庞庞塔矿回采面无线电波坑道透视探测的设计研究

2020-03-14王斌

机械管理开发 2020年1期

王斌

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西吕梁 033200）

1 庞庞塔矿概况

霍州煤电集团庞庞塔矿回采工作面的地表是以侵蚀性黄土梁峁为主，以黄土沟谷地貌中的冲沟为辅。工作面圈定面积是332 619 m2，煤矿井下北面是太佳高速保安煤柱，南面是四条集中下山，西边是实体煤，东边是实体煤。该面所采为5号煤层，煤厚6.1 m，煤层倾角28°；走向长653.3 m，采长235 m，面积为153 525 m2，基础储量1414 119 t，可采储量1272 707 t。

2 庞庞塔矿工作面条件

2.1 地质条件

该面所采5号煤层节理发育，煤层结构复杂，煤层中部夹三层碳质泥岩（0.3～0.7），分布在工作面的煤层厚度上下波动较小。工作面的规划图中不可避免的经过一条正断层，其断层落差为1.5 m，工作面未揭露构造。

2.2 水文地质条件

其工作面开采煤层标高为+510～+650 m，主要从顶板含水状况、底板含水层状况与砂岩裂隙水三个方面对其进行分析与研究：

1）顶板含水状况，二叠系下统山西组砂岩裂隙含水组，主要由K3及多层砂岩层组成，岩性是细-粗粒砂岩，岩性与厚度均呈现较大的变化。在煤矿井田内部，由于二叠系下统山西组没有出露区域，并且砂岩稳定性较差，因而富水性相对较弱[1]；

2）底板含水层状况，太原组灰岩岩溶含水层组单位涌水量为0.000 54～0.055 39 L/（s·m），其富水性较弱；奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层组，由于二叠、石炭系含水层之间较厚的泥质岩石与裂隙、岩溶不发育的砂岩、灰岩，都可以看做是隔水层[2]；

3）对砂岩裂隙水、太灰水、奥灰水进行全面分析，依据水文报告资料分析，这三点均呈现出弱富水性，对回采不会产生较大影响[3]。

3 无线电波坑道透视探测工作原理

此次探测运用WKT-E型无线电波坑道透视仪。庞庞塔矿工作面宽度大约是235 m，经煤矿井下探测频率实验，选取0.3 MHz频率开展工作面透视工作。无线电波坑道透视是用来探测顺煤层两个巷道之间的各个类型地质构造异常体。在透视仪工作的时候，发射机和接收机各自位于不相同的两个巷道中，发射机发射固定频率的电磁波，接收机在一定范围内逐点观察、测量电磁波穿透煤层后剩余场强值[4]。

交替成层状的含煤地层是一种非均匀介质，电磁波在含煤地层中传播可以分成垂直层理与平行层理两个方向，在垂直层理方向其是非均匀介质，在同一个煤层的一定范围内平行层理方向上可以近似地看作是均匀介质。电磁波透视是在顺煤层的两个巷道或者两个钻孔中完成[5]。假设辐射源（天线轴）中点O是原点，在近似均匀、各个相同性质的煤层中，观测点P至O点之间的距离用r表示，P点的电磁波场强度Hp由下式表示：

式中：H0为在一定的发射功率下天线周围煤层的最初场强，A/m。β为煤层对电磁波的吸收系数；r为P点到O点的直线距离，m；f（θ）为方向性因子，θ是偶极子轴和观测点方向之间的夹角，一般用f（θ）=sin（θ）来计算。

在辐射条件不跟随时间变化的情况下，H0是一个常数，吸收系数β是一个对场强幅值产生影响的主要参数，数值愈大，场强幅值变化就愈大。

矿井电磁波透视技术主要是依据电磁波在煤层中的传播特点而研发的接收、发送电磁波的一种仪器与资料处理系统[6]。如若发射源发射的电磁波在穿过煤层的过程中，存在断层、陷落柱、富含水带、顶板垮塌以及富集水的采空区、冲刷、煤层产状变化带、煤层厚度变化和煤层破坏软分层带等地质异常体时，接收到的电磁波能量便会极大地衰减，进而会形成透视阴影，也就是所谓的异常区[8]。

4 无线电波坑道透视探测过程

此次运用的探测方法是定点法即一个对多个的方法：发射机处在相对固定的位置，接收机在一定范围内逐个点观察、测量其场强数值[7]。在煤矿井回采工作面此次探测范围长度是800 m，布设29个测点，其中各个测点之间的距离为10 m，其中布设的每个仪器的发射点之间的距离都是50 m，并且每个发射点都与11个接收点相对应，如图1所示[12]。