无线电波透视法在张集煤矿1122(1)工作面探测中的应用

蒋庆丰，吴茂林

(安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

1 引言

矿井无线电波透视探测技术现今是国内外煤矿普遍采用的物探方法，相对于其他的地震勘探、并行电法、音频电透视法、瞬变电磁勘探等方法，无线电波透视法具有探测准确度高、透距大、仪器轻便、操作简单、所需工作人员较少等特点，因此被普遍采用。无线电波透视法对工作面内断层、陷落柱、煤层变薄区、隐伏导含水构造探测效果良好[1～4]，成为综采工作面及钻孔间探测异常体的首选方法。

无线电波透视法又名坑透法，其原理是利用电磁波在地下岩层中传播时，由于不同岩石或矿石的电性差异，对电磁波能量的吸收能力不同。低阻岩矿石对电磁波的吸收能力较强，高阻物质对电磁波的吸收能力较弱，当电磁波在煤层传播过程中遇到断层、陷落柱、煤层变薄带或其他构造时，电磁波将会产生折射或者反射作用，造成能量的损耗，甚至接收机在接收巷道接收不到透射信号从而形成透射异常区，即为所要探测异常体的区域[5～8]。

2 工作面地质概况

1122(1)工作面为东一11-2煤层下采区首采面，11-2煤黑色，以块状及粉末状为主，内生裂隙发育。煤层厚度1.45～3.86 m，平均2.68 m，层厚度较为稳定，大部分含有一层泥岩夹矸，单层夹矸厚为0～0.68 m。工作面退尺长约2082 m，面宽为240 m。

本面构造较发育，掘进期间共揭露断层29条，其中存在落差较大的断层，该断层在11-2煤层内顺层滑动约20 m，造成11-2煤变薄，最薄处仅0.4 m，预计对工作面回采有较大影响。

据东一11-2煤层上采区水文地质资料：各工作面在采掘过程中，均有不同程度的出水现象，多以淋、滴水方式为主，个别地段单个出水点最大出水量为9.0 m3/h，可见11-2煤层顶板砂岩裂隙水发育具有不均匀性，其富水性取决于裂隙发育程度和裂隙相互连通性。为了给工作面安全回采设计和防治水方案提供地质依据，采用无线电波透视CT成像技术来探测工作面内地质异常区的赋存情况。

3 施工布置与数据采集

本次探测在运输巷和回风巷发射点布置发射点，在采面内采用对发对收，每10 m一个接收点，即一个物理测点，每80 m布设一个发射点，对应每个发射点，在另一巷的扇形对称区间接收17个点，以确保面内各物理测点有两次以上的覆盖。现场发射及接收射线如图1所示，共布置47个发射点，对工作面覆盖程度较高，采集数据满足交会及反演要求。回风巷和运输巷均铺设有电缆、金属管路，工作面为封闭的金属锚网支护。测量时对电缆采取了停电处理，干扰现象不明显。总体上测量数据较稳定，效果较好。

图1 现场施工布置及射线分布

4 探测结果与解释

无线电波透视实测场强值如图2所示，总体上该煤层实测场强值变化范围很大。最高场强值约55～65，最小值仅10～15左右，透视性较强。从实测数值来看，背景测试值很低，与最高场强值相比，均有较大的变化范围，说明本次采集数据信噪比较高，采集数据较可靠。在退尺100～300 m、450～650 m、1000～1300 m、1500～1700 m段内，最高场强值40以上，最小值多大于35，穿透性好，仅个别数据较小，基本代表了正常煤岩层无线电波场强的典型值。工作面内无显著地质异常体。在其余退尺范围内，最高场强值多小于35，最小值10～15，穿透性较差，这种现象表明：该段煤岩层对无线电波的吸收较强，推测断层发育，存在煤层变薄区。

采用SIRT反演方法对本次探测数据进行反演，结果如图3所示，可以更为形象直观地反映地质异常分布情况，其中蓝色区域为电磁波高吸收区域。

图2 实测场强

图3 SIRT反演电磁波吸收系数成像图

根据实测场强值变化特征和岩石吸收系数CT成像图，结合地质资料综合分析，圈定5个透视异常区，分析认为1#异常区为断层影响区，异常影响程度H<1/2煤厚，对回采影响较小，异常区较可靠；2#异常区为断层与薄煤影响区，异常影响程度H<1煤厚，面内延伸120～150 m，局部煤层变薄0～2 m，对回采影响较大，异常区较可靠；3#异常区为断层影响区，异常影响程度H<1煤厚，面内延伸最大至200 m，异常区内断层及裂隙发育，局部煤层有所变薄，对回采影响较大，异常区较可靠；4#异常区为断层影响区，异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸150 m，对回采影响较大，异常区可靠；5#异常区为隐伏异常区，小断层或裂隙发育，局部煤层可能变薄，对回采影响较小，异常区较可靠。

5 探采对比

在1122(1)工作面回采结束之后，与探测结果进行对比，具体情况为4个断层异常区与预计影响范围基本一致；1个隐伏异常区在回采过程中并未发现。可以看出，坑透资料根据三维地震供的并经顺槽实际揭露的断层所圈定的异常区，解释的准确率高；隐伏构造所圈定的异常区解释的准确率低，有可能是受煤层顶板破碎影响，在回采时没有实见到。

6 结论

(1)无线电波透视法在张集煤矿1122(1)工作面探测中发现5处异常，其中4处断层异常区探测结果准确率高，说明无线电波透视法在井下断层探测中行之有效。

(2)一处隐伏异常区在实际回采过程中并未发现，说明在井下物探工作中应使用不同的方法进行对比处理，综合解释，并结合已有的地质资料，提高探测的准确性。