霍尔辛赫煤业2205综采工作面无线电波透视探测应用

2020-03-05张志伟刘百祥

山东煤炭科技 2020年2期

张志伟刘百祥

（1.山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西长治 046699；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

1 引言

目前工作面构造探测较为常用的手段有无限电波透视、槽波探测、音频电透等。焦阳[1]利用槽波地震勘探和无线电波透视展开综合探测；段天柱[2]采用多频无线电波透视探测技术探测煤层冲刷带；刘百祥[3]对煤矿回采工作面进行钻孔注水联合探测试验；李淑琴[4]采用无线电波透视技术对屯兰煤矿28120回采工作面进行探测；常永峰[5]利用槽波和无线电波透视两种物探方法对复杂地质条件区域进行探测。

为了确保2205综采工作面安全回采，确立开采方法及推进方式等，开采前须对工作面进行勘探，精细探查工作面内部的地质构造。本次探测任务为：利用无线电波透视技术查明2205工作面内2m以上断层、20m以上陷落柱等地质构造的发育情况，用于指导其生产工作。

2 工作面概况

本工作面煤层赋存稳定，结构简单，煤层厚度最大为3.2m，最小为1.35m，平均2.5m，工作面北部煤层为全煤，工作面南部煤层距底板1.5m左右有一层0.1～0.4m的夹矸，夹矸岩性为黑色泥岩。本工作面煤层总体为单斜构造，煤层平均倾角4°。2205工作面走向长度约1355m，倾向长195m，本次探测长度为1200m（自切眼往停采线方向顺延），区域探测范围（虚线圈定）如图1所示。

图1 2205工作面坑道透视探测范围示意图

3 无线电波坑道透视基本原理

无线电波坑道透视是通过电磁波的衰减特性来探测工作面内部构造，一般在两条顺槽进行，一边单点固定发射，一边多点动态接收，然后再进行双边交换完成数据采集，利用强衰减区实现构造的探查。如图2所示。

图2 坑道透视异常探测原理示意图

假设煤层近似均匀，在O点进行发射，在P点进行接收，PO之间的距离设为r，H0为初始场强值，不考虑方向因子，即可求得P点的场强值Hp：

式中：

H0-初始场强，A/m；

β-吸收系数；

r-PO之间的距离，m。

通过上述公式可知，初始场强跟发射机相关，值为一常数，所以P点的场强值主要取决于吸收系数和PO之间的距离。系数系数越大，接收到的场强值越小，电磁波穿透能力越弱。通过场强的变化值、距离求得衰减系数绘制CT图，根据CT图中衰减系数的变化规律圈定坑透异常区。

4 频率选择与施工方法

4.1 探测仪器和频率选择

本次仪器选择WKT-E型坑道透视仪，2205工作面实测1200m，倾向长195m。根据以往工作经验，工作面宽130m以内常选用1.5MHz频率，工作面宽220m以内常选用0.5MHz频率，工作面宽在220～350m以内常选用0.3MHz频率。经井下探测频率条件试验，比较0.3MHz和0.5MHz两种频率接收数值后，两者都能有效穿透煤层，根据高频分辨率较高的特点，最终选择0.5MHz频率。

4.2 施工方法

本次采用单点固定发射、多点动态接收的定点法完成现场数据采集。发射点进行加密设计，点距20m；接收为15点动态观测，点距10m。

4.3 测点布置

本次探测在2205工作面顺槽和2203工作面顺槽进行，2205工作面顺槽测点编号为0#～120#，2203工作面顺槽测点编号为500#～620#。点号都是从切眼开始，往停采线方向依次增大。

5 探测成果解译

5.1 典型构造解译原则

成果地质解释原则是必须根据工作面掘进实际揭露资料，结合电磁波CT成果图、综合曲线图、曲线平面图和现场记录等综合分析。在无线电波透视资料解释中主要参数为实测场强值、煤岩层电磁波能量吸收系数及CT图的阴影区范围或形状。对于实测场强值、吸收系数主要通过综合曲线图变化来读取，再结合CT图判断异常的范围和类型。

由于计算的衰减系数与工作面宽度、初始场强值及煤质等有关，衰减系数值为相对值，其计算和绝对衰减值成正相关关系，即绝对衰减越大，衰减系数越大。CT成果图中根据衰减系数的大小划分异常区，而异常区划定，要结合实际揭露资料，通过综合曲线的场强绝对衰减值来判断。在综合曲线上：一般情况下，断层发育范围为场强衰减＞10dB以上，具有断距越大，衰减增强的规律，综合曲线多为锯齿状；陷落柱发育范围的场强衰减＞30dB，且有时存在充填高电阻率且密实区域可能形成高透区，低电阻率充填物导致衰减增强，甚至完全屏蔽吸收，导致接收不到场强值的规律。