無線電坑透技術在礦井地質(zhì)構造探測中的應用

趙 俊

（汾西礦業(yè)中興煤業(yè)，山西 交城 030500）

隨著礦井采掘深度增加，煤層賦存地質(zhì)條件更趨復雜，給煤炭生產(chǎn)帶來影響更為明顯[1]。當開采煤層或者頂?shù)装逯写嬖谟袛鄬印⑵扑閹АⅠ耷鹊刭|(zhì)構造時，容易導致煤巖體穩(wěn)定性變差、應力集中甚至出現(xiàn)瓦斯涌出異常或者突水等問題[2-3]。為確保礦井生產(chǎn)安全，需要采取各種技術措施對開采范圍內(nèi)陷落柱、破碎帶、斷層等構造進行探測，現(xiàn)階段常用的探測技術包括有地震法、無線電坑透以及鉆探法等，其中無線電坑透具備有施工簡單、技術成熟以及探測效果顯著等優(yōu)點[4-6]。山西某礦81309 綜采工作面開采13 號煤層，開采煤層底板含有承壓水且該采面內(nèi)部地質(zhì)構造分布不詳，若賦存有導水地質(zhì)構造與底板承壓含水層聯(lián)通，會導致采面出水量增加甚至出現(xiàn)透水事故。

1 工程概況

81309 綜采工作面設計推進長度2 750 m、傾向260 m，開采的13 號煤層傾角4°、煤厚7.2 m，煤層結構較為復雜，中間夾雜有3～5 層泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸。頂?shù)装鍘r性以炭質(zhì)泥巖、粉砂巖等為主。81309綜采工作面回采過程中涌水水源以頂板砂巖含水層為主，回采巷道掘進期間出現(xiàn)不同程度頂板淋水情況。采面開采煤層標高約為+580 m，底板含水層水頭標高約為+795 m，13 號煤層與底板含水層間隔在120～160 m，巖性以粉砂巖、炭質(zhì)泥巖以及石灰?guī)r等為主。在正常情況下，底板含水層不會給13 號煤層回采帶來影響，但若遇到大型斷層或者陷落柱等地質(zhì)構造時，會增加煤層開采突水危險性。

2 無線電坑透應用

2.1 技術原理

無線電坑透是煤礦井下常用物探技術，對裂隙發(fā)育帶、陷落柱、斷層等地質(zhì)構造有較好的探測效果。無線電磁波在煤巖體內(nèi)傳播時，受到煤巖體電阻率、介電系數(shù)等差異，煤巖體對電磁波能量吸收率存在明顯不同。當電磁波傳播方向內(nèi)有構造界面時，電磁波會出現(xiàn)折射、反射等情況，導致電磁波能量損失，使得接收設備無法接收電磁波或者僅接收到部分電磁波，從而形成透視異常區(qū)。對透視異常區(qū)進行反演分析，即可實現(xiàn)地質(zhì)構造探測。

2.2 現(xiàn)場測量

2.2.1 設備類型

在采面內(nèi)使用的無線電坑透設備為YDT88 型，該設備包括發(fā)射機及接收機，結構見圖1 所示。采用的無線電坑透設備具備有操作簡單、智能收發(fā)以及超大透距等優(yōu)點。發(fā)射部分以及接收部分技術參數(shù)分別見表1 所示。

圖1 無線電坑透設備結構圖

表1 無線電坑透設備發(fā)射部分技術參數(shù)

2.2.2 測點布置

無線電坑透在81309 綜采工作面回采巷道內(nèi)進行，通過定點法觀測，具體測定布置見圖2 所示。在探測時發(fā)射機在一定時間段內(nèi)位置相對固定，接收機逐點移動位置測定場強值。探測時法射點間距為50 m、接收點間距為10 m。

圖2 測點布置示意圖

在無線電坑透探測時，通電設備、人工導體等均會對電磁波產(chǎn)生一定干擾，為確保探測結果精準、可靠，采用下述質(zhì)量控制措施：拆除探測范圍內(nèi)帶式輸送機機架，從而降低機架對無線電坑透影響；在探測期間停止采面內(nèi)動力電供應，降低工業(yè)電干擾。

2.3 探測成果分析

在81309 綜采工作面采用無線電坑透技術方法進行探測，具體探測成果見圖3 所示。探測發(fā)現(xiàn)在采面開采范圍內(nèi)存在有4 處異常區(qū)，編號依次為①—④。結合回采巷道掘進揭露、已有地質(zhì)資料以及異常區(qū)內(nèi)電磁波分布情況，對異常區(qū)進行分析。

圖3 無線電坑透成果圖

1）①號異常區(qū)與采面回撤通道間距為1 100～1 290 m，分布呈圓形，該異常區(qū)范圍相對較大且異常區(qū)內(nèi)幅值較高，綜合分析異常區(qū)類型為夾矸厚度異常區(qū)、煤層變薄區(qū)或者斷層等地質(zhì)構造導致的發(fā)育區(qū)。

2）②號異常區(qū)與采面回撤通道間距為1 500～1 290 m，條帶狀分布，該異常區(qū)分布范圍中等但是幅值較高，推斷異常區(qū)可能是煤厚、夾矸變化或者斷層等發(fā)育區(qū)。

3）③號異常區(qū)與采面回撤通道間距為1 620～1 700 m，條帶狀分布，該異常區(qū)表現(xiàn)特征與②號異常區(qū)相近，異常區(qū)可能是由于煤厚變化或者斷層構造引起。

4）④異常區(qū)與采面回撤通道間距為2 050～2 120 m，條帶狀分布，該異常區(qū)分布范圍較小且幅值變化也較小，推測該異常區(qū)主要是由于斷層構造導致。

3 結論

將無線電坑透技術應用到山西某礦81309 綜采工作面探測中，現(xiàn)場應用取得如下主要成果：

1）無線電坑透在礦井地質(zhì)構造、裂隙發(fā)育帶等地質(zhì)異常體探測中應用效果明顯，相對于其他的物探技術，無線電坑透具備有探測效果明顯、效率高以及探測范圍大等優(yōu)點，探測成果可為礦井地質(zhì)構造治理以及防治水等工作開展提供指導。

2）由于無線電坑透成果具有多解性、相對性特點，探測成果是在采前獲取，而在采面回采過程中在采動壓力作用下圍巖應力重新分布、裂隙擴展，可能會導致原有的不導水裂隙或者構造發(fā)育成導水性。同時無線電坑透僅可實現(xiàn)開采范圍內(nèi)地質(zhì)構造、煤層厚度變化，無法對頂?shù)装鍖严丁⒏凰缘冗M行探測。因此，在后續(xù)使用過程中應配合采用其他物探技術、鉆探技術等對進行探測。

3）在81309 綜采工作面無線電坑透圈定4 處異常區(qū)，其中②號及③號異常區(qū)均有一定的連通性，在后續(xù)生產(chǎn)過程中建議采用鉆探方式對異常區(qū)進行詳細探測，確定異常區(qū)類型及是否存在導水性，便于為后續(xù)采面生產(chǎn)服務。