無(wú)線電波坑道透視在老母坡礦二采區(qū)的探測(cè)應(yīng)用

徐貴陽(yáng)

（山西古縣老母坡煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

1 無(wú)線電波坑道透視技術(shù)

礦井無(wú)線電波坑道透視技術(shù)（簡(jiǎn)稱“坑透”）是探測(cè)煤礦工作面內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理探測(cè)技術(shù)，即利用高頻電磁波在煤層傳播過(guò)程中出現(xiàn)的反射、折射以及衰減來(lái)區(qū)分地質(zhì)構(gòu)造。在我國(guó)，通過(guò)“坑透”技術(shù)探測(cè)煤礦工作面內(nèi)構(gòu)造的情況已應(yīng)用了60 余年，是探測(cè)采煤工作面內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常形態(tài)最簡(jiǎn)單、最有效的地球物理探測(cè)方法之一。

無(wú)線電波坑道透視技術(shù)屬于一種礦井地球物理探測(cè)方法，該方法通過(guò)發(fā)射機(jī)發(fā)射高頻電磁波，接收機(jī)接收該波段的電磁波衰減后的信號(hào)，由于煤層及頂、底板板巖石物理性質(zhì)（電阻率ρ、介電常數(shù)ε 等）的不同，從而使接收機(jī)接收到的電磁波存在差異，電阻率低的巖礦石具有較大的吸收作用。

圖1 為目前煤礦探測(cè)最常用的定點(diǎn)發(fā)射法，在已形成的采煤工作面中進(jìn)行探測(cè)，將發(fā)射機(jī)布置在工作面的一條巷道中定點(diǎn)、定時(shí)發(fā)射，接收機(jī)布置在工作面另外一條巷道中，定時(shí)接收一定范圍內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)值，煤礦工作面掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)揭露一些地質(zhì)構(gòu)造如夾矸、煤層變薄帶、斷層、陷落柱、褶曲等,高頻電磁波通過(guò)這些地質(zhì)構(gòu)造的過(guò)程中會(huì)發(fā)生反射、折射以及衰減，造成電磁波能量的損耗，從而對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行推斷解釋。

圖1 坑透最常用的定點(diǎn)發(fā)射示意Fig.1 Schematic diagram of fixed-point emission method most commonly used by tunnel perspective

本文選用的設(shè)備型號(hào)為YDT88 礦用無(wú)線電波透視儀，具體工作面施工頻率的選擇需要根據(jù)二采區(qū)3 個(gè)工作面的寬度決定。無(wú)線電波坑道透視技術(shù)首先分析干擾因素及排除措施，保證得到第一手可靠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，然后在現(xiàn)有資料處理軟件上開(kāi)發(fā)新軟件，加入角度校正、標(biāo)準(zhǔn)曲線選擇等功能，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的范圍進(jìn)行描述。

2 研究區(qū)概況

本文探測(cè)區(qū)域?yàn)樯轿鞴趴h老母坡煤業(yè)有限公司二采區(qū)，該采區(qū)主采煤層為山西組2 號(hào)煤層，全礦區(qū)內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定均可開(kāi)采，煤層平均厚度為1.2 m，煤層平均傾角4°。

基本頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度6.9 m，巖石特征為灰、灰黑色，參差狀斷口，整狀，含有少量植物化石；直接頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度0.45 m，巖石特征為灰、灰黑色，以石英為主，長(zhǎng)石次之，參差狀斷口，厚層狀，含有少量暗色礦物；偽頂為泥巖，平均厚度0.45 m，巖石特征為灰黑、黑色，平坦?fàn)顢嗫冢|(zhì)純，細(xì)膩，含有少量植物化石；直接底為泥巖，平均厚度6.05 m，巖石特征為灰黑、黑色，平坦?fàn)顢嗫冢|(zhì)純，細(xì)膩，含有少量植物化石。老底細(xì)粒砂巖平均厚度1.7 m 巖石特征為灰、灰黑色，以石英為主，長(zhǎng)石次之，參差狀斷口，厚層狀，含有少量暗色礦物。頂、底板巖石的物理性質(zhì)與煤層有較大的差異。

據(jù)礦井已揭露地質(zhì)資料分析，井田二采區(qū)內(nèi)陷落柱及斷層發(fā)育。在巷道掘進(jìn)及回采過(guò)程中，未知的斷層及陷落柱極易造成施工巷道或工作面的破壞，形成煤巖層破碎帶，造成回采生產(chǎn)安全事故。本文以二采區(qū)布置的2117、2119、2121 工作面為應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行論述。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 2117 工作面坑透探測(cè)

工作面內(nèi)沿2117 上順槽布置發(fā)射點(diǎn)14 個(gè)，2117 下順槽布置發(fā)射點(diǎn)14 個(gè)，共計(jì)28 個(gè)?！翱油浮卑l(fā)射點(diǎn)距不大于50 m，接受范圍150 m，接收點(diǎn)間距10 m。由于2117 工作面采寬變化較大，因此，在采寬較大區(qū)域選用365 KHz，采寬較小區(qū)域選用965 KHz。

圖2 為“2117 工作面坑透實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)曲線圖”，圖中“X 軸”為接收巷道的相對(duì)位置，“Y軸”為實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)值H（dB）。通過(guò)巷道掘進(jìn)過(guò)程中揭露地質(zhì)構(gòu)造，及此次“坑透”接收到的高頻電磁波信號(hào)的強(qiáng)弱，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)共圈定7 處（1號(hào)～7 號(hào)）地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)。1、4、7 號(hào)分析為陷落柱影響；2、6 號(hào)分析為斷層向工作面內(nèi)延伸；3、5 號(hào)分析為隱伏地質(zhì)構(gòu)造和斷層共同影響。

