无线电波透视仪探测工作面内地质异常体的应用

李 燕，谢 举，田中宾

（山东省兖州市大统矿业有限公司，山东 济宁272100）

0 引言

煤层工作面内的断层、陷落柱、煤层变薄区等地质异常体，不但直接影响工作面快速推进回采，还关系到矿井的安全生产，因此各矿山企业一直致力于提高地质探测的精度。近年来，无线电波透视技术在国内先进矿山企业得到了成功应用，这种无线电波透视技术（也称坑透技术）具有明显的透视距离大和资料处理与解析快以及异常分辨率高的特点，同时兼备设备轻便、工作效率高的优点，为我们提供了一条新的探测途径。[1]实践证明，无线电波透视技术通过设计合理的布置形式可以有效地预测工作面内的地质异常体[2]。

1 概况

C9301工作面为杨庄煤矿九采区首个充填开采工作面，工作面顺槽长804.7m，切眼长84.7m。该工作面部分位于已回采一分层的9305、9302、9301、9300及9303工作面采动区域。C9301工作面开采煤层为二叠系山西组3层煤，3层煤为灰黑色，以暗煤为主，夹亮煤条带，块状，贝壳状断口，树脂光泽，内生节理发育，常夹黄铁矿及方解石薄膜，煤质较硬。煤层结构简单无分叉、无尖灭现象，局部发育有夹矸，煤层倾角3～8°，平均6°。煤层普氏硬度系数f=1.8。工作面实体煤，煤厚约8.5m；已采一分层部分，剩余煤厚约4.9m～6.3m；局部受断层、漏顶影响煤厚可能变薄。根据附近已采面采掘揭露情况分析，工作面煤岩层总体为一向斜构造，掘进期间仅揭露一条落差2m的断层，除此之外，未揭露其它构造。拟采用无线电波透视仪探测，查明工作面已揭露构造及隐伏构造在工作面内的发育情况。

2 矿井无线电波透视探测

井下无线电波透视法是指在矿井下，以固定频率发射器发射的无线电波探测地质体，电磁波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其它构造时，波能量被吸收或完全被屏蔽，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，通过研究各种无线电波透视异常，从而进行地质异常体的推断和解释[3]。

2.1 探测布置

C9301工作面最大宽度85m、煤厚平均厚度约6m，根据探测任务要求，本次探测使用型号为YDT88的矿用无线电波透视仪；无线电波透视仪穿透距离选用相对较小的365kHz；探测方法采用定点法，发射点距选用50m，接收点距选用10m。C9301工作面实际探测情况为2018年11月29日完成C9301工作面标点工作，11月30日进行频率试验及数据采集。现场进行探测工作时，每个发射点发射时间为3min，接收时间为3min；搬站时间为2min，每个发射点工作循环为2min。其中在运输顺槽布置发射点15个，接收数据165道；轨道顺槽发射点15个，接收数据165道，观测系统布置示意图见图1。

图1 C9301工作面无线电波透视观测系统布置示意图

2.2 探测保障措施

为保障无线电波透视施测质量，杨庄煤矿采取以下措施：

1）探测时间选择为工作面掘进贯通后，已移除掘进设备，未安装回采设备，此时准备和辅助工作少，设备干扰少，探测环境好，可以取得较好的效果。

2）探测过程中关停工作面所有动力电，并进行现场参数调试试验，兼顾信号强度和探测精度，选择合适频率。

3）在探测前，同步发射机、接收机时间，以确保接收数据有效。

4）在探测时，采取移除和远离干扰设备（电缆、金属导体等）的措施，以减少人工导体对信号的干扰。

5）现场详细记录每个测点的影响因素、相对位置等信息，确保后期信号反演的准确性。

6）探测过程中严格按照设计方案和操作规程进行，以达到探测效果。

2.3 探测质量评价

综合来看，现场干扰对本次数据质量的影响很小，探测仪工作稳定，数据接收比较稳定且完整，探测数据有效。

3 数据处理与结果分析

数据导出后，利用无线电波透视CT软件反演采集的数据，反演结果用实测场强曲线图和实测场强分布图进行表示。

3.1 实测场强曲线图

C9301工作面实测场强曲线图见图2，图中以不同色标表示数值大小，如暖（黄）色调表示高场强值，冷（蓝）色调表示相对低场强值，[4]由此可见：

图2 C9301工作面无线电波透视实测场强曲线图

1）在轨道顺槽接收的2～12号点区段为场强相对低值区，说明这些区域无线电波透视能力弱，工作面内煤岩层对无线电波的吸收系数值较强，表明面内煤层结构发生变化。

2）在运输顺槽接收的0～14号点区段为场强相对低值区，说明这些区域无线电波透视能力弱，工作面内煤岩层对无线电波的吸收系数值较强，表明面内煤层结构发生变化。

3.2 实测场强分布图

C9301工作面实测场强分布图见图3，其中冷色调越深表明其场强值越低，即该段无线电波穿透能力低，为潜在的构造异常区。通过对比，实测场强分布图各段反映结果与实测场强曲线图结果基本一致。

图3 C9301工作面无线电波透视实测场强分布图

3.3 探测结果

根据实测场强曲线图和实测场强分布图综合分析，C9301工作面探测出1个异常区，异常区探测结果见表1。

表1 C9301工作面异常区特征分析表

通过探测结果及已查明地质资料进行综合分析，本次C9301工作面探测出的1个异常区为巷道揭露断层在工作面内的延展；C9301工作面存在陷落柱及其它地质异常体的可能性较小。

4 结论

C9301工作面作为杨庄煤矿首个高水充填开采工作面，各项安全措施要严格考虑到位。通过无线电波透视探测获得该工作面的地质情况，其中异常区域会对工作面回采带来一定的影响，由于无线电波透视结果中异常选取为相对低场强值区，在回采至异常边缘时加强地质观测，采取有效的安全措施。并及时对异常揭露情况进行编录，同时做好顶板管理及瓦斯监测等工作，确保工作面安全高效回采。