無線電波透視在煤礦隱伏構(gòu)造探測(cè)中的運(yùn)用①

李安靜 王哲

(1.中煤平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司井工三礦，山西朔州 036800;2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

無線電波透視在煤礦隱伏構(gòu)造探測(cè)中的運(yùn)用①

李安靜1②王哲2

(1.中煤平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司井工三礦，山西朔州 036800;2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

本文初步地介紹了無線電波透視法的工作原理和工作方法，探討井下探測(cè)施工、資料處理、資料解釋等項(xiàng)工作。以某礦2202工作面為例，利用無線電波透視法精確解釋工作面內(nèi)的隱伏構(gòu)造，為回采工作提供依據(jù)。

無線電波透視;隱伏構(gòu)造;地質(zhì)異常

0 引言

從全國范圍來看，由于構(gòu)造復(fù)雜，礦井瓦斯突出、礦井水害事故在礦井事故中所占的比例越來越高，造成的損失也越來越大。隨著煤炭開采由淺部向深部發(fā)展，由頂部煤層向底部煤層轉(zhuǎn)移，構(gòu)造探測(cè)也出現(xiàn)了一些新情況、新問題。由于深度增加，地表勘探的精度降低，發(fā)展新型井下近距離探測(cè)方法成為目前研究開發(fā)的主要課題［1］［2］。

本文采用無線電波透視法對(duì)山東某礦2202工作面順槽的隱伏構(gòu)造進(jìn)行探查，以利于煤礦采取合理有效的防治措施，確保井下安全高效生產(chǎn)。

1 2202工作面地質(zhì)情況

2202工作面位于礦井二水平西翼。東部為DF9斷層和2201工作面采空區(qū)，西部為F7斷層，南部為DF14斷層。工作面走向長300 m，傾斜寬80m;煤層平均傾角7°;煤層厚度8.8m;煤層頂板為深灰色泥巖，厚度10.5 m，發(fā)育波狀層理，局部夾粉砂巖薄層。2202順槽已施工結(jié)束，坡度3°～16°，工作面掘進(jìn)過程中兩順槽已揭露斷層五條。

2 無線電波透視探測(cè)原理

井下觀測(cè)方法有同步法和定點(diǎn)法兩種方式同步法是發(fā)射天線和接收天線分別位于不同巷道中，同時(shí)等距離移動(dòng)，逐點(diǎn)發(fā)射和接收，較少采用定點(diǎn)法是發(fā)射機(jī)相對(duì)固定于某巷道事先確定好的發(fā)射點(diǎn)位置上，接收機(jī)在相鄰巷道一定范圍內(nèi)逐點(diǎn)沿巷道觀測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值。又稱定點(diǎn)交匯法。一般發(fā)射點(diǎn)距50m，接收點(diǎn)距10m。每一發(fā)射點(diǎn)，接收機(jī)可相應(yīng)觀測(cè)11～21個(gè)點(diǎn)。

3 數(shù)據(jù)處理和資料解釋

3.1 場(chǎng)強(qiáng)對(duì)比法

通常用圖示方法來描述沿觀測(cè)巷道或在透射范圍內(nèi)場(chǎng)的變化規(guī)律［3］。

綜合曲線圖：將同一發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)接收點(diǎn)的實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)H值、理論場(chǎng)值H0值和衰減系數(shù)η值按給定比例尺繪制成剖面圖。以接收點(diǎn)點(diǎn)位為橫坐標(biāo)。

交會(huì)平面圖：在采區(qū)平面工程圖上，標(biāo)定各發(fā)射點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的接收點(diǎn)。根據(jù)綜合曲線確定邊界點(diǎn)，將該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的發(fā)射點(diǎn)連線，于是由不同發(fā)射點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的接收點(diǎn)繪出相應(yīng)的邊界射線，各射線所圍定的范圍便為異常體的平面位置。如圖1所示。

3.2 CT成像法

工作面電磁波透視法采用偶極子天線發(fā)射在介質(zhì)中任意點(diǎn)的磁場(chǎng)表達(dá)式可表示為：

圖1 無線電波透視曲線交匯法解釋示意圖

式中：H0——決定于發(fā)射功率和天線周圍介質(zhì)的初始場(chǎng)強(qiáng);

β——介質(zhì)對(duì)電磁波能量的吸收系數(shù);

r——觀測(cè)點(diǎn)到輻射源的直線距離;

初看，臺(tái)詞中的人稱“你們”連得突兀，刪去似乎更貫通，但仔細(xì)分析研讀，便知此處“你——你們”的變化正是曹禺的匠心安排。要娶“有錢有門第的小姐”的是周樸園個(gè)人，所以用“你”，而出面“逼著”侍萍“冒著大雪出去”的應(yīng)是周的父母等人。這樣安排人稱，準(zhǔn)確地反映出事情的原貌，讓讀者進(jìn)一步看清周家的封建思想色彩。

sinθ——方向性因子，一般可認(rèn)為等于1。

兩端取對(duì)數(shù)得

若在多個(gè)發(fā)射點(diǎn)上對(duì)場(chǎng)強(qiáng)分別進(jìn)行多重觀測(cè)，便可形成矩陣方程：

利用SIRT算法，計(jì)算矩陣方程可以反演各像元吸收系數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)工作面成像區(qū)內(nèi)吸收系統(tǒng)反演成像。利用反演計(jì)算結(jié)果可以繪制成像區(qū)吸收系數(shù)等值線圖和色譜圖［4］。

