張集礦煤層變薄帶多頻率坑透場強曲線圖變化分析

王漢卿 吳榮新

摘要：指出了由坑透產(chǎn)生的綜合曲線圖，在一定程度上能反映出地質(zhì)異常的性質(zhì)，也是用于判斷該地質(zhì)異常體的大小與范圍的依據(jù)之一。對不同頻率下煤層變薄帶的綜合曲線圖進行了分析，找出了綜合曲線圖的變化規(guī)律與不同頻率間的對應(yīng)變化關(guān)系。

關(guān)鍵詞：無線電波透視;煤層變薄帶;多頻率;綜合曲線圖

中圖分類號：TD166

文獻標識碼：A?文章編號：1674-9944（2020）14-0241-02

1?引言

無線電波坑透技術(shù)，又稱坑道無線電波透視技術(shù)。由于不同巖體和煤巖體有著不同的電性參數(shù)，當(dāng)電磁波在不同的煤巖體中傳播時，所吸收的電磁波能量是有差異的[1]。通過對電磁波坑透探測原理的分析及在礦井的實際應(yīng)用，對探測方法、數(shù)據(jù)采集的方法、資料處理和解釋及探測效果進行評價，可以證實電磁波坑透在礦井中是一種有效的探查技術(shù)[2]。

2?坑透技術(shù)的原理

坑透技術(shù)是根據(jù)電磁波在地下不同巖層中的傳導(dǎo)特性和傳播規(guī)律不同，利用其異常來分析解釋地質(zhì)構(gòu)造體的存在的一種方法，從而來揭示地下構(gòu)造的形態(tài)[3]。電磁波在地下巖層中傳播時， 由于各種巖礦石電性 （電阻率ρ、介電常數(shù)ε等） 不同， 它們對電磁波能量吸收有一定的差異， 電阻率低的巖礦石具有較大的吸收作用。研究煤層與各種巖石及地質(zhì)構(gòu)造對電磁波傳播的影響 （包括吸收、反射、二次輻射等作用） 所造成的各種異常， 從而進行地質(zhì)推斷解釋， 這就是坑道透視法的物理基礎(chǔ)[4]。

在進行試驗時，將WKT儀器的發(fā)射機和接收機分別放置于異常體的軌順與運順中，用接受儀器等間距的接受發(fā)射來的場強。無線電波透視資料解釋主要參數(shù)為實測場強值和煤巖層電磁波能量吸收系數(shù)反演圖像（簡稱坑透 CT 法）。實測場強值分析，主要通過實測場強曲線值變化來判斷構(gòu)造的覆蓋范圍[3，6]。

3?工作區(qū)概況

本次探測的區(qū)域位于張集礦1610A工作面軌順走向長約1600 m，運順走向長約1570 m;斜長約90～140 m;軌順底板標高-489.5～-448.7 m，運順底板標高-502.3～-462.5 m;煤層平均厚度7.0 m。1610A工作面在運順、軌順和切眼掘進中遇見多條斷層，工作面靠近切眼煤層變薄，靠近切眼位置的240 m范圍內(nèi)為本次試驗的范圍。

4?工作區(qū)布置

根據(jù)探測目的和現(xiàn)場實際情況，本次監(jiān)測工作主要在1610 A工作面里段走向長度240 m，傾向長度平均約90 m。采用無線電波透視技術(shù)在軌順、運順巷道內(nèi)分別發(fā)射和接收在機巷共布置4個發(fā)射點，對每個發(fā)射點在風(fēng)巷接收13個實測場強值;在風(fēng)巷也如此，其中發(fā)射點間距為50 m，接收點間距10 m，并且采用4種頻率?，F(xiàn)場布置圖如圖1所示。

5?探測結(jié)果與分析

本次探測的場強值變化范圍不大，最高場強值在70～80 dB之間，最小值僅35～55 dB， 從實測數(shù)值來看，背景測試值在10 dB左右，與最高場強值相比，變化不補明顯，說明本次采集數(shù)據(jù)信噪比較低。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過ECT軟件的處理，可以得出的結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，該煤層變薄帶該范圍沿煤層走向影響在70 m左右，沿傾向影響長度75 m左右，該異常區(qū)的影響范圍剛好在1～8和2～3兩個發(fā)射點的射線分布范圍之內(nèi)，其他發(fā)射點并無較大的影響。

