無線電波透視儀探測工作面內地質異常體的應用

李 燕，謝 舉，田中賓

（山東省兗州市大統礦業有限公司，山東 濟寧272100）

0 引言

煤層工作面內的斷層、陷落柱、煤層變薄區等地質異常體，不但直接影響工作面快速推進回采，還關系到礦井的安全生產，因此各礦山企業一直致力于提高地質探測的精度。近年來，無線電波透視技術在國內先進礦山企業得到了成功應用，這種無線電波透視技術（也稱坑透技術）具有明顯的透視距離大和資料處理與解析快以及異常分辨率高的特點，同時兼備設備輕便、工作效率高的優點，為我們提供了一條新的探測途徑。[1]實踐證明，無線電波透視技術通過設計合理的布置形式可以有效地預測工作面內的地質異常體[2]。

1 概況

C9301工作面為楊莊煤礦九采區首個充填開采工作面，工作面順槽長804.7m，切眼長84.7m。該工作面部分位于已回采一分層的9305、9302、9301、9300及9303工作面采動區域。C9301工作面開采煤層為二疊系山西組3層煤，3層煤為灰黑色，以暗煤為主，夾亮煤條帶，塊狀，貝殼狀斷口，樹脂光澤，內生節理發育，常夾黃鐵礦及方解石薄膜，煤質較硬。煤層結構簡單無分叉、無尖滅現象，局部發育有夾矸，煤層傾角3～8°，平均6°。煤層普氏硬度系數f=1.8。工作面實體煤，煤厚約8.5m；已采一分層部分，剩余煤厚約4.9m～6.3m；局部受斷層、漏頂影響煤厚可能變薄。根據附近已采面采掘揭露情況分析，工作面煤巖層總體為一向斜構造，掘進期間僅揭露一條落差2m的斷層，除此之外，未揭露其它構造。擬采用無線電波透視儀探測，查明工作面已揭露構造及隱伏構造在工作面內的發育情況。

2 礦井無線電波透視探測

井下無線電波透視法是指在礦井下，以固定頻率發射器發射的無線電波探測地質體，電磁波穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其它構造時，波能量被吸收或完全被屏蔽，則在接收巷道收到微弱信號或收不到透射信號，形成所謂的透視異常，通過研究各種無線電波透視異常，從而進行地質異常體的推斷和解釋[3]。

2.1 探測布置

C9301工作面最大寬度85m、煤厚平均厚度約6m，根據探測任務要求，本次探測使用型號為YDT88的礦用無線電波透視儀；無線電波透視儀穿透距離選用相對較小的365kHz；探測方法采用定點法，發射點距選用50m，接收點距選用10m。C9301工作面實際探測情況為2018年11月29日完成C9301工作面標點工作，11月30日進行頻率試驗及數據采集。現場進行探測工作時，每個發射點發射時間為3min，接收時間為3min；搬站時間為2min，每個發射點工作循環為2min。其中在運輸順槽布置發射點15個，接收數據165道；軌道順槽發射點15個，接收數據165道，觀測系統布置示意圖見圖1。

圖1 C9301工作面無線電波透視觀測系統布置示意圖

2.2 探測保障措施

為保障無線電波透視施測質量，楊莊煤礦采取以下措施：

1）探測時間選擇為工作面掘進貫通后，已移除掘進設備，未安裝回采設備，此時準備和輔助工作少，設備干擾少，探測環境好，可以取得較好的效果。

2）探測過程中關停工作面所有動力電，并進行現場參數調試試驗，兼顧信號強度和探測精度，選擇合適頻率。

3）在探測前，同步發射機、接收機時間，以確保接收數據有效。

4）在探測時，采取移除和遠離干擾設備（電纜、金屬導體等）的措施，以減少人工導體對信號的干擾。

5）現場詳細記錄每個測點的影響因素、相對位置等信息，確保后期信號反演的準確性。

6）探測過程中嚴格按照設計方案和操作規程進行，以達到探測效果。

2.3 探測質量評價

綜合來看，現場干擾對本次數據質量的影響很小，探測儀工作穩定，數據接收比較穩定且完整，探測數據有效。

3 數據處理與結果分析

數據導出后，利用無線電波透視CT軟件反演采集的數據，反演結果用實測場強曲線圖和實測場強分布圖進行表示。

3.1 實測場強曲線圖

C9301工作面實測場強曲線圖見圖2，圖中以不同色標表示數值大小，如暖（黃）色調表示高場強值，冷（藍）色調表示相對低場強值，[4]由此可見：

圖2 C9301工作面無線電波透視實測場強曲線圖

1）在軌道順槽接收的2～12號點區段為場強相對低值區，說明這些區域無線電波透視能力弱，工作面內煤巖層對無線電波的吸收系數值較強，表明面內煤層結構發生變化。

2）在運輸順槽接收的0～14號點區段為場強相對低值區，說明這些區域無線電波透視能力弱，工作面內煤巖層對無線電波的吸收系數值較強，表明面內煤層結構發生變化。

3.2 實測場強分布圖

C9301工作面實測場強分布圖見圖3，其中冷色調越深表明其場強值越低，即該段無線電波穿透能力低，為潛在的構造異常區。通過對比，實測場強分布圖各段反映結果與實測場強曲線圖結果基本一致。

圖3 C9301工作面無線電波透視實測場強分布圖

3.3 探測結果

根據實測場強曲線圖和實測場強分布圖綜合分析，C9301工作面探測出1個異常區，異常區探測結果見表1。

表1 C9301工作面異常區特征分析表

通過探測結果及已查明地質資料進行綜合分析，本次C9301工作面探測出的1個異常區為巷道揭露斷層在工作面內的延展；C9301工作面存在陷落柱及其它地質異常體的可能性較小。

4 結論

C9301工作面作為楊莊煤礦首個高水充填開采工作面，各項安全措施要嚴格考慮到位。通過無線電波透視探測獲得該工作面的地質情況，其中異常區域會對工作面回采帶來一定的影響，由于無線電波透視結果中異常選取為相對低場強值區，在回采至異常邊緣時加強地質觀測，采取有效的安全措施。并及時對異常揭露情況進行編錄，同時做好頂板管理及瓦斯監測等工作，確保工作面安全高效回采。