无线电波坑透技术在15110回采工作面的应用与验证

郭洋洋 胡洪涛

中煤昔阳能源有限责任公司 山西晋中 045300

白羊岭15110回采工作面整体由北向南倾斜，呈波状褶曲。阳坡庄向斜轴线自15110胶带运输顺槽1450m处向东南发展贯穿工作面，工作面1400m-1800m范围处于阳坡庄向斜轴部区域，该区域中西部地层较平缓，东部产状变化较大，倾角5°-9°；15110回采工作面480m-720m范围呈穹隆构造形态，中部地势较高，两巷相对较低，且在15110胶带运输顺槽707m处背斜南侧发育DBF4H＜13m正断层，断层面附近煤层产状变化较大，倾角5-15°；15110胶带运输顺槽776m处发育有X9陷落柱；工作面内背斜及向斜区域煤层产状变化较大，且断层构造发育，煤层较为破碎；工作面两巷掘进过程中，揭露除DBF4断层外，共计17条断层，落差1m以下的断层5条，1-3m的断层11条，3-5m的断层1条；此外，根据15110工作面两巷钻孔资料分析，面内可能发育隐伏构造[1]。

地质构造已成为制约15110工作面高产高效及煤炭质量的主要因素之一。因此，在煤炭开采过程中，必须全面掌握工作面内的地质构造发育情况，以便提前采取有针对性的安全技术措施指导生产。为此，特邀请中国煤炭地质总局物测队于 2017年1月，对15110回采工作面进行无线电波坑透探测。其目的在于：通过无线电波坑透技术提前查明15110回采工作面内的地质构造发育情况，以便指导工作面安全、高效、经济回采。并对并比分析15110工作面内探测结果与实际揭露地质构造情况的吻合程度，分析判断是否可以推广利用该探测技术查明工作面内地质构造的发育情况，为下一步15118工作面回采提供指导。

1 无线电波透视法简介

1.1 无线电波透视法基本原理

电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性的不同，它们对电磁波的能量吸收不同，低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用，当波前进方向遇到断裂构造所出现的界面时，电磁波将在界面上产生反射和折射作用，也造成能量的损耗。因此，在矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其他构造时，波能量被吸收或完全屏蔽，则在接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号，形成所谓的透视异常。研究采区煤层、构造及地质体对电磁波的影响所造成的各种无线电波透视异常，从而进行地质推断和解释。

1.2 透视工作方法

本次井下探测方法为定点法，定点法是发射机相对固定于某巷道事先确定好的发射点位置上，接收机在相邻巷道一定范围内逐点沿巷道观测场强值。又称定点交会法。一般发射点距50m，接收点距10m。每发射一点，接收机可相应观测11-21个点。

观测基本步骤：

（1）在观测前，预先安排好观测约定时间顺序，列出时间表格，发射和接收各持一份；

（2）观测时，严格按照时间表格执行，发射机天线应平行巷道，悬持成多边形，应保持反射信号稳定；

（3）接收天线环面对准发射机的方向，即观测最大值方向。

1.3 使用仪器及工作频率

地下电磁波衰减的透射异常区并非单由一次场的吸收所形成的，而且还受很多其他因素的影响。如感应二次场引起的干涉、煤层（或岩层）的不均匀性和各向异性、直达波、巷道的反射及漫反射波，以及煤层顶底板的围岩波等。所以观测场强值可能是几种波的综合值。结果使异常区变得模糊，以至于不能准确判定异常体位置，因此，选择最佳工作频率是很关键的，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异常区。而地质异常体的围岩却形成了异常区；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。为了得到明显的异常区，必须选择最佳的工作频率。

本次无线电波透视工作采用YDT88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。YDT88型无线电波坑道透视仪采用158KHz。

2 无线电波透视成果图像分析

根据YDT88矿用无线电波透视仪探测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15110工作面内有6个透视异常区，命名为YC1-YC6，详细见表1。

