霍爾辛赫煤業(yè)2205綜采工作面無線電波透視探測應(yīng)用

張志偉 劉百祥

（1.山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046699；2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037）

1 引言

目前工作面構(gòu)造探測較為常用的手段有無限電波透視、槽波探測、音頻電透等。焦陽[1]利用槽波地震勘探和無線電波透視展開綜合探測；段天柱[2]采用多頻無線電波透視探測技術(shù)探測煤層沖刷帶；劉百祥[3]對煤礦回采工作面進行鉆孔注水聯(lián)合探測試驗；李淑琴[4]采用無線電波透視技術(shù)對屯蘭煤礦28120回采工作面進行探測；常永峰[5]利用槽波和無線電波透視兩種物探方法對復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域進行探測。

為了確保2205綜采工作面安全回采，確立開采方法及推進方式等，開采前須對工作面進行勘探，精細探查工作面內(nèi)部的地質(zhì)構(gòu)造。本次探測任務(wù)為：利用無線電波透視技術(shù)查明2205工作面內(nèi)2m以上斷層、20m以上陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育情況，用于指導(dǎo)其生產(chǎn)工作。

2 工作面概況

本工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度最大為3.2m，最小為1.35m，平均2.5m，工作面北部煤層為全煤，工作面南部煤層距底板1.5m左右有一層0.1～0.4m的夾矸，夾矸巖性為黑色泥巖。本工作面煤層總體為單斜構(gòu)造，煤層平均傾角4°。2205工作面走向長度約1355m，傾向長195m，本次探測長度為1200m（自切眼往停采線方向順延），區(qū)域探測范圍（虛線圈定）如圖1所示。

圖1 2205工作面坑道透視探測范圍示意圖

3 無線電波坑道透視基本原理

無線電波坑道透視是通過電磁波的衰減特性來探測工作面內(nèi)部構(gòu)造，一般在兩條順槽進行，一邊單點固定發(fā)射，一邊多點動態(tài)接收，然后再進行雙邊交換完成數(shù)據(jù)采集，利用強衰減區(qū)實現(xiàn)構(gòu)造的探查。如圖2所示。

圖2 坑道透視異常探測原理示意圖

假設(shè)煤層近似均勻，在O點進行發(fā)射，在P點進行接收，PO之間的距離設(shè)為r，H0為初始場強值，不考慮方向因子，即可求得P點的場強值Hp：

式中：

H0-初始場強，A/m；

β-吸收系數(shù)；

r-PO之間的距離，m。

通過上述公式可知，初始場強跟發(fā)射機相關(guān)，值為一常數(shù)，所以P點的場強值主要取決于吸收系數(shù)和PO之間的距離。系數(shù)系數(shù)越大，接收到的場強值越小，電磁波穿透能力越弱。通過場強的變化值、距離求得衰減系數(shù)繪制CT圖，根據(jù)CT圖中衰減系數(shù)的變化規(guī)律圈定坑透異常區(qū)。

4 頻率選擇與施工方法

4.1 探測儀器和頻率選擇

本次儀器選擇WKT-E型坑道透視儀，2205工作面實測1200m，傾向長195m。根據(jù)以往工作經(jīng)驗，工作面寬130m以內(nèi)常選用1.5MHz頻率，工作面寬220m以內(nèi)常選用0.5MHz頻率，工作面寬在220～350m以內(nèi)常選用0.3MHz頻率。經(jīng)井下探測頻率條件試驗，比較0.3MHz和0.5MHz兩種頻率接收數(shù)值后，兩者都能有效穿透煤層，根據(jù)高頻分辨率較高的特點，最終選擇0.5MHz頻率。

4.2 施工方法

本次采用單點固定發(fā)射、多點動態(tài)接收的定點法完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。發(fā)射點進行加密設(shè)計，點距20m；接收為15點動態(tài)觀測，點距10m。

4.3 測點布置

本次探測在2205工作面順槽和2203工作面順槽進行，2205工作面順槽測點編號為0#～120#，2203工作面順槽測點編號為500#～620#。點號都是從切眼開始，往停采線方向依次增大。

