隧道煤层采空区的探测技术
采空区综合物探技术方案
采空区综合物探技术方案1. 引言采空区指煤矿采掘后形成的裂隙、空洞和煤柱残体等地下空间，这些地下空间会对社会、经济和环境产生很大的影响。
因此，采空区的综合治理非常重要，其中物探技术在采空区治理中具有重要的地位。
本文主要介绍了一种针对采空区综合治理的物探技术方案，以解决采空区治理中的重要问题。
2. 生产井的勘探生产井的勘探是采空区治理中不可或缺的环节，其主要作用是对采空区的情况进行综合评估，确定后续治理方案。
提高成像质量是勘探的核心任务，采用高分辨率的地震成像技术，能够获得采空区深部结构的详细信息。
根据采空区的不同特点，可以选择不同的地震成像技术。
如在大空区（空曲率半径大于30m）中，可以采用传统的反射地震勘探或井间地震勘探技术；在中空区（空曲率半径20-30m）和小空区（空曲率半径小于20m）中，则建议使用微震勘探技术。
此外，根据井孔提取率的不同，还可以采用钻孔地震勘探技术。
3. 孔外测量技术孔外测量技术是在生产井勘探的基础上，对地表进行测量，以获取地下空间的相关信息。
在采空区治理中，主要采用的孔外测量技术包括重力法、磁法、电法、地震法和电磁法等。
在选择测量技术时，需要根据采空区的实际情况来进行评估。
对于空洞较大、煤柱残体少的采空区，重力法和磁法可以提供较好的测量效果；对于空洞较小、煤柱残体多的采空区，地震法和电磁法具有更好的测量效果。
此外，需要注意的是，不同的测量技术在不同的环境下可能存在局限性，因此需要综合考虑多种测量技术。
4. 数据处理和分析采集到的数据需要进行处理和分析，以便进一步作出治理方案。
数据处理和分析主要涉及到数据质量控制、数据解释和成像等方面。
对于采集到的数据，需要进行质量控制和处理，以去除噪声和错误数据。
在数据解释方面，需要进行数据分析和建模，以理解采空区的结构和空间组构。
成像是数据处理的重要环节，需要利用成像技术对数据进行处理和展示，以便更好地理解地下空间的结构。
5. 治理方案的制定通过以上步骤，可以对采空区的情况进行全面的评估和了解。
隧道穿越采空区施工技术研究
隧道穿越采空区施工技术研究在隧道工程施工中，采空区是隧道施工的一大难点，其处理技术及其安全措施实施的好坏直接影响到隧道施工及运营安全。
采空区与隧道的空间位置关系是决定采空区处理措施的关键因素。
根据两者的位置关系可以分为几类，然后根据采空区的分类给出了相应的采空区处治措施。
本文分析了隧道穿越采空区施工技术。
标签：隧道；采空区；施工技术引言：近年来，我国经济快速发展，交通网也越来越密集。
在地下资源丰富的山岭地区修建公路时，受到特定几何线形和路线纵坡等设计指标的制约以及特定地区的矿区条件等限制，隧道工程将不可避免地穿越既有采空区。
随着科技的发展，隧道穿越采空区的施工技术也是越来越先进，但是它还是面临着很多的问题，在一定程度上影响着施工技术。
一、采空区特征及对围岩稳定性影响（一）采空区探测隧道采空区形式多样，分布面积广。
通过走访矿区与分析原始矿产资料，结合采空区形成的地表裂缝情况，对影响隧道施工的采空区大体范围做了初步确定。
在初步调查的基础上，采用高密度电法、瞬变电磁法和电测深相结合的综合物探方法圈定采空区异常范围，然后采用孔间CT、孔地CT的二维CT方法对具体的采空区边界进行定位，得到采空区的明确状态和范围。
从采空区的范围分析得到隧道在穿越采空区时，施工扰动会对老采空区的稳定性产生影响，引起地表裂缝加剧，围岩应力重新分布，施工风险较大。
（二）采空区对隧道围岩的稳定性影响分析受采矿的影响，煤矿区岩体原有的应力平衡被打破，采空区上覆岩体形成冒落带、裂隙带和弯沉带，使得采空区承载力降低，长期不能稳定。