這次試驗在軌順與運順分別設(shè)置了4個發(fā)射點，并采用了88kHz、158kHz、36kHz和965kHz這4種頻率，其在軌順與運順位置下各個發(fā)射點的場強曲線圖3（a）～（h）所示。

一般來說，不同煤厚的寬工作面實測場 強曲線和理論場強曲線形態(tài)相似，均表現(xiàn)為弧度很小的拋物線，中間略高，兩側(cè)略低，煤厚的變化對曲線幾何形態(tài)影響很小[5]。通過對比4種不同頻率的場強曲線圖可以看出，在軌順的4個發(fā)射點中位于8號發(fā)射點所形成的場強曲線圖總體的場強值略低于其他的3個發(fā)射點，結(jié)合地質(zhì)資料判斷后，8號發(fā)射點會所形成的這樣的場強曲線，基本可以確定為該區(qū)域為煤層變薄帶對于電磁波的吸收強度會略大于其他正常區(qū)域;處在運順的3號發(fā)射點的前5個接收點位分布在切眼處，不能與其他發(fā)射點的趨勢相比較，僅比較余下的曲線情況，可以看出3號發(fā)射點的采集到的場強數(shù)值還是略低于其他發(fā)射點，通過對圖3（a）～（h）的觀察，基本可以確定地質(zhì)發(fā)生異常的范圍。

如果比較處在異常位置的軌順8號發(fā)射點和運順3號發(fā)射點不同頻率下的場強曲線圖，可以得到圖4（a）和4（b）。

通過觀察圖4a可以看出，88 kHz和158 kHz的場強明顯略高于365 kHz和965 kHz的場強;88 kHz和158 kHz的場強曲線的差別不大，基本處于重合狀態(tài)，雖然158 kHz中有一個點位的數(shù)據(jù)變化異常，但是結(jié)合地質(zhì)資料可以判定為受地下不確定因數(shù)的影響而造成的讀數(shù)偏差;965 kHz的場強曲線與88 kHz、158 kHz和365 kHz的場強曲線變化區(qū)別較大，88 kHz、158 kHz和365 kHz的場強曲線較為平緩，總體呈現(xiàn)近似圓弧狀，965 kHz的場強曲線的變化較為劇烈，呈現(xiàn)下降趨勢，可能是頻率過高再加上一些地下的復(fù)雜干擾條件所造成的。

圖4b中的前5個點位處在切眼處，呈現(xiàn)出一種下降趨勢，余下的曲線中88 kHz和158 kHz的場強依然比365 kHz和965 kHz的場強略高;88 kHz和158 kHz的場強曲線的差別依然不大，基本處于重合狀態(tài);965 kHz的場強曲線的變化依然較為劇烈，88 kHz、158 kHz和365 kHz的場強曲線較為平緩，總體呈現(xiàn)近似圓弧狀。

6?結(jié)論

在對煤層變薄帶的異常存在的條件下，由于圍巖對不同頻率下的無線電波的吸收強度不一，才造成88 kHz和158 kHz的總體場強略高于365 kHz和965 kHz的場強，但是88 kHz、158 kHz和365 kHz場強曲線的變化狀態(tài)基本一致，場強曲線變化較為平緩，總體呈現(xiàn)近似圓弧狀，基本可以驗證煤厚的變化對曲線幾何形態(tài)影響很小。在進行坑透實驗中進行多頻率探測，有助于找到該條件下的合適頻率，有助于對于結(jié)果的分析，本次實驗中的965 kHz就沒有較大的參考價值。

參考文獻

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出社，2009.

[2] 徐衍和， 董守華， 李東會，等. 無線電波坑透技術(shù)在礦井中的研究與應(yīng)用[J]. 地質(zhì)學(xué)刊， 2007， 31（1）：20～24.

[3] 杜木民. 無線電波坑道透視技術(shù)在煤礦井下陷落柱探測中的應(yīng)用[J]. 煤炭與化工， 2016，39（2）：52～54，58.

[4]李振武.電磁波坑透技術(shù)在探測煤礦地質(zhì)異常體中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技， 2015 （5） ：188～189.

[5] 吳榮新， 肖玉林， 張世闊，等. 工作面煤厚及寬度對坑透綜合曲線圖的影響[J]. 建井技術(shù)， 2015（6）：21～24.

[6]孟凡彬.煤系地層下的小析層識別影響因素探討[J].工程地球物理學(xué)報，2019，16（3）：259～265.