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强干扰条件下矿井电梯井井壁损伤精细探测
时间:2021-01-25 09:00:12来源:汉斯出版社
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提要:矿井井筒的破裂、井壁的空鼓以及钢筋的移位都给矿井的安全生产带来了严重的威胁,全国已经有多个井筒发生井壁破碎的事故。

矿井井筒的破裂、井壁的空鼓以及钢筋的移位都给矿井的安全生产带来了严重的威胁,全国已经有多个井筒发生井壁破碎的事故。此类事故不仅影响矿井的正常生产,还会引发更严重的安全隐患,造成巨大的经济损失。

井筒损伤的治理工作,通常是采用地面注浆或者井壁直接注浆的方法,但是由于井筒的损伤类型和损伤范围难以确定,导致注浆位置也难以确定,不能有效保证注浆效果,经常出现注浆效果不理想甚至失败的情况。在汉斯出版社《地球科学前沿》期刊中,有学者认为如何确定井筒的损伤程度以及注浆位置,对于矿井井筒损伤的防治工作至关重要。

鉴于矿井井筒损伤位置较浅、深度较小,且井壁全部由钢筋混凝土浇筑而成,导致传统的矿井物探方法在实际应用中存在一定的局限性,其中矿井瞬变电磁法受关断效应的影响不可避免的在浅部存在盲区,给浅部资料解释带来困难;高密度电法体积效应大,分辨率较低,同时需要良好的接地条件,无法在钢筋混凝土井壁上进行数据采集。而地质雷达对浅部地层介质具有较高分辨率,同时其抗干扰能力强,被广泛应用于结构物无损检测、公路路面塌陷探测等勘察领域。

地质雷达(GroundPenetratingRadar,简称GPR)是一种利用高频电磁波(1MHz~1GHz)的反射来探测地下不同地层分界面或者目标体的物探方法。该方法是以宽频带短脉冲形式激发,通过发射天线(T)将高频电磁波送入地下,经地下地层分界面或目标体反射后由接收天线(R)接收。当矿井井筒井壁存在破裂、空鼓以及钢筋的移位时,井壁后的地层完整性也会遭到破坏,此时其介电常数与围岩存在明显差异。在地质雷达测量剖面上,反射波信号幅度会发生变化,导致同相轴不连续或者局部连续,这也是地质雷达探测地下地层分界面或目标体的地球物理基础。

由于矿井井筒内金属架、电梯等各种干扰,导致电磁波信号与原始信号发生变化,产生差异,所以在数据处理过程中需要对接收到电磁波反射信号进行处理,数据处理主要包括以下几个方面:1)道间平均处理来压制干扰波;2)滤波处理,用于突出有效波,压制和消除干扰波、多次波;3)信号的增益和衰减处理,用于校正信号损失;4)速度分析,为时深转换提供速度数据。通过以上处理,可以有效突出异常区域,最大程度的降低电梯井内各种金属干扰的影响,最终实现井筒损伤的精细解释。

采用地质雷达探测技术对电梯井井筒损伤探测表明,损伤位置主要集中于深部(0.4~1.2m)范围内,岩石破碎和裂隙发育情况较为严重,而浅部虽然存在一定的空鼓和张裂,但钢筋分布较为均匀,没有明显移位。通过分析认为井壁后方围岩遇水膨胀变形是造成井筒损伤的主要原因。从整体结果来看,对于铁矿电梯井井筒损伤的探测,采用地质雷达能够满足探测精度的要求,探测结果达到了预期目的。同时,本次地质雷达探测结果,为后续井壁治理工作提供了指导和依据。

学者也对此提出了几点建议:1)由于井筒内干扰因素较多,对于数据处理和解释也带来一定的困难,这也是后续需要进一步研究解决的问题。2)随着开采水平的不断下移,回采错动界限逐渐向电梯井靠近,受爆破冲击及地压作用,电梯井井壁后期产生变形、开裂的几率相应增加。因此,后期需加强对井壁的监测工作。

文章链接:https://doi.org/10.12677/AG.2021.111002

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干扰 条件下 矿井 电梯 井壁 损伤 精细 探测

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