圖2 2117 工作面坑透實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)曲線圖Fig.2 The field strength curve actually measured by tunnel perspective in No.2117 face

2117 工作面坑透物探成果和工作面揭露情況對(duì)比，如圖3 所示。

圖3 2117 工作面坑透物探成果和工作面揭露情況對(duì)比Fig.3 Comparison of geophysical detection results of tunnel perspective and working face exposure in No.2117 face

從圖3 與曲線圖結(jié)果對(duì)比分析看，2117 工作面坑透工作沒(méi)有漏報(bào)工作面內(nèi)部的地質(zhì)異常。但其范圍相對(duì)于實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造均有偏大的情況，這是因?yàn)榭油溉Χǖ漠惓^(qū)范圍是依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)坑透影響范圍所圈定的。

3.2 2119 工作面坑透探測(cè)

沿2119 上順槽布置發(fā)射點(diǎn)13 個(gè)，2119 下順槽布置發(fā)射點(diǎn)13 個(gè)，共計(jì)26 個(gè)?！翱油浮卑l(fā)射點(diǎn)距不大于50 m，接受范圍150 m，接收點(diǎn)間距10 m，工作頻率選定為365 KHz。

圖4 為“2119 工作面坑透實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)曲線圖”，圖中“X 軸”為接收巷道的相對(duì)位置，“Y軸”為實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)值H（dB）。通過(guò)巷道掘進(jìn)過(guò)程中揭露地質(zhì)構(gòu)造，及此次“坑透”接收到的高頻電磁波信號(hào)的強(qiáng)弱，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)共圈定5 處（1號(hào)～5 號(hào)）地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)，分析均為斷層影響所致。經(jīng)礦方打鉆驗(yàn)證（圖5）其結(jié)果與工作面實(shí)際揭露地質(zhì)構(gòu)造情況基本一致。

圖4 2119 工作面坑透實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)曲線圖Fig.4 The field strength curve actually measured by tunnel perspective in No.2119 face

圖5 2119 工作面坑透物探成果圖和工作面揭露情況對(duì)比Fig.5 Comparison of geophysical detection results of tunnel perspective and working face exposure in No.2119 face

3.3 2121 工作面地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)

沿2121 上順槽布置發(fā)射點(diǎn)7 個(gè)，2119 下順槽布置發(fā)射點(diǎn)8 個(gè)，共計(jì)15 個(gè)?！翱油浮卑l(fā)射點(diǎn)距不大于50 m，接受范圍150 m，接收點(diǎn)間距10 m，工作頻率選定為365 KHz。圖6 為“2121 工作面坑透實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)曲線圖”，圖中“X 軸”為接收巷道的相對(duì)位置，“Y 軸”為實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)值H（dB）。通過(guò)巷道掘進(jìn)過(guò)程中揭露地質(zhì)構(gòu)造，及此次“坑透”接收到的高頻電磁波信號(hào)的強(qiáng)弱，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)共圈定4 處（1 號(hào)～4 號(hào)）地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)。1 號(hào)分析為陷落柱影響；2、3、4 號(hào)斷層影響。

圖6 2121 工作面坑透實(shí)際測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)曲線圖Fig.6 The field strength curve actually measured by tunnel perspective in No.2121 face

依據(jù)坑透探測(cè)結(jié)果，表明除巷道揭露的地質(zhì)構(gòu)造外，工作面內(nèi)并沒(méi)有其他隱伏地質(zhì)構(gòu)造。礦方打鉆驗(yàn)證后（圖7）證實(shí)坑透探測(cè)結(jié)果和實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造情況基本一致。探測(cè)結(jié)果并沒(méi)有出現(xiàn)漏報(bào)、誤報(bào)的地質(zhì)構(gòu)造，成功的完成了此次坑透探測(cè)工作。

圖7 2121 工作面坑透物探成果圖和工作面揭露情況對(duì)比Fig.7 Comparison of geophysical detection results of tunnel perspective and working face exposure in No.2121 face

4 無(wú)線電波坑道透視效果分析

本文利用無(wú)線電波坑道透視技術(shù)，對(duì)二采區(qū)3個(gè)工作面內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè)，主要探工作面內(nèi)影響程度大于?煤厚的地質(zhì)構(gòu)造及短軸大于20 m 的陷落柱分布情況，共圈定出16 處地質(zhì)異常區(qū)，其中8 處為已知斷層影響，5 處為已知陷落柱影響，3 處為隱伏地質(zhì)構(gòu)造影響，探測(cè)結(jié)果和回采結(jié)果對(duì)比，地質(zhì)異常范圍有一定誤差，但是未出現(xiàn)漏報(bào)地質(zhì)構(gòu)造的情況。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文充分分析二采區(qū)無(wú)線電波坑道透視數(shù)據(jù)在斷層和陷落柱上不同的反應(yīng)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)解釋水平，為老母坡其他采區(qū)定性解釋坑透異常區(qū)提供充分依據(jù)。針對(duì)老母坡二采區(qū)無(wú)線電波坑道透視數(shù)據(jù)分析中斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造的不同反應(yīng)，在保證現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下，定性的提高解析精確度。成功的定性探測(cè)出相應(yīng)地質(zhì)構(gòu)造，為安全回采提供良好的技術(shù)依據(jù)。