隧道开挖施工的过程中将不可避免地扰动地下岩土体，从面打破原有的平衡状态，并向新的平衡状态过渡。
隧道开挖后，自洞室临空面向地层探处一定范围内，地层应力将发生一定幅度的调整，宏观表现为地层物质的移动以及地层物质的变形，进一步造成洞内的严重变形甚至是塌陷。
采空区处于相对平衡状态的岩体易产生“活化”，形成新的冒落带，使得采空区稳定性降低，已有采空区和将来的开采都对隧道的设计、施工以及后期运营有重大影响。
煤层采空区隧道施工方案
煤层采空区隧道施工方案一、前言煤层采空区隧道施工是一项技术复杂、风险高的工程，需要在充分了解地质条件的基础上制定合理的施工方案。
本文将从地质勘探、支护措施、施工工艺等方面探讨煤层采空区隧道的施工方案。
二、地质勘探在进行煤层采空区隧道施工前，必须对地质情况进行详细勘探。
主要包括地层岩性、构造特征、断层分布等。
根据勘探结果，确定隧道的走向、倾角、进口、出口位置等重要参数，为后续的施工提供参考。
三、支护措施煤层采空区隧道施工中，支护工作至关重要。
针对不同地质条件，可以采取预喷浆加固、锚杆加固、钢拱支护等措施。
在施工过程中要及时检查支护的稳定性，确保施工安全。
四、施工工艺1.掘进方法：煤层采空区隧道施工常采用掘进机械进行作业，也可根据实际情况选择爆破法。
2.出渣方式：利用皮带输送机或锚杆挤压输送方式，将渣土从施工现场快速、高效地排出。
3.通风处理：通风是煤层采空区隧道施工过程中需要解决的重要问题，合理设置通风设备，保障工人的安全作业。
4.排水施工：根据地下水情况，制定合理的排水方案，避免施工中出现积水导致事故发生。
五、施工安全在煤层采空区隧道施工过程中，施工人员应严格执行安全操作规程，佩戴必要的安全防护用具，确保施工安全。
定期进行安全教育培训，提高施工人员的安全意识。
六、施工质量煤层采空区隧道施工质量关乎工程的使用寿命和安全性。
在施工中应严格按照设计要求进行作业，确保质量符合标准。
七、总结煤层采空区隧道施工是一项技术综合性较强的工程，需要充分考虑地质条件、工艺流程、安全措施等因素，制定科学合理的施工方案。
只有做好各项准备工作，才能保证隧道施工的顺利进行并确保施工质量和安全。
三种探测煤层采空区的方法
第32卷第3期物 探 与 化 探Vol.32,No.3 2008年6月GE OPHYSI CAL&GE OCHE M I CAL EXP LORATI O N Jun.,2008 三种探测煤层采空区的方法王立会,潘冬明,张兴岩(中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221008)摘要:采空区的存在对矿山生产和工程建设造成极大的安全隐患,采空区探测已成为重要研究课题。
笔者结合参加过的工程项目,具体介绍3种探测煤层采空区的方法:井间地震、探地雷达和浅层地震反射波法,并分析比较了它们的优缺点。
关键词:采空区;井间地震;探地雷达;浅层地震中图分类号:P631.4 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2008)03-0291-04 随着煤矿开采生产过程的进行,许多矿山形成了大量的采空区。
特别是小煤窑越界开采造成的不明采空区,更是形态各异,层位复杂。
另外,一些老采空区,由于设计资料不全或丢失,无法确定其位置和边界。
这些地下采空区,给矿山生产和工程建设,带来了极大的安全隐患。
这就需要对采空区的稳定性、位置、边界等进行勘查与评价,为将来的综合治理提供依据。
目前,采空区探测方法大体分为现场调查、物探与钻探3类。
在实际工作中,通常是首先收集相关资料和进行现场调查,然后利用各种物探方法进行探测,最后以钻探方法来验证、修正,使得物探资料解释更符合实际地质情况。
