潘一矿2141（1）工作面坑透探测技术应用

曹况山 郭庆

【摘 要】坑透资料解释在实测场强曲线上多反映为成片的场强低值区，无法区分单个断层的延伸方向及影响范围，根据2141（1）工作面上下风巷实际揭露的构造及煤层变薄，结合坑透资料综合分析预测后，回采验证坑透预测其解释准确率达80.1%（面积），所解释成果对安全生产起到了很好的指导作用，经济效益非常明显。

【关键词】坑透；探测；技术

0.前言

潘一矿2141（1）工作面构造复杂，断层发育，并伴生多处煤层变薄区，为了有效探查2141（1）工作面内地质条件，为回采提供可靠的地质资料，对 2141（1）综采工作面进行了坑透探测。坑透资料解释在实测场强曲线上多反映为成片的场强低值区，无法区分单个断层的延伸方向及影响范围，根据2141（1）工作面上下风巷实际揭露的构造及煤层变薄，结合坑透资料综合分析预测后，回采验证坑透预测其解释准确率达80.1%（面积），所解释成果对安全生产起到了很好的指导作用，经济效益非常明显。

1.2141（1）工作面地质条件

2141（1）综采工作面， 走向长998m，倾斜宽182m。11-2煤赋存稳定，可采指数为0.96，变异系数为16.5%。断层附近煤层受断层影响有变薄现象，煤厚0.5～2.1m，平均厚1.7m。煤层呈单斜构造，产状为：190～210°∠8～14°/10°。11-2煤层结构简单。本面11-2煤与11-3煤层间距为2.3～4.8m，平均3.6m。直接顶为泥岩、11-3煤层，厚2.3～4.8/3.6m，老顶为粉细砂岩，厚1.78～6.8/3.8m，直接底为砂质泥岩，厚9.0～9.3/9.15m，老底为中砂岩，厚8.55m。该面地质构造较复杂，掘进期间实际揭露23条断层，落差0.3～5.0m。本面主要充水水源为2332（1）老空区积水。在掘进期间已探放7588m3。预计：最大涌水量为30m3/h，正常涌水量为10m3/h。根据“集技[2009]304号文”规定，该工作面属突出危险区。11-2煤层自然瓦斯含量7～9m3/t。

2141（1）综采工作面于2009年1 月10日自东向西回采，于2009年7月22日收作。

2.坑透设计及探测点的布置情况

本次试验选用的坑透仪器为WKT-6型无线电波坑道透视仪，发射机和接收机为矿用本质安全型。功率大，电磁波穿透力强，在较薄煤层中使用效果较好。

选择最佳工作频率。频率过高，即使是高阻的岩石也会产生明显的吸收作用，结果很可能不能突出要寻找的地质异常体的“阴影”区。而地质异常体的围岩却形成了“阴影”区；如果频率过低，则由于一次绕射作用，使得要寻找的地质异常体可能被掩盖。为了得到明显的“阴影”区，必须选择最佳的工作频率。WKT-6型无线电波坑道透视仪，有2个频点0.365MHZ和0.965MHZ可供选用。根据工作面的实际情况，采用0.365MHZ。

本次探测的目的是查清工作面内的隐伏构造、煤层变薄带及掘进期间实际揭露的断层的延伸方向、延伸长度和影响程度。结合此目的和现场实际情况及掘进期间实际揭露断层的断点，上、下顺槽各布置17个发射点，y5～y85号点，发射点间隔50m。

根据透距情况，为保证场强值的接受效果，对应每个发射点布置11个接受点，接收点间距为10m。

3.坑透数据采集与成像

该面于2008年12月2日至12月3日完成现场坑透数据采集任务，共在机巷布置17个发射点，对每个发射点在风巷接收11个实测场强值；在风巷布置17个发射点，对每个发射点在机巷接收11个实测场强值。其中发射点间距为50m，接收点间距10m。

资料解析采用场强对比法辅以CT成像技术：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。

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。

利用SIRT 算法（Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques，同时迭代重构技术）、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和色谱图，见图2。

根据实测场强曲线值变化特征和岩石吸收系数CT成像图综合分析，得出探测区地质解释如附图2所示，主要有4个透视异常区，见图2、3中细蓝线圈定范围；对巷道揭露的12条落差相对较大断层延展情况进行分析，见图2、3中粗蓝线范围。

4.实际揭露与坑透预计的差别

根据实测场强曲线值变化特征和岩石吸收系数CT成像图综合分析，得出探测区地质解释如下：

（1）1#异常区：为断层影响区，该异常区范围在下顺槽及切眼内共揭露5条断层，其中F21411-2（H=1.5m）和F21411-7（H=1.2m）对该异常区的展布起控制作用。该范围沿煤层走向影响范围约90m，沿倾向影响长度约60m。受断层影响，煤层变薄，煤厚影响程度小于1/2煤厚。

（2）2#异常区：为隐伏异常区，该异常区范围在上风巷及下顺槽内未见有断层及煤层变薄现象。由于场强值很低，推测该范围可能为煤层变薄带或裂隙发育区。由异常形态呈条带状，推（下转第408页）（上接第136页）测该范围可能存在3条近倾向展布断层， Fjs1、Fjs2和Fjs3。该范围沿煤层走向影响范围约200m，沿煤层倾向影响长度约130m，断层或煤层变薄最大影响程度超过1/2煤厚。

（3）3#异常区：为下顺槽揭露煤层变薄区，该范围沿煤层走向影响范围约50m，沿煤层倾向影响长度约40m，断层或煤层变薄最大影响程度小于1/2煤厚。

（4）4#异常区：为断层影响区，该异常区范围在下顺槽及切眼内共揭露7条断层，其中F21411-19（H=2.0m）、F21411-20（H=0.8～1m）和F21411-23（H=1.6m）对该异常区的展布起控制作用。该范围沿煤层走向影响范围约220m，沿倾向影响长度约60m。受断层影响，煤层局部变薄，煤厚影响程度小于1/2煤厚。

5.结论

（1）探测效果：2141（1）工作面构造复杂，断层发育，并伴生多处煤层变薄区，在实测场强曲线上多反映为成片的场强低值区，无法区分单个断层的延伸方向及影响范围，多条断层及煤层变薄带相互屏蔽。该面实际揭露的构造及煤层变薄带在色谱图上多有反应，坑透实验验证其解释准确率达80.1%（面积），所解释成果对生产起到了很好的指导作用。薄煤层大功率坑透实验成功。

（2）探测分析解释：为提高解释精度，现场尽量减小测点间隔，增加数据量。同时需进一步改进数据反演方法，提高对构造区的精确定位。今后对构造复杂块段的坑透解析应结合各种地质资料，以实测场强曲线圈出走向范围，再以色谱图圈出各构造和变薄带的延伸方向和影响范围。其整体解释必须结合工作面现有地质资料全面分析。

【参考文献】

[1]李东旭，周济元.地质力学导论[M].北京：地质出版社，1986.

[2]徐开礼，朱志澄.构造地质学[M].北京：地质出版社，1988.