无线电波透视在煤矿隐伏构造探测中的运用①

李安静 王哲

(1.中煤平朔煤业有限责任公司井工三矿，山西朔州 036800;2.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

无线电波透视在煤矿隐伏构造探测中的运用①

李安静1②王哲2

(1.中煤平朔煤业有限责任公司井工三矿，山西朔州 036800;2.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

本文初步地介绍了无线电波透视法的工作原理和工作方法，探讨井下探测施工、资料处理、资料解释等项工作。以某矿2202工作面为例，利用无线电波透视法精确解释工作面内的隐伏构造，为回采工作提供依据。

无线电波透视;隐伏构造;地质异常

0 引言

从全国范围来看，由于构造复杂，矿井瓦斯突出、矿井水害事故在矿井事故中所占的比例越来越高，造成的损失也越来越大。随着煤炭开采由浅部向深部发展，由顶部煤层向底部煤层转移，构造探测也出现了一些新情况、新问题。由于深度增加，地表勘探的精度降低，发展新型井下近距离探测方法成为目前研究开发的主要课题［1］［2］。

本文采用无线电波透视法对山东某矿2202工作面顺槽的隐伏构造进行探查，以利于煤矿采取合理有效的防治措施，确保井下安全高效生产。

1 2202工作面地质情况

2202工作面位于矿井二水平西翼。东部为DF9断层和2201工作面采空区，西部为F7断层，南部为DF14断层。工作面走向长300 m，倾斜宽80m;煤层平均倾角7°;煤层厚度8.8m;煤层顶板为深灰色泥岩，厚度10.5 m，发育波状层理，局部夹粉砂岩薄层。2202顺槽已施工结束，坡度3°～16°，工作面掘进过程中两顺槽已揭露断层五条。

2 无线电波透视探测原理

井下观测方法有同步法和定点法两种方式同步法是发射天线和接收天线分别位于不同巷道中，同时等距离移动，逐点发射和接收，较少采用定点法是发射机相对固定于某巷道事先确定好的发射点位置上，接收机在相邻巷道一定范围内逐点沿巷道观测场强值。又称定点交汇法。一般发射点距50m，接收点距10m。每一发射点，接收机可相应观测11～21个点。

3 数据处理和资料解释

3.1 场强对比法

通常用图示方法来描述沿观测巷道或在透射范围内场的变化规律［3］。

综合曲线图：将同一发射点对应接收点的实测场强H值、理论场值H0值和衰减系数η值按给定比例尺绘制成剖面图。以接收点点位为横坐标。

交会平面图：在采区平面工程图上，标定各发射点和对应的接收点。根据综合曲线确定边界点，将该点与对应的发射点连线，于是由不同发射点所对应的接收点绘出相应的边界射线，各射线所围定的范围便为异常体的平面位置。如图1所示。

3.2 CT成像法

工作面电磁波透视法采用偶极子天线发射在介质中任意点的磁场表达式可表示为：

图1 无线电波透视曲线交汇法解释示意图

式中：H0——决定于发射功率和天线周围介质的初始场强;

β——介质对电磁波能量的吸收系数;

r——观测点到辐射源的直线距离;

初看，台词中的人称“你们”连得突兀，删去似乎更贯通，但仔细分析研读，便知此处“你——你们”的变化正是曹禺的匠心安排。要娶“有钱有门第的小姐”的是周朴园个人，所以用“你”，而出面“逼着”侍萍“冒着大雪出去”的应是周的父母等人。这样安排人称，准确地反映出事情的原貌，让读者进一步看清周家的封建思想色彩。

sinθ——方向性因子，一般可认为等于1。

两端取对数得

若在多个发射点上对场强分别进行多重观测，便可形成矩阵方程：

利用SIRT算法，计算矩阵方程可以反演各像元吸收系数值，从而实现工作面成像区内吸收系统反演成像。利用反演计算结果可以绘制成像区吸收系数等值线图和色谱图［4］。

4 现场工程布置

本次无线电波透视CT工作采用WKT－E型无线电波透视仪，发射机和接收机为矿用本质安全型。WKT－E型无线电波透视仪，根据工作面的实际情况，采用1.5MHz频率。

本次测试工作主要在里2202工作面：走向长300m，倾向长80m范围内。采用无线电波透视技术在2202皮带顺槽及轨道顺槽巷道内分别发射和接收，其中在2202皮带顺槽巷共布置13个发射点，对每个发射点在2202轨道顺槽巷接收11个实测场强值;在2202轨道顺槽巷布置13个发射点，对每个发射点在皮带顺槽巷接收11个实测场强值。每个测点距5m。