由此可见,物探方法在采空区探测中具有举足轻重的作用。
采空区探测的物探方法有井间地震、探地雷达、浅层地震反射波法、高密度电法、瞬变电磁法、测氡法等。
笔者结合参加过的工程项目,具体介绍前面3种物探方法。
1 井间地震1.1 原理井间地震是将震源与检波器都置入井中进行地震波观测的新型物探方法。
在测区内要有2口或更多已钻好的孔(井)。
在1口井的预定的位置上,设置震源点,此为震源井;而在另一口井设置接收点,布置检波器,此为接收井。
目前井间地震观测系统类型主要有共炮点数据采集、共接收点数据采集、炮点—接收点平行同步移动观测等。
煤矿采空区地面综合物探方法
煤矿采空区地面综合物探方法摘要：对煤矿采空区进行地面物探通常会有多种问题交叉存在,比如:采空区边界范围分布不明确、地形复杂、采空区大面积积水等,需将多种物探技术综合应用。
关键词：煤矿采空区；地面；综合物探；方法1物探方法概述1.1探地雷达法该方法应用高频电磁波,通过宽频带短脉冲的方式,从地面经天线向地下传输电磁波,通过地层或地质异常体反射之后,重回地面,然后由接收天线进行接收。
其优势为,持续性好,能够推断介质结构,且分辨率高,能够进行无损检测,适用于极浅采空区。
1.2高密度电阻率法该方法以岩石电性差异作为基础,能够快速、自动采集野外数据,工作效率高,且成本低,采集的信息丰富;该方法适用于地形比较平缓的浅层采空区;在无水采空区效果突出。
1.3瞬变电磁法该方法以一个不接地的回线或磁偶极子向地下发射脉冲电磁,以此充当激发场源,然后基于一次脉冲电磁场间歇过程对线圈加以利用,通过接地电极观测二次涡流场的空间分布特征和时间特征,对采空区涉及的物性及几何特征进行解释。
优势是分辨率高、体积效应低、工作效率高;适用于采空区埋深<600m以及基岩大面积袒露的区域。
1.4地震法地震法是利用介质间的波阻抗差异来进行探测的,当介质间的波阻抗差异越大,反射波的能量越强;反之波阻抗差异越小,反射波的能量越弱。
正常煤层由于与顶底板围岩波阻抗差异大,能形成能量较强的反射波;采空区由于煤层连续性发生破坏,反射波能量明显减弱或消失,反射波频率偏低、波形出现缺失、跳跃、紊乱或畸变现象。
煤矿采空区地震法探测主要分为浅层二维地震和三维地震,其中浅层二维地震法适用于地形较为平缓的浅层采空区勘查,三维地震适用于中深~深部采空区探测。
实践表明,地震法适用于采空区地表无松散层、声音干扰较小的区域,不受地面导体或高压线的干扰,对于房柱式采空区勘查具有明显优势。
近年来还发展了四维地震勘探技术。
1.5可控源音频大地电磁法和音频大地电磁法可控源音频大地电磁法(CSAMT)和音频大地电磁法(AMT,代表性的为EH4电磁成像系统)均属于频率域电磁法,其中CSAMT由低频到高频全部采用人工场源、受场源影响收发距较大(一般5~10km)、测点分布需平行于供电电极AB方向、施工效率高;而EH4仅在高频段采用人工场源、收发距较短(400~500m)、测点布置灵活、因需频繁移动发射站点且进行张量测量,精度较高但施工效率低。
《采空区的勘察设计与治理技术》规范
《采空区的勘察设计与治理技术》规范一、引言采煤是我国能源资源开发的重要方式之一，但同时也会产生大量的采空区。
采空区是指在煤炭开采过程中，当一个或多个煤层被全部开采后，形成的地下空洞区域。
采空区的存在会给地质环境和生态环境带来严重影响，因此，对采空区的勘察、设计和治理技术进行规范十分必要。
二、勘察设计1.采空区的勘察应根据地质条件、矿坑布置和采煤方法等因素进行综合分析，确定采空区的范围、形态和特征。
2.采空区的勘察应采取多种手段，包括地面测量、地下射孔、地质钻探、地下水位监测等，以充分了解采空区的地质情况、地下水位变化及对周边环境的影响。
