無線電波坑道透視在綜采工作面的應用

趙 帥

（汾西礦業(yè)正文煤業(yè)，山西 孝義 032300）

正文煤業(yè)是汾西礦業(yè)集團公司的下屬煤礦，位于山西省孝義市。該礦開采太原組的10號煤層，礦井地質條件中等，中小型斷層以及陷落柱較發(fā)育。斷層造成工作面頂?shù)装迤扑?，支護難度加大。綜采工作面因為地質構造的影響重新開設切眼，導致煤礦開采成本增大。正文煤業(yè)井下斷層大部分都是正斷層，逆斷層比較罕見，且落差一般都小于1m，延伸距離短，對采掘影響較小。由礦地測科提供礦斷層規(guī)模概率統(tǒng)計表（表1）可見斷層之多。鑒于此，提前掌握地質構造的分布發(fā)展規(guī)律，采取合理的技術措施，成了礦地測科工作的重中之重。礦地測人員根據(jù)多年的經(jīng)驗總結出了一套對本礦十分有效的過地質構造的方法，包括預測預報制度、層位確認制度、物探鉆探相結合探測手段等，在預測預報技術中坑透是十分高效可靠的。

表1 正文煤業(yè)斷層規(guī)模概率分布統(tǒng)計

1 無線電波坑道透視儀的基本原理

坑透的基本原理是不同物質對電磁波的吸收能力不同。煤系地層中煤層頂?shù)装宓碾娮杪时让簩拥碾娮杪实?，一般情況下低阻巖性比高阻巖性對電磁波的吸收能力強。坑透的大概工作過程就是在綜采工作面的一條巷道內發(fā)射電磁波，在另一條巷道內接收電磁波，當綜采工作面內存在地質異常體時電磁波的衰減就會增大，這時接收回線接收的電磁波就會減少，根據(jù)這個原理就可對地質異常體進行推斷。

坑透方法一般有定點法和同步法兩種。同步法是指發(fā)射回線發(fā)射電磁波和接收回線接收電磁波的速度相同，兩個回線在綜采工作面兩條巷道內同時進行位移；定點法是指發(fā)射回線在一定時間內在固定的地點進行發(fā)射電磁波，而接收回線在另一條巷道的一定距離內接收電磁波。由于發(fā)射回線組裝較為復雜，長時間緊湊型地進行移動給操作人員帶來很大的不便，所以在煤礦井下地質人員一般采用定點法[1]。定點法的基本工作原理如圖1所示。

圖1 坑透定點法基本工作原理示意圖

2 正文煤業(yè)11103綜采工作面基本地質情況

正文煤業(yè)隸屬汾西礦業(yè)集團公司，位于山西省孝義市，主要含煤地層為山西組的2號煤和太原組的11號煤，其中2號煤厚0.4～2.7m，平均厚1.98m，為大部可采的穩(wěn)定煤層；11號煤厚2.0～2.4m，平均2.2m，為大部可采的穩(wěn)定煤層。礦井現(xiàn)開采11號煤層，屬瓦斯礦井，煤層自燃傾向性為Ⅱ級容易自燃，煤塵有爆炸性。11103綜采工作面走向長993m，傾向長160m。水文地質條件為中等，主要影響因素為頂板K3灰?guī)r水，該含水層含水性較弱，主要表現(xiàn)形式為滴水，偶爾可見滴水成線現(xiàn)象，該含水層只能惡化工作面采掘環(huán)境，不會對安全生產(chǎn)造成威脅。11103綜采工作面在掘進期間共揭露10條斷層，其中切眼內揭露3條，落差在0.5～3.2m之間，為中小型斷層。為查明這些斷層在工作面內部的延伸情況以及工作面內部隱伏的其他地質構造，確保工作面安全綜采，礦地測科組織人員對11103綜采工作面進行了坑透工作。

3 井下坑透作業(yè)過程

本次探測工作采用煤炭科學研究總院重慶研究院生產(chǎn)的WKT-E型無線電波坑道透視儀。因工作面傾向較長，應選用穿透距離長而且精度較高的頻率，經(jīng)井下探測頻率實驗，選用0.5Hz的頻率。因順槽長度較長且具有一定的坡度，為減小工作人員勞動強度采用定點法進行探測。本次發(fā)射間距為50m，探測點間距設定為10m，每個發(fā)射點對應11個接收點。11103材運兩巷各布設19個發(fā)射點、100個接收點。進行探測工作時每個發(fā)射點發(fā)射3min，對應的11個接收點在3min內接收完畢，每次發(fā)射點對應的接收點中有5個接收點是重疊的，以保證能夠全面覆蓋綜采工作面內部。更換發(fā)射點的時間為1min，每次循環(huán)為4min，探測工作共需約4h。

