坑透法在工作面陷落柱探測中的應(yīng)用

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坑透法在工作面陷落柱探測中的應(yīng)用

景瑞旭

(華晉焦煤有限責(zé)任公司， 山西呂梁033000)

摘要山西離柳礦區(qū)4`#煤為優(yōu)質(zhì)主焦煤，但是該區(qū)域陷落柱較多，大小不一，嚴(yán)重影響了煤礦的安全高效開采。目前，坑透法是探測陷落柱較為準(zhǔn)確，也比較經(jīng)濟(jì)的方法。本文介紹了坑透法的工作原理、資料解釋等，以離柳礦區(qū)某礦05工作面為例，用綜合曲線法和層析成像法兩種方法解釋工作面內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，綜合判斷為陷落柱。同時(shí)，闡述了坑頭異常區(qū)的鉆探驗(yàn)證工作，可為地質(zhì)工作在陷落柱探測、分析、解釋、驗(yàn)證中提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞坑透法；工作面；陷落柱

收稿日期：2014-11-23

作者簡介：景瑞旭(1983—)，女，河南登封人，2008年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，助理工程師，主要從事地測防治水工作

中圖分類號(hào)：TD166

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)01-0037-02

AbstractNo.4 coal of Shanxi Liliu mining area is high-quality coking coal, but it seriously influences coal mine safe and efficient mining because of much and non-uniform collapse column in the region. At present, penetration method is a more accurate and economical method in collapse column detection. The paper introduces the working principle, data interpretation and so on of penetration method. Takes mine 05 working face as an example, explains the geological structure of working face by composite curve method and seismic tomography method, and synthetic judgment the geological structure is collapse column. At the same time, expounds the drilling verification work of anomaly area in pit head, it can provide reference and experience for the geological work in collapse column detection, analysis, interpretation and validation.

1礦區(qū)概況

離柳礦區(qū)位于河?xùn)|煤田中段，在離石、柳林、中陽等縣境內(nèi)，總面積1 640 km2.區(qū)內(nèi)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，共含煤13層，編號(hào)自上而下為1#～13#，總厚度為17.75 m，主要可采煤層5#.煤類以焦煤為主，肥煤、瘦煤次之，煤的變質(zhì)程度自上而下逐步加深。4#、5#煤層屬特低硫、低硫、中灰煤，8#、9#、10#為低硫、中灰煤。該礦區(qū)煤種屬于國家明確規(guī)定的“兩區(qū)一種”保護(hù)性開發(fā)資源。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在離柳礦區(qū)井下開采過程中揭露有358處陷落柱，發(fā)育面積207～722 m2不等。陷落柱內(nèi)充填物復(fù)雜，以砂巖居多，夾雜少許泥巖，含黃鐵礦及方解石晶體，填充較致密。

2坑透法基本原理

電磁波在煤層中傳播時(shí)，由于煤層、陷落柱電性(介電常數(shù)和電阻率)不同，電磁波能量吸收情況不同。陷落柱對(duì)電磁波具有較強(qiáng)的反射和吸收作用，當(dāng)波前進(jìn)方向遇到陷落柱邊界面時(shí)，電磁波將在界面上產(chǎn)生反射和折射作用，造成能量的損耗，致使接收巷道中的電磁波信號(hào)十分微弱，甚至接收不到透射信號(hào)，形成所謂的透射異常，又稱陰影異常，見圖1.研究采陷落柱對(duì)電磁波的影響所造成的各種坑透異常，從而進(jìn)行地質(zhì)推斷和解釋，這就是坑透法的基本原理。

a) 礦井巷道工作布置圖

b) 衰減曲線剖面圖

3坑透法的資料解釋方法

坑透的解釋方法有綜合曲線法和成析層像法兩種。

3.1綜合曲線法

將各接收點(diǎn)實(shí)測場強(qiáng)E值與相應(yīng)的理論計(jì)算場強(qiáng)E0進(jìn)行對(duì)比，取得的數(shù)據(jù)稱為屏蔽系數(shù)P，即:

P=E/E0

(1)

取接收點(diǎn)點(diǎn)位為橫坐標(biāo)，取E、E0和P為縱坐標(biāo)，將同一發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)接收點(diǎn)的實(shí)測場強(qiáng)E、理論場強(qiáng)E0或衰減系數(shù)P按比例繪制成圖，就得到一條曲線，稱為綜合曲線，見圖2.根據(jù)圖2中的曲線特征，可確定出異常體的邊界點(diǎn)。綜合曲線圖是坑透法解釋推斷的重要圖件。

圖2　 綜合曲線圖

3.2層析成像法

一個(gè)工作面被網(wǎng)格化后的示意圖見圖3.把網(wǎng)格化后的每個(gè)均勻的小塊成為一個(gè)像素，在此區(qū)域內(nèi)有一條射線yi穿過了衰減系數(shù)分別為x1，x2…xn的諸像素，并在這些像素上的截距分別為di1，di2…din.不同射線在同一網(wǎng)格產(chǎn)生的截距疊加，構(gòu)成了各像素絕對(duì)衰減系數(shù)，各像素的絕對(duì)衰減系數(shù)體現(xiàn)了介質(zhì)的物性。把每個(gè)像素的值用圖(色塊圖、灰度圖、等值線圖或立體圖)表示出來，就是層析圖像。此圖像直觀表示了工作面內(nèi)異常分布情況，對(duì)它可作出相應(yīng)的地球物理解釋。

圖3　 層析成像像素剖分示意圖

4案例分析

離柳礦區(qū)某礦105工作面為矩形工作面，皮帶巷長約900 m，切眼長180 m，軌道巷長900 m.此次坑透法采用“一發(fā)雙收”探測方法，即在一條巷道中布置發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)距為50 m，在另一條巷道中設(shè)置接收信號(hào)段，接收段位于發(fā)射點(diǎn)兩側(cè)各50 m，即布置11個(gè)接收點(diǎn)。這種方法也叫定點(diǎn)觀測法，通過這種方法對(duì)工作面內(nèi)煤層形成透視。每個(gè)發(fā)射點(diǎn)得到一條回歸曲線，見圖4，最終得到工作面層析成像圖，見圖5，兩圖結(jié)合可很好地解釋該區(qū)域存在地質(zhì)構(gòu)造，依據(jù)回歸曲線的“U”字型特征，可以判斷該地質(zhì)構(gòu)造為陷落柱。

圖4　05工作面坑透異常區(qū)(陷落柱)的回歸曲線圖

圖5　05工作面坑透層析成像圖

5坑透異常區(qū)的驗(yàn)證

坑透異常區(qū)一般采用鉆探驗(yàn)證。鉆探驗(yàn)證需要專門的鉆探設(shè)計(jì)，坑透井下施工一般采用卷尺測量距離來布置測點(diǎn)，這一過程往往會(huì)出現(xiàn)累計(jì)誤差。因此，鉆探驗(yàn)證孔需要以異常區(qū)為中心，前后擴(kuò)大5～10 m.進(jìn)行鉆探驗(yàn)證時(shí)需要地質(zhì)人員現(xiàn)場跟班，保證驗(yàn)證工作的可靠性。回采過程中必須跟蹤觀測，與探測解釋成果對(duì)比，不斷提高解釋精度，同時(shí)為下組煤開采提供地質(zhì)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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Application of Penetration Method in Working Face

Collapse Column Detection

JING Ruixu

Key wordsPenetration method; Working face; Collapse column

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

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