3.勘察应详细记录采空区的范围、形态、深度、倾斜度、地下水位等参数，并编制采空区地质分布图和勘察报告。
报告中应包括对勘察结果的分析和评价，并提出针对性的治理措施建议。
三、治理技术1.采空区治理应根据采空区的特征和周边环境要求，制定科学、可行的治理方案。
2.采空区治理可以采用地质填充、水封、导流和加固等多种技术手段。
地质填充是最常用的方法，可以利用矿尾砂、矿石尾砂等填充材料对采空区进行填充，增加地下密实度。
水封是在采空区上部开挖一段水封段，使采空区底部处于水下，从而减少大气氧气的进入，起到安全防爆和温度降低的作用。
导流可以通过开挖导流隧道引导地下水流入采空区，以降低采空区周边地下水位，减少地面沉降和塌陷的风险。
加固则是对采空区周围的支护和加固，以防止地面塌陷和建筑物沉降。
3.采空区治理的技术选择和实施应严格按照相关规范和标准进行，确保治理效果符合要求。
四、验收与评价1.采空区治理完成后，应进行验收和评价，以验证治理效果是否达到预期。
2.验收应包括对采空区治理后的地质情况、地下水位变化、地面沉降和建筑物偏移等进行测量和监测，确保治理达到设计要求。
3.采空区治理的评价应包括工程效果评价和环境效果评价。
工程效果评价主要考虑治理工程的稳定性、经济性和可操作性等方面；环境效果评价主要考虑采空区治理对水环境、地表覆盖和生态环境等方面的影响。
隧道工程资料：瓦斯地层隧道超前钻孔探测要点
隧道工程资料：瓦斯地层隧道超前钻孔探测
要点
进入煤层前10m要进行超前钻孔预测。
如遇地质岩性明显变黑或随着掘进瓦斯浓度呈高梯度变大时，不论设计是否为煤层段，均应加强超前钻孔探测。
利用超前钻孔确切了解煤层层位、厚度、煤质、顶底板岩性，在钻孔没有探测到煤层时，应确保工作面到钻孔探测范围边缘的距离＞20m，否则，应停止开挖，再打一次钻孔探测煤层。
在掘进工作面距煤层顶板垂距10m以远处，打一组3个穿透煤层全厚的超前钻孔（75），详细记录岩芯资料，在距煤层顶板垂距5m 以远处，打3个穿透煤层全厚的预测孔（50），见煤后，改用电煤钻，同时实施监测预报，判定突出危险程度、瓦斯溢出浓度等。
在距煤层顶板垂距5m以远处，打3个超前钻孔，探清距煤层2.5m 岩柱准确位置，防止误穿煤层。
煤层采空区隧道的勘察设计
煤 层 采 空 区 隧 道 的 勘 察 设 计
朱 勇
摘 要： 分析 了煤层采 空区的变形机 理及 特征 ， 支护结构变形 、 从 失稳、 开裂 、 涌水 、 方等方面 阐述 了煤层采 空 区对隧道 坍
工程 的危 害， 并对其危害作 了评 价 ， 对采 空 区隧道勘 察设计 的设计原则 、 施工工法等进行 了探讨 ， 而提 高隧道 工程在采 从
２ 导水 裂缝 带 ： ） 跨落带 上方一 定范 围 内的岩层发 生断 裂 ， 且
隧道可 采取正 常 的工程 措施 下穿采 空 区 ， ｈ值 可参 照深 具有导水性 ， 能使 上覆 岩层 中的地 下水 流 向采空 区 ， 这部 分导 水 无影 响 ， 见 ） 断裂岩层范 围称之 为导水 裂缝 带。倾 角小 于 ５ 。 ５的煤 层 ， 高度 埋 隧道 的垂直松弛压力高度值来确 定（ 图 ｌ ）。 其
带 。其 高度 为导水裂缝带 至地 面的距离。
１２ 变 形 特 征 ．
１ 由于开采 范围窄 小 ， ） 地表不 产生移 动盆地 ， 其开采 深度 但
浅 、 板又任 其跨 落 ， 地表变 形剧 烈 ， 顶 故 大多产 生较 大的裂缝 、 台 阶和陷坑 。２ 地表裂缝带 常与 开采工作 面的前进 方 向平行 ， ） 随工 作 面的推进 ， 缝不断 向前发展成平 行 的裂 缝 。裂缝一 般上宽下 裂
２０ ： ０ １ ５．
