《煤田地质与勘探》“雷达研究领域” 虚拟专题

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《煤田地质与勘探》“雷达研究领域” 虚拟专题

来源：煤田地质与勘探

雷达技术，现代科技之翼，广泛应用于气象、航空、交通及国防等领域。为紧跟前沿，编辑部整理出《煤田地质与勘探》近年来刊发的雷达领域优秀成果，以促进学术交流，共探雷达技术新篇章。

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 56个
关键词; 61位
专家; 14篇
论文; 3953IP
点击量; 2024次
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基于曲波域凸集投影算法的缺失GPR信号高精度重建

作者(Author)：吴祺铭, 王洪华, 席宇何, 王欲成

摘要：受采集环境和仪器性能的影响，实测探地雷达(GPR)剖面中不可避免会出现部分信号缺失和坏道现象，易造成目标体产生的反射波和绕射波同相轴不连续，严重降低后续处理与成像精度和分辨率。为此，将图像处理中广泛应用的凸集投影(POCS)算法与具有良好稀疏特性的曲波变换相结合，提出了一种基于曲波域POCS算法的缺失GPR信号高精度重建方法。从压缩感知理论出发，建立了离散曲波变换基下缺失信号重建的目标函数，并采用POCS算法详细推导了缺失GPR信号重建的时间域迭代公式。其中，线性和指数迭代阈值模型用于更新曲波变换系数，从而高精度重建时间域缺失信号；平均绝对误差、信噪比、峰值信噪比用于定量评价GPR信号重建精度。模拟与实测GPR信号的重建试验表明：POCS算法可有效重建GPR剖面中的缺失信号；与线性阈值模型的POCS算法相比，指数阈值模型的POCS算法重建精度更高；与指数阈值模型的频率域POCS算法相比，指数阈值模型的曲波域POCS算法用于重建GPR剖面中连续多道缺失信号的误差更小、纵向伪影能量更弱，且对复杂GPR结构模型的缺失信号重建具有较强的适用性；与线性和指数阈值模型的频率域POCS算法、线性阈值模型的曲波域POCS算法相比，指数阈值模型的曲波域POCS重建方法的重建精度更高、平均绝对误差下降45%~99%、信噪比和峰值信噪比提高1~20 dB，其重建结果可为后续处理与解释提供高质量GPR信号。

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煤田地质与勘探

2024年第03期

169

5
煤层自燃区隐蔽火源的综合地球物理探测应用

作者(Author)：马子钧, 杨海燕, 李文宇, 许云磊, 赫云兰, 刘卓明, 李鹏, 黄赳

摘要：煤自燃灾害是影响我国许多矿区发展的因素之一，带来严重的资源损失和环境污染。隐蔽火源定位及其分布范围识别是煤矿企业制定预防和治理措施的重要依据，也是煤火灾害领域内的研究热点和难点。合适的通风供氧通道是煤层自燃的必备条件，当煤体的氧化放热速率超过散热速率时，煤体温度不断上升直至引起煤层自燃，因此，找准火区燃烧中心并确定烧空区和垮落带是煤火探测的主要任务。以内蒙古乌海市公乌素露天矿为研究对象，在煤层电阻率与温度关联分析的基础上，采用地质雷达和圆锥型瞬变电磁法开展了着火点及分布范围探测，结合地面冒烟区位置获得了火区地下通道的地球物理特征，进而确定了研究区着火通道的分布范围。研究结果表明：原岩区和烧结区的物性稳定性较为连续，其顶界面在雷达影像中呈现出较为明显的反射同相轴，在圆锥型瞬变电磁成果中则体现为横向连续的电阻率分布。地下隐蔽着火通道由孔洞裂隙发育、岩体破碎等因素造成，在地质雷达剖面中反映为同相回波弱且不连续，在瞬变电磁拟断面中出现电阻率等值线在横向上下凹或错段。测线方向上高程落差不同处视电阻率范围不同，需要在测区整体电性规律的基础上，分区研究测线局部范围内的物性变化，以界定原岩中物探异常的分布规律。综合圆锥型瞬变电磁和地质雷达两种方法，可对潜在自燃着火点位置及着火范围进行有效识别，为着火区范围的圈定以及着火规律的分析提供依据。