5 探測成果解譯

5.1 典型構(gòu)造解譯原則

成果地質(zhì)解釋原則是必須根據(jù)工作面掘進實際揭露資料，結(jié)合電磁波CT成果圖、綜合曲線圖、曲線平面圖和現(xiàn)場記錄等綜合分析。在無線電波透視資料解釋中主要參數(shù)為實測場強值、煤巖層電磁波能量吸收系數(shù)及CT圖的陰影區(qū)范圍或形狀。對于實測場強值、吸收系數(shù)主要通過綜合曲線圖變化來讀取，再結(jié)合CT圖判斷異常的范圍和類型。

由于計算的衰減系數(shù)與工作面寬度、初始場強值及煤質(zhì)等有關(guān)，衰減系數(shù)值為相對值，其計算和絕對衰減值成正相關(guān)關(guān)系，即絕對衰減越大，衰減系數(shù)越大。CT成果圖中根據(jù)衰減系數(shù)的大小劃分異常區(qū)，而異常區(qū)劃定，要結(jié)合實際揭露資料，通過綜合曲線的場強絕對衰減值來判斷。在綜合曲線上：一般情況下，斷層發(fā)育范圍為場強衰減＞10dB以上，具有斷距越大，衰減增強的規(guī)律，綜合曲線多為鋸齒狀；陷落柱發(fā)育范圍的場強衰減＞30dB，且有時存在充填高電阻率且密實區(qū)域可能形成高透區(qū)，低電阻率充填物導(dǎo)致衰減增強，甚至完全屏蔽吸收，導(dǎo)致接收不到場強值的規(guī)律。

5.2 2205工作面成果解釋

本次探測上邊界為2205工作面順槽，下邊界為2203工作面順槽，從成果圖可以得知對強衰減異常區(qū)有明顯反應(yīng)。圈定1處深色區(qū)域為探測異常區(qū)，編號為YC1，圈定2處白色區(qū)域為探測異常區(qū)，編號為YC2、YC3，如圖3所示。

圖3 2205工作面無線電波透視CT成果圖

YC1異常區(qū)：位于2205工作面順槽22#～29#測點之間，2203工作面順槽525#～528#測點之間，即距離2205工作面切眼220～290m，該異常自2205工作面順槽延伸至2203工作面順槽尖滅；

YC2異常區(qū)：位于2205工作面順槽71#～77#測點之間，即距離2205工作面切眼710～770m，往工作面延伸100m左右尖滅；

YC3異常區(qū)：位于2203工作面順槽593#～596#測點之間，即距離2205工作面切眼930～960m，往工作面延伸50m左右尖滅。

5.3 2205工作面探測成果地質(zhì)解譯

根據(jù)無線電波透視探測成果，并結(jié)合礦方提供的采掘平面圖、2205工作面順槽的地質(zhì)剖面圖、煤層底板等高線圖等相關(guān)地質(zhì)資料，對探測異常區(qū)進行如圖4地質(zhì)解譯。

圖4 2205工作面無線電波透視探測成果地質(zhì)解譯圖

YC1異常區(qū)：該異常區(qū)場強衰減在-10～-30dB，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷F51、F52斷層往工作面內(nèi)部延伸所致，該異常區(qū)域范圍較大，工作面內(nèi)延伸相對較廣；

YC2異常區(qū)：該異常區(qū)場強衰減在-10～-30dB，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷F48、F49斷層往工作面內(nèi)部延伸所致，該異常區(qū)域范圍較小，工作面內(nèi)延伸較??；

YC3異常區(qū)：該異常區(qū)場強衰減在-10～-30dB，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷F39、F40斷層往工作面內(nèi)部延伸所致，該異常區(qū)域范圍較小，工作面內(nèi)延伸較窄。

6 結(jié)論

（1）本次探測發(fā)射點距為20m，探測結(jié)果表明加密發(fā)射點間距，可以實現(xiàn)構(gòu)造的精細探查；

（2）通過場強衰減大小實現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)分，本次探測將衰減值-10～-30dB劃分為小型斷層；

（3）本次探測基本查明工作面內(nèi)的構(gòu)造分布，共發(fā)現(xiàn)異常區(qū)3處，其他探測區(qū)域未發(fā)現(xiàn)明顯的衰減異常區(qū)。