電磁波透視在綜采工作面的應(yīng)用

高偉

摘 要：為了研究4#煤綜采工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造，對其工作面進行無線電波坑透探測，本次4#煤綜采工作面的透視達到了預(yù)期效果，預(yù)測了4#煤綜采工作面內(nèi)異常區(qū)影響的大致范圍。結(jié)果表明：4#煤綜采（大）工作面內(nèi)的3號異常區(qū)，位于12～20號測定之間，該地段推測可能有采動破壞，回采時應(yīng)特別注意，確保工作面安全開采。

關(guān)鍵詞：電磁波透視;地質(zhì)構(gòu)造;探測;異常區(qū)

電磁波透視是用來探測順煤層兩煤巷之間的各種地質(zhì)構(gòu)造等異常體，主要應(yīng)用在探測：地質(zhì)構(gòu)造破壞軟分層帶、瓦斯富集帶等瓦斯災(zāi)害區(qū);直徑10～15m以上的陷落柱;大于二分之一煤厚的斷層;富含水帶;頂板垮塌或富集水的采空區(qū);煤層厚度、夾矸以及產(chǎn)狀變化帶等[1]。

1 綜采工作面概況

4#煤綜采工作面地面為山地斜坡及溝谷，工作面南部60m處有李家山村莊，有供電線路通過。該工作面井下位于礦井田南部，地面標高為1700～1886m，回采標高1615～1659m。老頂：一般為中、細粒砂巖，厚度變化較大。直接頂板：巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖、粒砂巖，厚度及巖相變化較大。屬于不穩(wěn)定偽頂：巖性為泥巖，黑色，薄層狀，厚度0.00～0.50m，屬軟巖。4#煤：平均厚度4.79m左右，灰黑色，瀝青光澤為主，無內(nèi)生裂隙，均一結(jié)構(gòu)，屬半暗型煤，致密塊狀構(gòu)造。直接底板：巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖等，厚度及巖相變化較大。老底：主要為粗、中、細粒砂巖，厚度及巖相變化較大。該采面從兩順槽掘進實際揭露情況看，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，在掘進過程中未發(fā)現(xiàn)陷落柱及落差較大斷層。本次坑透任務(wù)為了查明工作面內(nèi)陷落柱發(fā)育情況以及工作面內(nèi)落差大于1m的斷層發(fā)育情況。

2 電磁波透視布置

探測方法采用分辨率較高的定點掃描法進行探測。定點法就是發(fā)射機相對固定，接收機在另一對應(yīng)巷道一定范圍內(nèi)逐點接收其場強值的一種工作方法[2]。煤層中斷裂構(gòu)造的界面，構(gòu)造引起的煤層破碎帶、煤層破壞軟分層帶以及富含水低電阻率帶等都能對電磁波產(chǎn)生折射、反射和吸收，造成電磁波能量的損耗。如果發(fā)射源發(fā)射的電磁波穿越煤層途徑中，存在斷層、陷落柱、富含水帶、頂板垮塌和富集水的采空區(qū)、沖刷、煤層產(chǎn)狀變化帶、煤層厚度變化和煤層破壞軟分層帶等地質(zhì)異常體時，接收到的電磁波能量就會明顯減弱，這就會形成透視陰影（異常區(qū)）。礦井電磁波透視技術(shù)，就是根據(jù)電磁波在煤層中的傳播特性而研制的一種收、發(fā)電磁波的儀器和資料處理系統(tǒng)?？梢?，礦井電磁波透視技術(shù)在探測礦井采面和順煤層兩鉆孔之間、兩石門之間內(nèi)的地質(zhì)異常體及瓦斯災(zāi)害區(qū)是有理論依據(jù)的，是完全可行的[3-4]。

無線電波坑道透視布置如圖2所示。4#煤綜采工作面實際布置發(fā)射點24個（材料巷12個，皮帶運輸巷7個），發(fā)射點間距30m，每個發(fā)射點接收點間間距為10m，每個發(fā)射點對應(yīng)接收點數(shù)15個，共計360個接收點。其工作觀測方式示意圖見圖1。