4 現(xiàn)場(chǎng)工程布置

本次無線電波透視CT工作采用WKT－E型無線電波透視儀，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為礦用本質(zhì)安全型。WKT－E型無線電波透視儀，根據(jù)工作面的實(shí)際情況，采用1.5MHz頻率。

本次測(cè)試工作主要在里2202工作面：走向長300m，傾向長80m范圍內(nèi)。采用無線電波透視技術(shù)在2202皮帶順槽及軌道順槽巷道內(nèi)分別發(fā)射和接收，其中在2202皮帶順槽巷共布置13個(gè)發(fā)射點(diǎn)，對(duì)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在2202軌道順槽巷接收11個(gè)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值;在2202軌道順槽巷布置13個(gè)發(fā)射點(diǎn)，對(duì)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在皮帶順槽巷接收11個(gè)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值。每個(gè)測(cè)點(diǎn)距5m。

5 探測(cè)結(jié)果分析

采用無線電波透視CT軟件系統(tǒng)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，其結(jié)果以實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線圖、實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)交會(huì)成像圖和SIRT法迭代，CT成像圖表示。CT成像圖為煤巖層電磁波吸收系數(shù)值圖，數(shù)據(jù)值大小用不同色標(biāo)值表示，圖2為某測(cè)點(diǎn)的CT成像圖。

圖2 某測(cè)點(diǎn)的CT成像圖

用交會(huì)平面圖表示工作面的異常區(qū)域，如圖3。

圖3 工作面的異常區(qū)域

5.1 原理上對(duì)探測(cè)成果進(jìn)行解釋時(shí)所遵循的主要原則

1)煤層相對(duì)頂?shù)装鍘r體為高阻體，電磁波易穿透高阻體。

2)高阻區(qū)透射場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)，吸收系數(shù)小;低阻區(qū)則場(chǎng)強(qiáng)弱，吸收系數(shù)大。

3)采用交會(huì)法進(jìn)行解釋時(shí)，地質(zhì)異常體越靠近發(fā)射巷道，在接收巷道所造成的陰影區(qū)(點(diǎn)光源效應(yīng))越大。反之，越靠近接收巷道則陰影區(qū)越小。

4)排除巷道內(nèi)低阻體干擾后，造成低接收?qǐng)鰪?qiáng)(大的吸收系數(shù))區(qū)的物性原因是工作面內(nèi)存在低阻異常區(qū)(構(gòu)造切割、巖體代替了煤體、煤層變薄、頂?shù)装甯凰圆痪弧⒚后w本身的不均勻性等)。電磁波主要從高阻體中穿過，但受頂、底板體效應(yīng)影響。

5.2 探測(cè)成果顯示此工作面有三處比較明顯的異常區(qū)

1)1#異常位于DF14斷層穿過膠帶順槽和切眼交匯處，此處可能受斷層的影響出現(xiàn)異常，煤層厚度變薄，變異程度小于1/2煤厚，對(duì)工作面回采影響不大。

2)2#異常為隱伏異常區(qū)，可能為隱伏斷層或煤層變薄區(qū);對(duì)回采影響不大，煤層變異程度小于1/2煤厚，陷落柱出現(xiàn)的可能小。

3)3#異常主要為斷層(H＞2.0m)影響帶，局部煤層變薄。該異常區(qū)最大異常影響程度H＜1/ 2煤厚，對(duì)回采影響較小。

6 結(jié)語

電磁波透視法可有效地預(yù)測(cè)工作面隱伏的斷層及破碎帶、裂隙發(fā)育區(qū)、巖溶、陷落柱等構(gòu)造，保障了工作面的推進(jìn)安全。同時(shí)該方法裝置簡便成本低、效率高，為采煤工作面快速掘進(jìn)節(jié)約了大量的時(shí)間，提高了煤礦的工作效率，因此在礦井構(gòu)造探測(cè)方面具有廣泛運(yùn)用前景。

［1］彭蘇萍，杜文鳳，等.煤田二維地震綜介解釋技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(增刊1)：2760－2765

［2］湯友誼，陳江峰，等.無線電波坑道透視構(gòu)造煤的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2002，27(3)：254－258

［3］劉廣亮，于師建基于質(zhì)心頻移的無線電波透視層析成像［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23(2)：583－587

［4］劉盛東，李承華.煤層內(nèi)斷層在雙巷聲波CT重建圖像中的表現(xiàn)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2000，25 (3)：230－233

Application of Radiowave Penetration Method in Detecting the Crytpic Structure

LI Anjing，WANG Zhe，LI Yongjun

(1.3#Well Mining of China Coal Pingshuo Coal Industry Co.，Ltd，Shuozhou Shanxi036800; 2.North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East101601)

This paper briefly introduces the principle and method of the wireless radio－wave perspective，explores underground detecting construction，data processing，data interpretation and so on.Taking 2202 working face in a mine as an example，the ra dio－wave perspective method are separately dealt with and the hidden structure in the working face is accurately interpreted which will provide geological basis for the recovery.

radio wave perspective;cryptic structure;geologic anomaly

P631.3+25

A

1672－7169(2011)03－0001－03

2011－05－26

李安靜(1965－)，男，江蘇沛縣人，大學(xué)畢業(yè)，中煤平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司井工三礦總工程師，長期從事煤礦生產(chǎn)管理和地測(cè)工作。