電磁波透視在綜采工作面的應用

高偉

摘 要：為了研究4#煤綜采工作面內地質構造，對其工作面進行無線電波坑透探測，本次4#煤綜采工作面的透視達到了預期效果，預測了4#煤綜采工作面內異常區(qū)影響的大致范圍。結果表明：4#煤綜采（大）工作面內的3號異常區(qū)，位于12～20號測定之間，該地段推測可能有采動破壞，回采時應特別注意，確保工作面安全開采。

關鍵詞：電磁波透視;地質構造;探測;異常區(qū)

電磁波透視是用來探測順煤層兩煤巷之間的各種地質構造等異常體，主要應用在探測：地質構造破壞軟分層帶、瓦斯富集帶等瓦斯災害區(qū);直徑10～15m以上的陷落柱;大于二分之一煤厚的斷層;富含水帶;頂板垮塌或富集水的采空區(qū);煤層厚度、夾矸以及產狀變化帶等[1]。

1 綜采工作面概況

4#煤綜采工作面地面為山地斜坡及溝谷，工作面南部60m處有李家山村莊，有供電線路通過。該工作面井下位于礦井田南部，地面標高為1700～1886m，回采標高1615～1659m。老頂：一般為中、細粒砂巖，厚度變化較大。直接頂板：巖性主要為泥巖、砂質泥巖，局部為粉砂巖、粒砂巖，厚度及巖相變化較大。屬于不穩(wěn)定偽頂：巖性為泥巖，黑色，薄層狀，厚度0.00～0.50m，屬軟巖。4#煤：平均厚度4.79m左右，灰黑色，瀝青光澤為主，無內生裂隙，均一結構，屬半暗型煤，致密塊狀構造。直接底板：巖性為泥巖、砂質泥巖及粉砂巖等，厚度及巖相變化較大。老底：主要為粗、中、細粒砂巖，厚度及巖相變化較大。該采面從兩順槽掘進實際揭露情況看，地質構造相對簡單，在掘進過程中未發(fā)現陷落柱及落差較大斷層。本次坑透任務為了查明工作面內陷落柱發(fā)育情況以及工作面內落差大于1m的斷層發(fā)育情況。

2 電磁波透視布置

探測方法采用分辨率較高的定點掃描法進行探測。定點法就是發(fā)射機相對固定，接收機在另一對應巷道一定范圍內逐點接收其場強值的一種工作方法[2]。煤層中斷裂構造的界面，構造引起的煤層破碎帶、煤層破壞軟分層帶以及富含水低電阻率帶等都能對電磁波產生折射、反射和吸收，造成電磁波能量的損耗。如果發(fā)射源發(fā)射的電磁波穿越煤層途徑中，存在斷層、陷落柱、富含水帶、頂板垮塌和富集水的采空區(qū)、沖刷、煤層產狀變化帶、煤層厚度變化和煤層破壞軟分層帶等地質異常體時，接收到的電磁波能量就會明顯減弱，這就會形成透視陰影（異常區(qū)）。礦井電磁波透視技術，就是根據電磁波在煤層中的傳播特性而研制的一種收、發(fā)電磁波的儀器和資料處理系統(tǒng)。可見，礦井電磁波透視技術在探測礦井采面和順煤層兩鉆孔之間、兩石門之間內的地質異常體及瓦斯災害區(qū)是有理論依據的，是完全可行的[3-4]。

無線電波坑道透視布置如圖2所示。4#煤綜采工作面實際布置發(fā)射點24個（材料巷12個，皮帶運輸巷7個），發(fā)射點間距30m，每個發(fā)射點接收點間間距為10m，每個發(fā)射點對應接收點數15個，共計360個接收點。其工作觀測方式示意圖見圖1。

探測條件：探測時巷道電纜未停電，對管路、電纜和軌道等導體未作任何處理。實際探測：對4#煤綜采工作面進行了井下坑透探測，探測時，先按事先設計測點布置圖，將測點標在井下實際巷道上，然后按計劃好的探測順序和時間進行探測，測點布好后工作時安排六個人，兩人發(fā)射，三人接收，一人記錄。每個發(fā)射點發(fā)射5分鐘，接收3分鐘，換發(fā)射點2分鐘，探測移動速度約50m/min，每個發(fā)射點實際接收11個值。考慮到工作面實際斜長約50-100m，坑道透視頻率選用0.365MHz。

3 電磁波透視探測資料分析

3.1 參數選取

通過對4#煤綜采工作面坑道透視數據的處理分析，得到以下參數：

H0=120dB

β=-0.45dB/m

r max=220～270m

式中：H0-初始場強（dB）;β-吸收系數（dB/m）;r max-最大透視距離（m）。

3.2 電磁波探測數據評價與分析

本次試驗接收數據完整，從綜合曲線圖上可看出，曲線完整，只有少許鋸齒狀干擾，接收數據穩(wěn)定，儀器工作穩(wěn)定。井下不發(fā)射時，接收機接收值在8～12dB之間跳動，說明背景值低、噪音小，儀器抗干擾能力強，少許鋸齒狀干擾是由于巷道中，多條電纜、水管、氣管影響。

本次探測，從層析成像成果圖（圖2）上看對地質構造破壞等造成的軟分層有較好的反應，共圈定出兩處異常區(qū)，具體分析如下：

1號異常區(qū)：位于4#煤綜采（小）工作面內6～9號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為211回風上山已揭露的兩條斷層影響，斷層落差約為1.2m，向工作面內延伸30m左右，對工作面回采影響較小。

2號異常區(qū)：位于4#煤綜采（小）工作面內0～3號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為疑似采動破壞異常區(qū)，范圍小對工作面回采有一定影響。

3號異常區(qū)：位于4#煤綜采（大）工作面內12～20號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為疑似采動破壞異常區(qū)，范圍大對工作面回采有一定影響。

4號異常區(qū)：位于4#煤綜采（大）工作面內0～5號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為采空巷道破壞異常區(qū)，對工作面回采有影響。

圖2 4#煤綜采工作面坑透層析成像成果圖

4 結論

①由于該工作面傾向長在30-50m之間，盡管工作頻率選擇了0.365MHz的電磁波，但其波長仍大于工作面傾向長，在實際探測中受直達波及二次場的疊加影響，降低了數據的精度;

②總體看該面地質構造相對簡單，本次坑透重點成果為4#煤綜采（大）工作面內的3號異常區(qū)，位于12～20號測定之間，該地段推測可能有采動破壞。

參考文獻：

[1]邱增強，劉志新.無線電波透視法在探測隱伏導含水構造中的應用[J] 工程地球物理學報，2005（3）：185-190.

[2]白官祥.無線電磁波透視法在楊澗煤礦水害防治及斷層探測中的應用[J]中國石油和化工標準與質量，2012（10）：159.

[3]李煥民.無線電波透視技術在工作面構造煤探測中的應用[J]煤炭科學技術，2009，37（3）：100-102.

[4]佘建峽，李枝文，宋偉，等.電磁波技術在礦井物探中的應用[J]工程地球物理學報， 2015，12（1）：55-58.