3 回采实际揭露与坑透成果对比

截至2019年10月中旬，15110工作面已回采完毕。根据工作面回采期间实际揭露资料与坑透成果对比分析：

工作面0-70m推进范围内，在回采过程中无构造揭露，与YC6异常区异常特征说明完全吻合，由于15110工作面切眼空巷影响所致。

工作面70-1260m推进范围内，在回采过程中仅揭露FC110-1H=1.5-1.0m正断层、FC110-2H=0.5m正断层及X15陷落柱（长轴16m，短轴5m），此范围未圈定出异常区域，而在1250m回采范围内仅揭露上述三条小构造，且均对回采影响较小，从反面验证了坑透成果的准确性[2]。

表1 探测解释异常区特征分析

工作面1260-1470m推进范围内，在回采过程中依次揭露F12J04 H＝3.0m正断层、FC110-3H＝1.0-0.5m正断层、X16陷落柱（长轴13m，短轴10m）、FC110-4H＝H=1.0-2.0m正断层、X17陷落柱（长轴43m，短轴23m）、X18陷落柱（长轴12m，短轴9m）、FJ110-2H=1.1-2.0m正断层，除FC110-3、FJ110-2断层外，其余构造均对回采影响较大，且F12J04断层在初始揭露时还伴有煤层厚度变薄、裂隙较为发育、顶板岩性大面积破碎等现象。该范围内所对应的坑透异常区为YC5，回采实际揭露与异常特征说明较为一致，并且推断TX1陷落柱位置也较为准确。

工作面1470-1490m范围内为YC5异常区与YC4异常区的交界位置，此范围内无地质构造揭露，且坑透未发现异常，与坑透成果契合度较高。

工作面1490-1630m推进范围内，在回采过程中依次揭露FC110-5H=0.2-0.5m正断层、X9陷落柱（长轴51m，短轴13m）、FC110-6H=0.2m正断层、FC110-7H=0.4m正断层、FC110-8H=0.2-1.0m正断层、FC110-9H=1.9-3.8m正断层、X20-1陷落柱（长轴23m，短轴15m）、DBF4H=7-13m正断层、DBF4-1H=1.0-2.0m正断层，上述构造均处于YC4异常区域内，除落差小于1m的断层外，均对回采影响较大，且FC110-9断层在初始揭露时还伴有煤层厚度变薄、裂隙较为发育、顶板岩性大面积破碎等现象，与YC4异常区范围及特征说明误差均较小。

工作面1814-2250m推进范围内，在回采过程中依次揭露FC110-10H=1.0m正断层、FG110-1H=0-1.5m正断层、DBF3H=1.6m正断层、FC110-11H=1.0-1.5m正断层、FC110-12H=1.0-1.5m正断层、X23陷落柱（长轴47m，短轴16m）、FC110-13H=1.0-1.5m正断层，上述构造均分布在YC3、YC2及YC1异常区域内（因YC3、YC2、YC1三个异常区分布较为密集，所以在本节进行统一叙述），均对回采造成了较大影响，并且与YC3、YC2、YC1异常区范围及特征说明误差均较小。此外，YC2、YC3与YC4异常区之间形成的无异常区域范围，并未于该范围内揭露任何地质构造，进一步验证了坑透成果的准确性。

4 结语

通过15110回采工作面无线电波坑透探测成果与回采对比分析，得出无线电波坑透技术能够准确探测回采工作面内地质异常体的存在的结论。但是否为断层、陷落柱或是其它地质构造所造成的异常还不能准确判明，需要结合钻探验证排查、加强工作面地质调查及地质预报等手段，进行动态解释，通过实际探采对比，进一步提高资料解释的精度。例如X20-1陷落柱、X18陷落柱、X16陷落柱及X15陷落柱，包括FC110-9正断层及F12J04正断层在初始揭露时伴有的煤层厚度变薄、裂隙较为发育、顶板岩性大面积破碎等现象，并未能仅通过坑透探测提前准确解释。但可以通过对异常区进行进一步钻探排查验证而确定构造情况，然后再有针对性地制定工作面过地质异常区安全技术措施，以保证矿井安全、高效生产，杜绝因构造不明而施工造成的工程、材料浪费[3]。

综上，无线电波坑透技术可以在白羊岭煤矿一些构造复杂工作面进行推广应用（比如15118工作面），以确保工作面的集约、高效、安全回采。