准。控制标 准数值一般 分为 ３个 控制 水平 ： Ｉ级 为安全 值 （ 应 相
安全 系数 在 １ ５ ． ． ～２ ０以上 ） Ⅱ级 为警 戒值 （ ， 安全 系数 为 １５～ ． ［ ］ 周石喜 ． 市浅 埋暗挖 地铁 隧道 沉 降控 制 与分析 ［ ］ 山西 ２ 城 Ｊ、 ２ ０ ，Ｉ ． ） Ｉ级为危 害值 （ Ｉ 安全系数为 １ １ ． 左右 ） 。施 工中量测 数值处 建筑 ，０ ７ ３ （ ）２ ６２ ７ ２ ０ ，３ ２ ：９ —９ ．
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物 探 与 化 探
ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３６，Ｓｕｐｐ． Ｏｃｔ．，２０１２
隧道煤层采空区的探测技术
吴德胜，吴丰收，苏有财，花晓鸣，李苍松
（中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 ６１１７３１）
摘 要：阐述了隧道隐伏煤层采空区对隧道施工及运营安全的影响及危害，并针对隧道内特有的工作空间，对比各 种物探技术的应用情况，最终选择了抗干扰强、效率高的探地雷达技术对煤层采空区进行探测。结合几个工程实 例，分析了探地雷达在高风险隧道隐伏煤层采空区探测中的具体应用情况，通过钻孔验证了方法的有效性和精确 性。 关键词：隧道；采空区；探地雷达；超前探测 中图分类号：Ｐ６３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－８９１８（２０１２）Ｓ１－００１６－０４
３ 应用实例
３．１ 实例 １ 某隧道处 于 进 口 段，岩 性 主 要 为 砂 岩 和 泥 岩。
钻孔揭示，该区域岩体强风化，地下水不发育，局部 有线状水或少量股水。现有资料表明，区域内有多 座煤矿与隧道相交，接近地表的煤层已被全部采空， 局部为矸石填充。研究工作开展前，该隧道掌子面 出现坍塌，并已清理完毕。由于掌子面围岩极破碎， 清理时伴有掉块现象，为确保施工人员安全，已对掌 子面喷混凝土封闭，现场测试时不能观测到围岩新 鲜面。因掌子面搭建有钢架，探地雷达连测难以实 施，于是采用 ＳＩＲ２０型探地雷达，１００ＭＨｚ屏蔽天 线进行点测。在掌子面上布设“井”字形测线，每条 测线的测试点距根据测线位置及障碍物的影响作出 调整。笔者取其中的两条雷达测线，从上至下分别 为测线 １和测线 ２。测线 １的测试点距为 ５０ｃｍ，测 线 ２的测试点距为 ３０ｃｍ，局部因障碍物的影响稍 作调整。测线 １距地表 ２ｍ，两条测线相距 ３ｍ。
随着我国交通建设的投入加大，穿越煤层开采 区的铁路、公路隧道越来越多，煤层开采遗留下来的 运输及采掘巷道，无疑给隧道施工带来一定的影响。 由于煤层的厚度、倾角、倾向不同，遗留下来的巷道、 采空区规模、形态等也各异，对隧道安全施工的影响 大小也不同。对于在建高风险隧道，隧道开挖面前 方的隐伏煤层采空区，由于充填物各异，施工中易造 成岩体坍塌、涌水、涌泥等地质灾害；在隧顶的隐伏 煤层 采 空 区，易 引 起 拱 顶 大 面 积 坍 塌、冒 顶、涌 水 （泥）等，严 重 的 还 会 引 起 隧 体 失 稳；在 隧 底 的 隐 伏 煤层采空区，极易引起隧底突然塌落，致使堆放其上 方的材料陷落，过往设备及行人坠落。为了排除隧 道隐伏煤层采空区对隧道安全施工、运营的影响和 威胁，探明采空区的存在及特征就显得非常重要。
１ 隧道煤层采空区探测技术现状
