冒落安全事故，因此，通過探測確定裂隙的深度、角度狀況及裂隙演化情況，對科學分析膠結(jié)充填體頂板穩(wěn)定性及頂板破壞預測，防治災害事故的發(fā)生具有重要的意義，對使用該采礦方法的礦山具有廣泛的應用前景。
[0004]目前，地下采礦工程中的裂隙探測主要是針對巖層裂隙，通常使用的方法有:鉆孔實探、巖層探測記錄儀、數(shù)字式全景鉆孔記錄儀、聲波探測。前三種探測手段都要破壞原有巖體結(jié)構(gòu)，周期長、工序繁瑣，而聲波探測獲取的聲學信號較為復雜，工作人員不易操作識另IJ。由于膠結(jié)充填體中的裂隙存在于充填材料中，不能采用鉆孔探測的方法。
[0005]地質(zhì)雷達技術(shù)具有操作方便簡單、分辨率高、高效無損、結(jié)果直觀、易識別等特點，探測作業(yè)過程中能夠?qū)崟r顯示探測結(jié)果，并可根據(jù)探測情況實時調(diào)整探測參數(shù)，最終實現(xiàn)對膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)的精準探測。
[0006]地質(zhì)雷達利用寬帶高頻電磁波以脈沖形式對物體內(nèi)部的異常結(jié)構(gòu)進行掃描，當膠結(jié)充填體頂板中存在裂隙時，裂隙中的空氣與充填體介質(zhì)間存在交界面，由于空氣與充填體材料介電常數(shù)相差較大，因此雷達天線發(fā)射的電磁波遇到這個交界面后，根據(jù)電磁波反射原理會產(chǎn)生反射信號，反射回來的能量被雷達天線接收，經(jīng)過雷達主機處理，在屏幕上顯示反射波形，根據(jù)反射波形特征反映充填體頂板裂隙的狀態(tài)。
[0007]然而，由于電磁波在傳播中存在散射規(guī)律，對于多分層的裂隙探測，散射條紋較多，不易識別，定量的研究還沒有達到完全成功，很大程度上局限于定性分析，因此該研究局限于定量探測單一均質(zhì)分層膠結(jié)充填體頂板中出現(xiàn)的裂隙。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法，是一種基于地質(zhì)雷達技術(shù)的真實、可靠、定量探測膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)的探測方法，本發(fā)明所使用的雷達探測裝置包括:意大利IDS公司生產(chǎn)的RIS-K2雷達主機、意大利IDS公司生產(chǎn)的1200MHz中心頻率屏蔽天線、雷達反射波信號后處理軟件Greswin2、筆記本電腦、移動電源和連接電纜。通過地質(zhì)雷達對膠結(jié)充填體頂板裂隙進行探測，結(jié)合圖像處理及數(shù)字化取點，擬合出裂隙反射方程，得到裂隙頂、底部端點處的深度，并根據(jù)端點坐標計算裂隙長度L和與豎直方向夾角0，從而了解膠結(jié)充填體頂板裂隙的存在狀態(tài)及其演化過程，其獲得的測量結(jié)果與實際裂隙狀態(tài)有很強的關(guān)聯(lián)性。
[0009]其技術(shù)方案為:
[0010]一種膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法，包括以下步驟:
[0011]I)根據(jù)現(xiàn)場狀況，在膠結(jié)充填體頂板表面布置一條或兩條垂直于裂縫走向的測線，測線位置盡可能呈平面狀，以免雷達天線陡伏移動導致探測效果不佳，要求測線長度不小于I米，且裂縫位于測線中點，周圍無金屬反射性強的介質(zhì)存在，如存在，則要了解金屬物性質(zhì)、大小、位置、埋深情況，同時在探測圖像上進行標注，在后處理中剔除該反射。
[0012]2)雷達天線在裂縫一側(cè)沿垂直于裂縫方向先增益，該操作使地質(zhì)雷達探測系統(tǒng)自動記錄用于雷達實時探測的信號濾波參數(shù)；建議:場地發(fā)生變化時，重新進行增益。
[0013]3)測線一端作為起始位置，沿測線方向，采用連續(xù)采集方式，雷達天線緊貼膠結(jié)充填體頂板探測，在天線經(jīng)過裂隙位置時，在探測圖像上做標記，測試至終點結(jié)束，保存采集的數(shù)據(jù)文件。
[0014]4)利用雷達反射波信號后處理軟件打開數(shù)據(jù)文件，對雷達數(shù)據(jù)進行去除直達波、背景去噪、濾波、增益分析處理，使電磁波在裂隙頂、底部端點處反射的雙曲線波形更加清晰，標注橫、縱坐標，橫坐標為水平位置X，縱坐標為反射走時t。
[0015]5)導出jpg格式的雷達反射波形圖像,使用軟件getdata,打開圖像文件,設定標尺刻度，在圖像中根據(jù)橫縱坐標設定刻度。利用getdata軟件的點捕捉模式，在雷達圖像中的雙曲線波形清晰明亮的位置選點，軟件工作區(qū)右側(cè)會自動出現(xiàn)點的橫、縱坐標，分別在雙曲線左右兩側(cè)相同縱坐標t位置選擇點，得到點的X坐標。
[0016]6)裂隙頂、底部端點反射為雙曲線，雙曲線方程為
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種膠結(jié)充填體頂板裂隙狀態(tài)無損探測方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據(jù)現(xiàn)場狀況，在膠結(jié)充填體頂板表面布置一條或兩條垂直于裂縫走向的測線，測線位置盡可能呈平面狀，要求測線長度不小于I米，且裂縫位于測線中點，周圍無金屬反射性強的介質(zhì)存在，如存在，則要了解金屬物性質(zhì)、大小、位置、埋深情況，同時在探測圖像上進行標注，在后處理中剔除該反射； 2)雷達天線在裂縫一側(cè)沿垂直于裂縫方向先增益，該操作使地質(zhì)雷達探測系統(tǒng)自動記錄用于雷達實時探測的信號濾波參數(shù)，場地發(fā)生變化時，重新進行增益； 3)測線一端作為起始位置，沿測線方向，采用連續(xù)采集方式，雷達天線緊貼膠結(jié)充填體頂板探測，在天線經(jīng)過裂隙位置時，在探測圖像上做標記，測試至終點結(jié)束，保存采集的數(shù)據(jù)文件； 4)利用雷達反射波信號后處理軟件打開數(shù)據(jù)文件，對雷達數(shù)據(jù)進行去除直達波、背景去噪、濾波、增益分析處理，使電磁波在裂隙頂、底部端點處反射的雙曲線波形更加清晰，標注橫、縱坐標，橫坐標為水平位置X，縱坐標為反射走時t ； 5)導出jpg格式的雷達反射波形圖像，使用軟件getdata，打開圖像文件，設定標尺刻度，在圖像中根據(jù)橫縱坐標設定刻度；利用getdata軟件的點捕捉模式，在雷達圖像中裂隙反射雙曲線清晰明亮位置選點，軟件工作區(qū)右側(cè)會自動出現(xiàn)點的橫、縱坐標，分別在雙曲線左右兩側(cè)相同縱坐標t位置選擇點，得到點的X坐標； 6)裂隙頂、底部端點反射為雙曲線，雙曲線方程為
【文檔編號】G01N22/02GK103616390SQ201310275642
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】趙奎, 何文, 周建華, 高忠, 曾鵬, 胡源, 伍躍勝, 劉賢俊 申請人:江西理工大學, 江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