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煤田地质与勘探

2023年第12期

256

24
定向钻孔雷达天线探测平衡分析与配重优化设计

作者(Author)：李涛涛, 许献磊, 徐海龙, 欧阳兵, 王鹏杰

摘要：定向钻孔雷达(Orientated Borehole Ground Penetrating Radar，OBGPR)有效解决了矿井或油井钻孔、工程检测探孔等周边地质情况的定向精细化探测问题。针对深孔中介质多变，雷达天线配重不合理，导致天线下沉时状态难以控制、探测效果不理想的情况，开展定向钻孔雷达探测过程中的天线平衡分析和配重优化设计研究。首先对深孔/井探测中的定向钻孔雷达天线进行平衡状态下的受力分析，在明确不同密度介质条件天线所受重力、浮力的前提下,通过构建钻孔泥浆黏度系数随密度变化模型，数值模拟与试验验证相结合确定雷诺数与阻力系数关系，重点研究雷达天线匀速下沉检测的运动阻力情况。接着开展定向钻孔雷达天线的配重优化设计，形成了配重大小可调节的配重块结构以及不同探测条件下(钻孔直径0.1~0.2 m、介质密度1 000~1 700 kg/m3、检测速度0.03~0.06 m/s)的配重方案。在此基础上，开展定向钻孔雷达的电塔桩基和大坝坝基质量现场探测试验，以验证天线的配重优化设计结果。对试验过程中的线缆拉力变化情况和雷达探测结果进行分析，结果表明：优化设计出的钻孔雷达天线配重结构和方案满足不同工况条件下天线平稳下沉探测的需求，探测结果能有效得到钻孔周边地质异常区域的方位和尺寸。研究结果可为钻孔雷达实现复杂孔/井中环境下的超深、定向和精细化探测提供技术支撑和指导价值。

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煤田地质与勘探

2023年第06期

199

75
煤矿回采工作面智能地质保障技术进展与思考

作者(Author)：王国法, 张建中, 薛国华, 刘再斌, 刘清, 李梅, 刘军锋, 程健, 张学亮

摘要：煤矿地质保障技术是实现煤炭精准开采和绿色采矿的关键路径，针对智能开采需求和地质保障要求，分析了回采工作面地质保障主要面临的难题，包括基础理论研究薄弱、地质探测精度不足、建模精度无法满足工程应用、模型动态更新困难、缺乏基于时空演变的智能回采全局路径最优决策手段等。根据面临的难题和技术现状，对陕西延安黄陵一矿和陕西神木榆家梁煤矿智能开采地质保障技术进行了探索实践。黄陵一矿以810综采工作面智能开采为目标，采用综合探测、数据融合等技术，构建工作面静态地质模型，利用地质雷达、惯性导航技术，动态修正工作面地质模型，通过对“透明工作面”高精度地质模型“CT切片”，获取采煤机关键截割曲线，与回采工艺、装备形成耦合协同、联动控制模式，实现基于三维空间感知和智能数据分析的规划截割，推动黄陵一矿810综采工作面实现智能无人化开采。榆家梁煤矿提出构建基于时空数据模型的智能自主割煤工作面无人化开采模式，融合多源异构地质数据建立智能开采工作面多属性地质数据库，构建基于绝对坐标的43101工作面高精度时空地质模型，并基于时态地理信息系统平台(4DGIS)进行三维地质模型可视化，实现地质模型的任意剖切，结合随采地质雷达获取煤厚、煤层顶底板和煤岩界面数据进行动态修正，实现基于高精度地质模型的采煤机自主截割。通过2个案例对面临的难题进行有益的探索，最后进行总结与展望，为企业高质量发展指明了技术方向。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

