無線電波透視法在張集煤礦1122(1)工作面探測中的應(yīng)用

蔣慶豐，吳茂林

(安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

1 引言

礦井無線電波透視探測技術(shù)現(xiàn)今是國內(nèi)外煤礦普遍采用的物探方法，相對于其他的地震勘探、并行電法、音頻電透視法、瞬變電磁勘探等方法，無線電波透視法具有探測準(zhǔn)確度高、透距大、儀器輕便、操作簡單、所需工作人員較少等特點，因此被普遍采用。無線電波透視法對工作面內(nèi)斷層、陷落柱、煤層變薄區(qū)、隱伏導(dǎo)含水構(gòu)造探測效果良好[1～4]，成為綜采工作面及鉆孔間探測異常體的首選方法。

無線電波透視法又名坑透法，其原理是利用電磁波在地下巖層中傳播時，由于不同巖石或礦石的電性差異，對電磁波能量的吸收能力不同。低阻巖礦石對電磁波的吸收能力較強(qiáng)，高阻物質(zhì)對電磁波的吸收能力較弱，當(dāng)電磁波在煤層傳播過程中遇到斷層、陷落柱、煤層變薄帶或其他構(gòu)造時，電磁波將會產(chǎn)生折射或者反射作用，造成能量的損耗，甚至接收機(jī)在接收巷道接收不到透射信號從而形成透射異常區(qū)，即為所要探測異常體的區(qū)域[5～8]。

2 工作面地質(zhì)概況

1122(1)工作面為東一11-2煤層下采區(qū)首采面，11-2煤黑色，以塊狀及粉末狀為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育。煤層厚度1.45～3.86 m，平均2.68 m，層厚度較為穩(wěn)定，大部分含有一層泥巖夾矸，單層夾矸厚為0～0.68 m。工作面退尺長約2082 m，面寬為240 m。

本面構(gòu)造較發(fā)育，掘進(jìn)期間共揭露斷層29條，其中存在落差較大的斷層，該斷層在11-2煤層內(nèi)順層滑動約20 m，造成11-2煤變薄，最薄處僅0.4 m，預(yù)計對工作面回采有較大影響。

據(jù)東一11-2煤層上采區(qū)水文地質(zhì)資料：各工作面在采掘過程中，均有不同程度的出水現(xiàn)象，多以淋、滴水方式為主，個別地段單個出水點最大出水量為9.0 m3/h，可見11-2煤層頂板砂巖裂隙水發(fā)育具有不均勻性，其富水性取決于裂隙發(fā)育程度和裂隙相互連通性。為了給工作面安全回采設(shè)計和防治水方案提供地質(zhì)依據(jù)，采用無線電波透視CT成像技術(shù)來探測工作面內(nèi)地質(zhì)異常區(qū)的賦存情況。

3 施工布置與數(shù)據(jù)采集

本次探測在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷發(fā)射點布置發(fā)射點，在采面內(nèi)采用對發(fā)對收，每10 m一個接收點，即一個物理測點，每80 m布設(shè)一個發(fā)射點，對應(yīng)每個發(fā)射點，在另一巷的扇形對稱區(qū)間接收17個點，以確保面內(nèi)各物理測點有兩次以上的覆蓋?，F(xiàn)場發(fā)射及接收射線如圖1所示，共布置47個發(fā)射點，對工作面覆蓋程度較高，采集數(shù)據(jù)滿足交會及反演要求?；仫L(fēng)巷和運(yùn)輸巷均鋪設(shè)有電纜、金屬管路，工作面為封閉的金屬錨網(wǎng)支護(hù)。測量時對電纜采取了停電處理，干擾現(xiàn)象不明顯?？傮w上測量數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，效果較好。

圖1 現(xiàn)場施工布置及射線分布

4 探測結(jié)果與解釋

無線電波透視實測場強(qiáng)值如圖2所示，總體上該煤層實測場強(qiáng)值變化范圍很大。最高場強(qiáng)值約55～65，最小值僅10～15左右，透視性較強(qiáng)。從實測數(shù)值來看，背景測試值很低，與最高場強(qiáng)值相比，均有較大的變化范圍，說明本次采集數(shù)據(jù)信噪比較高，采集數(shù)據(jù)較可靠。在退尺100～300 m、450～650 m、1000～1300 m、1500～1700 m段內(nèi)，最高場強(qiáng)值40以上，最小值多大于35，穿透性好，僅個別數(shù)據(jù)較小，基本代表了正常煤巖層無線電波場強(qiáng)的典型值。工作面內(nèi)無顯著地質(zhì)異常體。在其余退尺范圍內(nèi)，最高場強(qiáng)值多小于35，最小值10～15，穿透性較差，這種現(xiàn)象表明：該段煤巖層對無線電波的吸收較強(qiáng)，推測斷層發(fā)育，存在煤層變薄區(qū)。

采用SIRT反演方法對本次探測數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，結(jié)果如圖3所示，可以更為形象直觀地反映地質(zhì)異常分布情況，其中藍(lán)色區(qū)域為電磁波高吸收區(qū)域。

圖2 實測場強(qiáng)

圖3 SIRT反演電磁波吸收系數(shù)成像圖

根據(jù)實測場強(qiáng)值變化特征和巖石吸收系數(shù)CT成像圖，結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析，圈定5個透視異常區(qū)，分析認(rèn)為1#異常區(qū)為斷層影響區(qū)，異常影響程度H<1/2煤厚，對回采影響較小，異常區(qū)較可靠；2#異常區(qū)為斷層與薄煤影響區(qū)，異常影響程度H<1煤厚，面內(nèi)延伸120～150 m，局部煤層變薄0～2 m，對回采影響較大，異常區(qū)較可靠；3#異常區(qū)為斷層影響區(qū)，異常影響程度H<1煤厚，面內(nèi)延伸最大至200 m，異常區(qū)內(nèi)斷層及裂隙發(fā)育，局部煤層有所變薄，對回采影響較大，異常區(qū)較可靠；4#異常區(qū)為斷層影響區(qū)，異常影響程度H<1/2煤厚，面內(nèi)延伸150 m，對回采影響較大，異常區(qū)可靠；5#異常區(qū)為隱伏異常區(qū)，小斷層或裂隙發(fā)育，局部煤層可能變薄，對回采影響較小，異常區(qū)較可靠。

5 探采對比

在1122(1)工作面回采結(jié)束之后，與探測結(jié)果進(jìn)行對比，具體情況為4個斷層異常區(qū)與預(yù)計影響范圍基本一致；1個隱伏異常區(qū)在回采過程中并未發(fā)現(xiàn)?？梢钥闯觯油纲Y料根據(jù)三維地震供的并經(jīng)順槽實際揭露的斷層所圈定的異常區(qū)，解釋的準(zhǔn)確率高；隱伏構(gòu)造所圈定的異常區(qū)解釋的準(zhǔn)確率低，有可能是受煤層頂板破碎影響，在回采時沒有實見到。

6 結(jié)論

(1)無線電波透視法在張集煤礦1122(1)工作面探測中發(fā)現(xiàn)5處異常，其中4處斷層異常區(qū)探測結(jié)果準(zhǔn)確率高，說明無線電波透視法在井下斷層探測中行之有效。

(2)一處隱伏異常區(qū)在實際回采過程中并未發(fā)現(xiàn)，說明在井下物探工作中應(yīng)使用不同的方法進(jìn)行對比處理，綜合解釋，并結(jié)合已有的地質(zhì)資料，提高探測的準(zhǔn)確性。