5 探测结果分析

采用无线电波透视CT软件系统对所采集的数据进行反演，其结果以实测场强曲线图、实测场强交会成像图和SIRT法迭代，CT成像图表示。CT成像图为煤岩层电磁波吸收系数值图，数据值大小用不同色标值表示，图2为某测点的CT成像图。

图2 某测点的CT成像图

用交会平面图表示工作面的异常区域，如图3。

图3 工作面的异常区域

5.1 原理上对探测成果进行解释时所遵循的主要原则

1)煤层相对顶底板岩体为高阻体，电磁波易穿透高阻体。

2)高阻区透射场强强，吸收系数小;低阻区则场强弱，吸收系数大。

3)采用交会法进行解释时，地质异常体越靠近发射巷道，在接收巷道所造成的阴影区(点光源效应)越大。反之，越靠近接收巷道则阴影区越小。

4)排除巷道内低阻体干扰后，造成低接收场强(大的吸收系数)区的物性原因是工作面内存在低阻异常区(构造切割、岩体代替了煤体、煤层变薄、顶底板富水性不均一、煤体本身的不均匀性等)。电磁波主要从高阻体中穿过，但受顶、底板体效应影响。

5.2 探测成果显示此工作面有三处比较明显的异常区

1)1#异常位于DF14断层穿过胶带顺槽和切眼交汇处，此处可能受断层的影响出现异常，煤层厚度变薄，变异程度小于1/2煤厚，对工作面回采影响不大。

2)2#异常为隐伏异常区，可能为隐伏断层或煤层变薄区;对回采影响不大，煤层变异程度小于1/2煤厚，陷落柱出现的可能小。

3)3#异常主要为断层(H＞2.0m)影响带，局部煤层变薄。该异常区最大异常影响程度H＜1/ 2煤厚，对回采影响较小。

6 结语

电磁波透视法可有效地预测工作面隐伏的断层及破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等构造，保障了工作面的推进安全。同时该方法装置简便成本低、效率高，为采煤工作面快速掘进节约了大量的时间，提高了煤矿的工作效率，因此在矿井构造探测方面具有广泛运用前景。

［1］彭苏萍，杜文凤，等.煤田二维地震综介解释技术在复杂地质条件下的应用［J］.岩石力学与工程学报，2008，27(增刊1)：2760－2765

［2］汤友谊，陈江峰，等.无线电波坑道透视构造煤的研究［J］.煤炭学报，2002，27(3)：254－258

［3］刘广亮，于师建基于质心频移的无线电波透视层析成像［J］.地球物理学进展，2008，23(2)：583－587

［4］刘盛东，李承华.煤层内断层在双巷声波CT重建图像中的表现［J］.煤炭学报，2000，25 (3)：230－233

Application of Radiowave Penetration Method in Detecting the Crytpic Structure

LI Anjing，WANG Zhe，LI Yongjun

(1.3#Well Mining of China Coal Pingshuo Coal Industry Co.，Ltd，Shuozhou Shanxi036800; 2.North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East101601)

This paper briefly introduces the principle and method of the wireless radio－wave perspective，explores underground detecting construction，data processing，data interpretation and so on.Taking 2202 working face in a mine as an example，the ra dio－wave perspective method are separately dealt with and the hidden structure in the working face is accurately interpreted which will provide geological basis for the recovery.

radio wave perspective;cryptic structure;geologic anomaly

P631.3+25

A

1672－7169(2011)03－0001－03

2011－05－26

李安静(1965－)，男，江苏沛县人，大学毕业，中煤平朔煤业有限责任公司井工三矿总工程师，长期从事煤矿生产管理和地测工作。