回采面無線電波坑道透視探測的設(shè)計研究

武麗琴

(陽煤一礦地測部，山西 陽泉 045008)

1 概況

該礦回采工作面的地表是以侵蝕性黃土梁峁為主，以黃土溝谷地貌中的沖溝為輔。工作面圈定面積是522014.6m2，煤礦井下北面是太佳高速保安煤柱，南面是四條集中下山，西邊是實體煤，東邊是實體煤。該面所采為15號煤層，煤厚7.35m，煤層傾角17°；走向長1470.0m，采長213m，面積為311314.8m2，基礎(chǔ)儲量3203429.3t，可采儲量2786983.5t。

2 工作面條件

2.1 地質(zhì)條件

該面所采15號煤層節(jié)理發(fā)育，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層中部夾兩層碳質(zhì)泥巖(0.1～0.3)，分布在工作面的煤層厚度上下波動較小。工作面的規(guī)劃圖中不可避免的經(jīng)過兩個陷落柱，工作面未揭露。

2.2 水文地質(zhì)條件

其工作面開采煤層標(biāo)高為+510～+650m，主要從頂板含水狀況、底板含水層狀況與砂巖裂隙水三個方面對其進行分析與研究：

1)頂板含水狀況。在煤礦井田內(nèi)部，由于疊系下統(tǒng)山西組沒有出露區(qū)域，并且砂巖穩(wěn)定性較差，因而富水性相對較弱；

2)底板含水層狀況，太原組灰?guī)r巖溶含水層組單位涌水量為0.00054～0.05539L/(s·m)，其富水性較弱；由于二疊、石炭系含水層之間較厚的泥質(zhì)巖石與裂隙、巖溶不發(fā)育的砂巖、灰?guī)r，都可以看做是隔水層；

3)對砂巖裂隙水、太灰水、奧灰水進行全面分析，依據(jù)水文報告資料分析，這三點均呈現(xiàn)出弱富水性，對回采不會產(chǎn)生較大影響。

3 無線電波坑道透視探測工作原理

此次探測運用WKT-E型無線電波坑道透視儀。該礦工作面寬度大約是260m，經(jīng)煤礦井下探測頻率實驗，選取0.3MHz頻率開展工作面透視工作。在透視儀工作的時候，發(fā)射機和接收機各自位于不相同的兩個巷道中，發(fā)射機電磁波頻率維持不變，接收機在一定范圍內(nèi)逐點觀察、測量電磁波穿透煤層后剩余場強值。

交替成層狀的含煤地層是一種非均勻介質(zhì)，電磁波在含煤地層中傳播可以分成垂直層理與平行層理兩個方向，在垂直層理方向視為是非均勻介質(zhì)，同煤層平行層理可視為均勻介質(zhì)。透視通常在兩個巷道或鉆孔中進行。假設(shè)天線軸中點O是原點，在近似均勻、各個相同性質(zhì)的煤層中，觀測點P至O點之間的距離用r表示，P點的電磁波場強度Hp由下式表示：

式中：H0為在一定的發(fā)射功率下天線周圍煤層的最初場強，A/m。β為煤層對電磁波的吸收系數(shù)；r為P點到O點的直線距離，m；f(θ)為方向性因子，θ是偶極子軸和觀測點方向之間的夾角，一般用f(θ)=sin(θ)來計算。

在輻射條件不跟隨時間變化的情況下，H0是一個常數(shù)，吸收系數(shù)β是一個對場強幅值產(chǎn)生影響的主要參數(shù)，數(shù)值愈大，場強幅值變化就愈大。

礦井電磁波透視技術(shù)主要是依據(jù)電磁波在煤層中的傳播特點而研發(fā)的接收、發(fā)送電磁波的一種儀器與資料處理系統(tǒng)。如若發(fā)射的電磁波在穿過煤層的過程中，存在斷層、陷落柱、富含水帶、頂板垮塌以及富集水的采空區(qū)、沖刷、厚度變化和破壞軟分層帶等地質(zhì)異常體時，接收機收到到的電磁波能量便會極大地衰減，出現(xiàn)異常區(qū)。

4 無線電波坑道透視探測過程

此次運用的探測方法是定點法即一個對多個的方法：發(fā)射機處在相對固定的位置，接收機在指定區(qū)域逐個點觀察、測量其場強數(shù)值。在煤礦井回采工作面此次探測范圍長度是800m，布設(shè)29個測點，其中各個測點之間的距離為10m，其中布設(shè)的每個儀器的發(fā)射點之間的距離都是50m，如圖1所示。

5 無線電波坑道透視探測結(jié)果

資料處理時選取初始場強為H0=110，衰減系數(shù)B=-0.2。運用層析成像法，可得出CT成果圖。圖像如圖2所示。

圖2 工作面CT成果圖

結(jié)合上述圖像，反映出本次無線電波探測工作對工作面完成了很好的顯示，將數(shù)據(jù)進行處理，圖上畫圈的四處位置為本次探測較明顯的異常區(qū)域，將其稱之為A1、A2、A3、A4異常區(qū)。對四處異常進行分析：

1)A1異常區(qū)影響范圍相對最大，異常范圍最大場強衰減為5～10dB，異常區(qū)存在隱伏構(gòu)造；

2)A3異常區(qū)影響范圍較小，異常范圍較小，隱伏構(gòu)造存在可能性較大；

3)A2異常區(qū)影響范圍小，異常范圍相對小，根據(jù)資料，隱伏構(gòu)造可能存在；

4)A4異常區(qū)影響范圍最小，異常范圍最大，根據(jù)資料，隱伏構(gòu)造可能存在。

6 結(jié)論

采用無線電波坑道透視探測的方法可以準(zhǔn)確判定未采區(qū)的地質(zhì)以及水文地質(zhì)情況，為該工作面的安全開采提供了保障，為實現(xiàn)高產(chǎn)高效安全開采奠定了基礎(chǔ)。