煤田断层破碎带三维地质雷达探测技术与应用

陈豪; 陈送祥; 张伟; 王鑫; 邹冠贵; 刘毅; 陈培红; 付小敬; 张龙飞

doi:10.19606/j.cnki.jmst.2025139

矿业科学学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (6) : 1029 -1041. DOI: 10.19606/j.cnki.jmst.2025139

煤田断层破碎带三维地质雷达探测技术与应用

陈豪, 陈送祥, 张伟, 王鑫, 邹冠贵, 刘毅, 陈培红, 付小敬, 张龙飞

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摘要

预先掌握地质体的类型、位置和分布范围等信息，对保障煤矿的安全高效开采至关重要。针对二维地面耦合式地质雷达(GPR)在确定断层破碎带等地质异常体的走向和方位等方面存在一定的局限性，以及在煤矿井下紧贴工作面进行探测安全风险较高的问题，提出了一种确定前方隐蔽致灾地质体位置、方位的空间扫描三维GPR方法。首先，依托贴近实际情况的断层破碎带理论模型，利用有限差分法进行正演数值模拟，分析断层破碎带在不同物质充填条件下的时域响应特性；其次，以地质条件复杂的绿塘煤矿为研究对象，采用空气耦合三维GPR多角度多方位地多次采集该矿+1730水平运输大巷的数据，利用时间剖面分析、纵横切片对比分析等手段解释超前探测结果；最后，结合钻探与现场揭露数据验证隐蔽致灾地质体方位预测的结果。结果表明：煤矿井下应用空气耦合三维GPR能够准确识别前方30 m范围内的断层破碎带地质体；滤波和小波变换技术能够有效地从信噪比较低的信号中提取有效波信息；结合正演数值模拟可以更为准确地解释实际探测剖面信息。研究结果为三维GPR在煤田隐蔽致灾地质体超前探测技术的进一步发展和应用提供了实践基础。