坑透是一種電磁法物探手段，金屬會對其產(chǎn)生較大的影響，在進行探測工作時應盡量避免金屬器械的影響。綜采工作面較大的金屬器材有皮帶支架和液壓支架，尤其是皮帶支架貫穿于整個材料巷或者運輸巷，應設法避開。一般情況下綜采工作面形成后原順槽內掘進期間安設的皮帶及皮帶支架不適用于回采，煤礦都會將皮帶及皮帶支架進行拆除替換?？油腹ぷ髯詈眠x在順槽內皮帶支架拆除后這段時間內進行?？油盖皯獙⑾锏纼鹊姆e水排完，工作面停電。探測前地質人員應對兩巷已揭露的地質構造進行確認，以便確定測點的位置，保證最佳結果。

4 坑透成果

經(jīng)過軟件處理成圖圈定了4處比較明顯的異常區(qū)，如圖2所示。

圖2 11103綜采工作面坑透異常區(qū)示意圖

通過對比兩巷已揭露的地質構造對4個異常區(qū)進行了鉆探驗證，基本探明了地質構造的類型以及發(fā)育規(guī)模、走向等。11103綜采工作面現(xiàn)已回采完畢，所有的異常區(qū)都已揭露，現(xiàn)對坑透結論、鉆探驗證結論和實際揭露的結果進行對比總結。

異常區(qū)一：位于11103綜采面0～150m范圍內。該異常區(qū)范圍較大，結合其附近已經(jīng)揭露的落差為3.2m的斷層，推斷主要為該斷層向工作面內部延伸所致，經(jīng)鉆探驗證該斷層向內部延伸約80m，落差逐步減小至消失，實際揭露該斷層向工作面內部延伸約77m，與鉆探驗證結論基本一致。

異常區(qū)二：位于11103綜采面材運兩巷200～260m范圍內，該異常區(qū)范圍比較小。該異常區(qū)未在巷道內揭露地質構造，推斷工作面內部可能發(fā)育有小型斷層或陷落柱，鉆探驗證未見明顯地質構造，推斷該異常區(qū)為材料巷臨時水倉及排水泵影響所致，回采期間該異常區(qū)未見地質構造異常，只有一處小褶曲，對回采無影響。該異常區(qū)可能為干擾因素或小褶曲影響所致。

異常區(qū)三：位于11103綜采面800～870m范圍內，異常區(qū)范圍比較小。推斷為運輸巷已揭露的落差為1.6m的斷層向工作面內部延伸所致，經(jīng)鉆探驗證該斷層延伸距離約20m，落差逐步減小至消失，實際揭露該斷層向工作面內部延伸24m，與鉆探驗證結論基本一致。

異常區(qū)四：位于11103綜采面1050～1130m范圍內，該異常區(qū)域在運輸巷比材料巷大，推斷為已揭露的落差為0.8m的斷層向內部延伸所致。鉆探驗證該斷層落差向工作面內部延伸約15m后消失。另外在距離運輸巷煤幫約30m處有一個陷落柱，長軸約34m，短軸約28m；實際揭露斷層發(fā)展與鉆探結論基本一致，陷落柱長軸為36m，短軸為27m。實際揭露情況與鉆探驗證結論基本一致。

現(xiàn)工作面已回采完畢，除坑透結論所示的異常區(qū)外未揭露新的異常區(qū)，已發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)除二號異常區(qū)外實際揭露情況與鉆探驗證結論基本一致。

5 結語

坑透儀器能夠準確探測到綜采工作面內部的地質異常區(qū)。正文煤業(yè)斷層發(fā)育較多，為綜采工作面帶來了很大的影響，坑透技術能夠很好地圈定異常區(qū)，最大限度地減小地質構造對綜采的影響。由于綜采工作面本身一些無法剔除的影響因素，如鐵絲網(wǎng)、監(jiān)控電纜等，都會導致假異常區(qū)的出現(xiàn)，應結合已有的地質數(shù)據(jù)進行全方面的分析論證。