探測條件：探測時巷道電纜未停電，對管路、電纜和軌道等導(dǎo)體未作任何處理。實際探測：對4#煤綜采工作面進行了井下坑透探測，探測時，先按事先設(shè)計測點布置圖，將測點標在井下實際巷道上，然后按計劃好的探測順序和時間進行探測，測點布好后工作時安排六個人，兩人發(fā)射，三人接收，一人記錄。每個發(fā)射點發(fā)射5分鐘，接收3分鐘，換發(fā)射點2分鐘，探測移動速度約50m/min，每個發(fā)射點實際接收11個值。考慮到工作面實際斜長約50-100m，坑道透視頻率選用0.365MHz。

3 電磁波透視探測資料分析

3.1 參數(shù)選取

通過對4#煤綜采工作面坑道透視數(shù)據(jù)的處理分析，得到以下參數(shù)：

H0=120dB

β=-0.45dB/m

r max=220～270m

式中：H0-初始場強（dB）;β-吸收系數(shù)（dB/m）;r max-最大透視距離（m）。

3.2 電磁波探測數(shù)據(jù)評價與分析

本次試驗接收數(shù)據(jù)完整，從綜合曲線圖上可看出，曲線完整，只有少許鋸齒狀干擾，接收數(shù)據(jù)穩(wěn)定，儀器工作穩(wěn)定。井下不發(fā)射時，接收機接收值在8～12dB之間跳動，說明背景值低、噪音小，儀器抗干擾能力強，少許鋸齒狀干擾是由于巷道中，多條電纜、水管、氣管影響。

本次探測，從層析成像成果圖（圖2）上看對地質(zhì)構(gòu)造破壞等造成的軟分層有較好的反應(yīng)，共圈定出兩處異常區(qū)，具體分析如下：

1號異常區(qū)：位于4#煤綜采（?。┕ぷ髅鎯?nèi)6～9號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為211回風上山已揭露的兩條斷層影響，斷層落差約為1.2m，向工作面內(nèi)延伸30m左右，對工作面回采影響較小。

2號異常區(qū)：位于4#煤綜采（?。┕ぷ髅鎯?nèi)0～3號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為疑似采動破壞異常區(qū)，范圍小對工作面回采有一定影響。

3號異常區(qū)：位于4#煤綜采（大）工作面內(nèi)12～20號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為疑似采動破壞異常區(qū)，范圍大對工作面回采有一定影響。

4號異常區(qū)：位于4#煤綜采（大）工作面內(nèi)0～5號測定之間（已皮帶運輸巷測點為準），物性特征明顯，推測為采空巷道破壞異常區(qū)，對工作面回采有影響。

圖2 4#煤綜采工作面坑透層析成像成果圖

4 結(jié)論

①由于該工作面傾向長在30-50m之間，盡管工作頻率選擇了0.365MHz的電磁波，但其波長仍大于工作面傾向長，在實際探測中受直達波及二次場的疊加影響，降低了數(shù)據(jù)的精度;

②總體看該面地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，本次坑透重點成果為4#煤綜采（大）工作面內(nèi)的3號異常區(qū)，位于12～20號測定之間，該地段推測可能有采動破壞。

參考文獻：

[1]邱增強，劉志新.無線電波透視法在探測隱伏導(dǎo)含水構(gòu)造中的應(yīng)用[J] 工程地球物理學(xué)報，2005（3）：185-190.

[2]白官祥.無線電磁波透視法在楊澗煤礦水害防治及斷層探測中的應(yīng)用[J]中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012（10）：159.

[3]李煥民.無線電波透視技術(shù)在工作面構(gòu)造煤探測中的應(yīng)用[J]煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37（3）：100-102.

[4]佘建峽，李枝文，宋偉，等.電磁波技術(shù)在礦井物探中的應(yīng)用[J]工程地球物理學(xué)報， 2015，12（1）：55-58.