[發明專利]一種山地采煤沉陷水田地表裂縫探測方法

有效

• 申請號: 201210013297.6
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102590874A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 胡振琪;李曉靜;李晶;趙艷玲
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬土壤和環境監測技術領域，特別涉及基于開采沉陷預計和探地雷達的山地采煤沉陷水田地表裂縫探測方法。

背景技術

中國山地地形復雜、采煤沉陷地損毀形式多樣，包括地表下沉、地表裂縫、塌陷坑等。其中由于采煤沉陷影響水田表層土壤出現裂縫，導致水田表層土壤的持水能力被破壞，山地區水田漏水變為旱地，是山地水田失水的主要原因之一，且地裂縫發育存在隱蔽性，因此找出土壤中地表裂縫是山地水田漏水治理中的關鍵。

開采沉陷預計方法是根據采礦區域的地質采礦條件，計算出受此開采影響的巖層和地表變形破壞的工作，預計的結果可以相對定量的得出受開采影響區域的時空分布規律，是目前研究井工礦開采沉陷工作的重要方法之一。而開采沉陷學的沉陷預計原理與方法可以估測出沉陷損毀的范圍和裂縫發育的可能區域，但不能準確和定量確定裂縫發育情況。

探地雷達是近幾年迅速發展起來高分辨率高效率的無損探測技術，是目前工程檢測和勘察最為活躍的技術方法之一，在巖土工程中的應用日趨廣泛。目前探地雷達技術已應用到各個行業，如采礦工程、水利水電工程、地質工程和巖土工程勘查、建筑工程、橋梁道路、隧道工程、管線勘測、環境檢測、考古等方面，但目前少有用于采煤沉陷水田地表裂縫調查的實例。探地雷達技術用于采煤沉陷水田地表裂縫探測在原理上可行，只是缺乏實際例證。

土壤入滲是指降水或灌溉水從土壤表面滲入土壤形成土壤水的過程，屬于土壤水運動的一部分，是降水、地表水、土壤水和地下水相互轉化過程中的一個重要環節。土壤入滲特性是評價土壤水源涵養作用和抗侵蝕能力的重要指標，土壤的入滲特性受到許多內在因素的影響，諸如：土壤剖面特征、土壤含水量、導水率及土壤表面特征等，而導水率又取決于土壤孔隙的幾何特征(孔隙度、孔隙分布及彎曲度)、流體密度和黏滯度、溫度等因子，故不同地域和不同的土壤狀態會形成特定的入滲特性。當以上影響土壤入滲特性的因素發生變化時，特別是土壤中出現采煤沉陷地表裂縫導致土壤導水率發生變化時，會導致入滲異常區域土壤入滲特性變化。

基于開采沉陷預計和探地雷達的山地采煤沉陷水田地表裂縫探測方法的難題在于：

1)山地地形條件和地質環境復雜，水田地表裂縫人肉眼無法直接觀察，地表裂縫可能區域確定困難，干擾信息多；

2)探地雷達探測參數選擇難，探測環境復雜，直接影響地表裂縫探測精度；

3)探測土壤為非均勻介質，電磁波傳播規律復雜，雷達數據處理難度大。

發明內容

本發明的目的是為解決上述難題，針對水田地表裂縫人肉眼無法觀察到的現狀，提出了基于開采沉陷預計和探地雷達的山地采煤沉陷水田地表裂縫探測方法，本方法綜合考慮土壤厚度、土質、裂縫寬度等探地雷達探測影響因素，選擇合適的探地雷達天線及探測參數，對沉陷水田地表裂縫空間位置的準確定位，為山地采煤沉陷水田治理提供基礎支撐。

本發明提出的一種山地采煤沉陷水田地表裂縫探測方法，其特征在于：該方法基于開采沉陷預計和探地雷達技術，具體包括以下步驟：

1)水田內地表裂縫可能區域的初選：利用礦山生產的開采計劃和開采沉陷預計方法進行采煤沉陷區預計，得出采煤沉陷區內地表裂縫預計的分布與走向；并通過實地踏勘得到水田失水變為旱地的區域；將調查中得到的水田失水變為旱地的區域、井下工作面(可通過礦山生產的開采計劃獲得)與采煤沉陷區內地表裂縫預計的分布疊加，即可得到水田內地表裂縫可能區域(即由于采煤沉陷地表裂縫引發水田漏水(漏水是水田失水的原因之一)變為旱地的可能區域)；

2)探地雷達測線布設：在步驟1)獲得的水田內地表裂縫可能區域內，布設探地雷達測線，使探地雷達測線經過且垂直于地表裂縫方向；探地雷達測線及其延長線形成網狀布線，同時利用GPS(手持)記錄探地雷達測線始、末位置的空間坐標信息，并生成水田內地表裂縫可能區域探地雷達測線圖；

3)探地雷達天線選擇及現場探測：選擇天線主頻在200～1500MHz范圍內的2-3種探地雷達天線(選擇需根據不同的探測深度和土體環境，如土壤含水量、土壤質地等因素通過試驗進行選擇)，沿著步驟2)布設的測線進行現場探測；進行現場探測時，在探地雷達儀器中輸入雷達參數包括：時窗為30-60之間、采樣率為512或1024、疊加次數為1-3次；探測中探地雷達儀器以1.1-1.3m/s速度勻速前行，獲得水田內地表裂縫可能區域的探地雷達采集數據；

4)探地雷達采集數據的處理：包括前期處理-雷達圖像分析-找出探地雷達測線異常線三個步驟；