煤层开采年代久远，开采无序，运输及采掘航道 分布极其复杂，采空区大小各异，或回填或空洞，给 勘探增加了困难。特别是处于空洞状的采空区，破 坏了岩体内原有的应力平衡，在上覆岩层压力的长 久作用下，采空区及围岩可能发生变形、破碎、塌落 等现象，从而形成了塌陷带、裂缝带和变形弯曲带 ３ 个影响带，这些影响带成为岩层—采空区的过渡带， 物性差异小，进一步增加了勘探难度。
由于隧道特有的结构及有限的三维空间制约， 物探方法 应 用 存 在 一 定 的 限 制 和 干 扰，主 要 体 现 在［８］：隧 道 内 空 间 狭 小，测 线 布 设、排 列 展 开 难 度 大；隧 道 底 板 密 实、坚 硬，电 极、传 感 器 等 埋 设 难 度 大，耦合度差；隧道内金属全空间分布，加之工业用 电，对电场、磁场、电磁场等干扰严重，不仅影响异常 体的分辨，还易引入伪异常体；隧道施工车辆、机械 等噪音极大，严重干扰了地震波、声波等信号采集， 导致信号干扰大，处理难，分辨率低；隧底积水重，泥 浆厚，严重影响探地雷达探测深度、精度；技术方法 多具有多解性，勘查结果的精度和可能性不高。笔 者根据隧道实际工作环境，选择探地雷达技术对隧 道隐伏煤层采空区进行探测，并有针对性地增加超 前钻来验证探地雷达探测的有效性和精确性。
物质 空气
水 泥质砂岩
砂岩 泥岩
煤
图 １ 探地雷达测试原理
表 １ 常见介质的典型参数
相对介电常数 ８
８２．３ ６０ ３ ２．５ ２．５
电导率 ／（Ｓ／ｍ） ０ １
０．００１～０．１ ０．００５ ０．１ ０．０００５
速度 ／（ｍ／ｎｓ） ０．３ ０．０３ ０．０１５
０．０２１ ０．００６ ０．０２５
体破碎，同现场了解的情况相符；在 １２～２７ｍ范围 内，雷达反射波明显增强，上、下界限处存在明显的 反射界面，反射面似双曲线状，其间雷达反射波振幅 强，相位错乱，表明此间存在明显的地质异常。图 ３ 中 １４～２７ｍ范围内，雷达反射波形态与图 ２相似， 但相对图 ２的反射波振幅减弱，相位连续性变好。 通过对测线 １和测线 ２的探地雷达剖面分析，结合 地质调查及设计方案，认为在距地表 １２～２７ｍ范围 内存在一处回填的煤层采空区，图 ２、图 ３中的反射 异常区波形差异是由采空区下方填充密实，上方回 填较松软且局部有小空腔引起的。在此后的开挖中 证实了煤层采空区的存在，采空区内填充为腐烂的 木头、矸石及岩块，但下部回填密实，上部回填稀松 且多处有小空腔。
收稿日期：２０１２－０８－３０
增刊
吴德胜等：隧道煤层采空区的探ห้องสมุดไป่ตู้技术
·１７·
电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标体的探 测［９－１０］。探地雷达测试原理如图 １所示。介质间 的电性差异是探地雷达有效探测的条件之一，而且 界面间电性差异大小，在一定程度上决定了分辨率 大小。本次工程实例中的电性差异见表 １，满足探 地雷达使用的先决条件。
目前，采空区探测方法主要有浅层地震法、探地 雷达法、瞬变电磁法、高密度电法、电测深法、高密度 微重力等，这些方法都有其各自的特点 。 ［１－６］ 国内 对隧道隐伏煤层采空区探测主要采用探地雷达法和
地震波法。探地雷达法具有高效、便携、高精度、信 号连续采集等优点，对隧道隐伏煤层采空区的探测 具有其他 方 法 无 法 比 拟 的 优 点［７］。 地 震 波 法 数 据 采集速度快，但抗干扰能力差，因其探测深度大，在 隧道内应用也有一定的优势。
２ 探地雷达技术测试原理
探地雷达系统是一种探测地下结构和埋藏物的 新型无损探测仪器，它在地表向地下发射脉冲形式 的高频宽带电磁波，电磁波在地下介质的传播过程 中，遇到存在电性差异的地下目标体便发生反射，利 用探测仪器即可在地表接收反射回波信号。通过处 理和分析回波信号的时延、波形、强度、双程走时、频 谱 特性等参数，推断地下目标体的空间位置、结构、