无线电波坑透法初始场强确定规律分析

王少飞

（西山煤电（集团）公司 地质处，山西 太原 030053）

西山煤电集团公司西山矿区共有9个矿井，主要开采山西组02号、2号煤层和太原组8号、9号煤层。西山矿区地质构造主要为高角度正断层，而且岩溶陷落柱极为发育。因此，从20世纪70年代开始，无线电波坑透法就作为一种常规手段用于探测工作面内部的断层、陷落柱及其它隐伏地质构造。

1 无线电波坑透法基本原理

电磁波在地下岩（煤）岩层中传播时，各种岩（矿）石电性（介电常数，电阻率等）有所不同，造成它们对电磁波能量吸收和反射存在一定差异，电阻率低的岩（矿石）的吸收和反射能力较强。当存在断层、陷落柱、褶皱、断裂发育带等构造的界面，电磁波将产生反射、折射、散射等现象，就会造成电磁波的能量衰减和损耗。依据工作面中各种地质构造界面对电磁波所造成的影响，分析信号的数值衰减值，从而推断其地质构造。

2 无线电波坑透勘探方法

坑透法一般在两巷道间进行，在井下预先布置发射点和接收点的位置，如果在皮带巷布置发射点，向煤层中发射某一频率的电磁波，则在轨道巷安置接收机观测电磁场场强信号。皮带巷整条巷道发射完毕，依上述方法轨道巷再逐点发射一次，坑透工作面采集数据完成。采用定点法工作，发射点距为50m，接收点距为10m.

3 无线电波坑透资料处理

无线电波透视资料的解释方法有综合曲线法和成析层像法，在各矿区主要采用综合曲线和层析成像技术相结合的方法进行处理解释。

3.1 综合曲线法

将各接收点的实测场强H值与相应的理论场强Hp值进行比较，取得衰减系数η，即lgη=lgH-lgHp，以接收点点位为横坐标，以H、Hp和η的算术值为纵坐标按比例绘制成图，就得到关于H、Hp、η值的3条曲线，称为综合曲线图。在均匀介质中，lgη=0，但出现负值时，说明工作面内有地质异常体，据衰减系数η值的变化，并参考实测强场H和理论场强Hp曲线，对异常体进行分析解释。

3.2 CT成像法

利用均匀介质中的传播公式，假设发射点（天线轴）中点O为原点，在近似均匀、各项同性煤层中，任意点到O点的距离为r，任意点的理论电磁波场强度Hp可表示为下式：

式中：

H0—决定于发射功率和天线周围煤层的初始场强，dB；

β—煤层对电磁波的吸收系数；

r—观测点到O点的直线距离，m；

sinθ—方向性因子，可视为常数，取1.

把坑透工作面划分成有不同吸收系数的若干小单元（像元），每一小单元内可视为介质均匀的。多个发射点上对场强分别进行多重观测，可以得出工作面内每个单元的场强值。

在辐射条件不随时间变化时，初始场强H0是一常数，一般根据经验确定。通过对西山矿区近几年无线电波坑透数据的统计分析，总结得出了初始场强H0在本矿区的取值规律，其取值范围与工作面的采宽和实测场强有关，见表1.

表1 初始场强H0的取值范围表

H0的大小直接影响衰减系数η以及每个单元的场强值，如果H0选取偏小，单元的理论场强值偏小，衰减系数lgη比实际更接近于0，从而真实异常区范围缩小甚至消失；反之H0选取偏大，单元的理论场强值偏大，衰减系数lgη比实际更远离于0，造成假异常。

4 无线电波坑透法井下探测工作

4.1 回采工作面地质概况

西山煤电集团公司西铭矿48709工作面位于北七采区，所采煤层为8号煤，节理发育，煤层结构1.97（0.29）0.85，为稳定的中厚煤层。煤层倾角2°～18°，平均5°，标高+1007～+1025m.工作面倾斜长216m.该工作面整体构造比较发育，有3条正断层，走向为北东向及北东东向，落差0.3～2.0m.胶轮车巷80～85号点有一长轴65m的陷落柱。工作面煤层走向变化较大，0～700m煤层走向与工作面走向夹角约70°，700～1500m煤层走向与工作面走向一致。

西铭矿42211工作面位于西十二采区，所采煤层为2号煤，平均煤厚1.9m，为稳定的中厚煤层。煤层倾角2°～7°，平均3°，标高+990～+1068m，工作面倾斜长205m.该工作面整体构造较发育，有2条走向为北西向的正断层，落差0.5m，胶轮车巷100号点有一长轴33m的陷落柱。工作面煤层走向变化较大，0～700m煤层走向与工作面走向一致，700～800m煤层走向与工作面走向夹角约70°，800～1500m煤层走向与工作面走向夹角约90°.

4.2 仪器参数选定

现阶段西山矿区使用的坑透仪为WKT-E型仪器，其主要特点是工作稳定、抗干扰、透距大、智能化、操作方便，是目前矿井物探方法中比较成熟的一种物探仪器。仪器工作频率0.5MHz.

4.3 数据分析

48709工作面走向长1500m，发射点31个，接收点368个。48709工作面0～70号发射点实测场强值范围37～45dB，75～150号发射点实测场强值整体范围21～32dB，其中80号发射点实测场强值为

14～23dB.

42211工作面走向长1500m，发射点31个，接收点368个。西铭矿42211工作面0～80发射点，实测场强值范围22～30dB，75～150号发射点，实测场强值范围36～50dB，其中100号发射点实测场强值为22～30dB.

根据工作面煤层走向可以发现煤层走向与场强的关系，即工作面煤层走向与探测方向一致时，实测场强较大；反之，工作面煤层走向与探测方向夹角近似垂直时，实测场强较小。还可以发现同一工作面的实测场强值分成了差异很大的两个范围，因此，初始场强H0就必须依照实测场强范围进行分段选值。西铭矿48709工作面0～70号测点选取H0=155dB，71～180号测点选取H0=148dB；西铭矿42211工作面0～80号测点选取H0=155dB，81～150号测点选取H0=133dB.

通过分段处理，选取不同的初始场强值，反映出48709工作面80号发射和42211工作面100号发射点实测场强偏低是由陷落柱影响造成的。这样就区分了因陷落柱和煤层走向造成实测场强偏低的区域，即没有将陷落柱遗漏，也不会造成大范围假的异常区。

5 结 论

通过对无线电波坑透法磁场强度的理论分析及西铭矿48709工作面和42211工作面数据分析，理论场强H0值选取的合理与否直接影响衰减系数η，从而决定了最终异常区确定的准确性，所以，即使在同一工作面，理论场强H0值也要根据工作面的特征，煤岩层的性质以及实测场强值的范围的不同而做不同的选定。

［1］ 吴荣新，刘盛东，肖玉林，等.工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用［J］.岩土力学与工程学报，2010，31（增刊1），435-438.