328

233
基于探地雷达的路基地下异常体全波形反演

作者(Author)：胡磊磊, 陈康, 黄德军, 杨荣

摘要：路面塌陷及地下空洞隐患往往较为隐蔽且事发突然，造成了人们生命和财产的巨大损失，对于道路塌陷及地下空洞隐患的检测分析显得至关重要。探地雷达(Groud Penetrating Radar, GPR)因其具有精度高、效率快、连续无损、实时成像等优点，是目前城市道路塌陷隐患探测的主要方法。针对GPR传统目标函数全波形反演(Full Waveform Inversion, FWI)中激励源子波估计不准确而导致反演准确性和可靠性降低的问题，提出了一种褶积型目标函数FWI算法。对于路面塌陷及地下空洞2种情况，通过建立合成数据模型，与传统目标函数FWI的反演结果进行对比，说明了褶积型目标函数FWI算法在激励源子波估计不准确的情况下依然可以得到良好的反演结果，验证了该算法的有效性；最后将该算法用于2组不同灾害类型的GPR实测数据中，分析反演得到的地下介质相对介电常数分布情况，验证了褶积型目标函数FWI算法对于实测数据的实用性，从而为路基地下异常体探测提供理论依据。

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煤田地质与勘探

2022年第11期

71

43
基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

作者(Author)：蒋必辞, 程建远, 李萍, 刘文明, 余俊辉, 吴国庆

摘要：煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达，联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型，实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度，采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式：回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用，基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始收集其他信息构建的地质模型相比，刻画的局部信息更精细，顶/底板界面的变化形态与回采后切眼测量的一致；钻孔雷达探测更新模型后与切眼测量更新模型后煤层顶界面最大误差为0.57 m，煤层底界面最大误差为0.54 m，煤厚误差0.3 m。结果表明:钻孔雷达可以高精度探测煤层与顶/底板界面，利用组合钻孔可实现透明工作面的构建。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

242

186
油气井雷达成像测井仪改进及试验

作者(Author)：赵永刚

摘要：传统的测井仪器探测深度基本在3 m以内，大多也没有方位分辨能力，无法实现油气井周围较大范围地层结构与构造的成像，故不能解决隐蔽构造与油气储层的探测问题。针对上述问题，将地表地质雷达成像技术移植到测井中，研发了雷达成像测井仪。为提高雷达成像测井仪探测深度、方位分辨率和下井深度，采用纳秒脉冲源与定向接收天线对井周地层进行探测和成像，在增大探测距离的同时，兼顾了分辨率；采用磁环和光耦对脉冲板做隔离，有效地压制了噪声；通过在电路外增加保温瓶和优选耐高温元器件提高了仪器的耐高温性能；最后利用模型井对仪器进行了测试和标定，并在3口油井中进行了现场应用。改进后的雷达成像测井仪下井深度可达6 000 m，最大探测深度可达12 m，能够对井周5 m以外孔洞、裂缝进行定位和成像，大大地拓宽了测井技术的横向预测能力。测试与应用结果表明：该仪器能够耐受油井下的高温高压环境，探测深度大且分辨率高，对钻孔周围地层界面、裂缝和孔洞构造成像效果较好。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

181

110
基于共中心点道集约束的探地雷达波阻抗反演

作者(Author)：戴前伟, 宁晓斌, 张彬

摘要：探地雷达(GPR)波阻抗反演是一种准确获取地下介质本征参数的有效方法，该方法依赖于测井资料提供的低频信息，而在GPR实际应用中，钻孔资料很少。为此，提出利用共中心点(CMP)速度分析为波阻抗反演提供大尺度纵向约束，实现在CMP速度分析结果的约束框架下，精细重构介质的介电参数信息。首先，以层状模型为算例，验证了CMP速度分析结果作为波阻抗反演的初始模型约束的可行性；在此基础上，开展了2个随机介质模型的波阻抗反演测试，反演结果的整体结构与模型接近，细微结构得到了较好的重构，与理论值的平相对误差值为8.73 %。结果表明，该方法在随机介质模型的探地雷达的波阻抗反演中更高效和经济，并且成像结果中包含着丰富的细节信息，在土壤介质其他物理参数估计中极具可行性和适用性。

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煤田地质与勘探

2020年第03期

537

124