高煤公司3上1112 工作面正逆断层射电辐射探测研究

崔 岩 李凤申 马 坡

（高庄煤业有限公司，山东 济宁 272195）

1 工程概况

高庄煤矿井田面积32 km2，地质储量2.8 亿t，可采储量1.3 亿t，主采山西组3上煤层、3下煤层。3上1112 工作面巷道全长约1200～1300 m，前半部分处于F14、FD4 两个断层的“包夹”之中，且内部存在不少中小断层，从前到后分别有F14-3、FD4、FD3（正、逆）、FD16、f91 等较大的断层“伸入”煤层之内，地质情况复杂。

本文对高庄煤矿3上1112 工作面FD4、FD3 正逆断层进行射电辐射探测[1-2]，进一步确定煤岩层内部FD4、FD3 正逆断层等宽度≦10～20 m 小断层的存在、宽度及其走向，对于高产高效安全开采意义重大。

2矿用射电水探测仪及工作原理

本次试验采用江苏康迪射电科技公司生产的YST13.2 矿用射电水探测仪，设备由双通道射电辐射计（调制+全功率）以及两组双天线（平板天线组+棒状天线组）构成。

工作原理：设备中的射电辐射计和天线通过接收来自矿、岩和水因其不同的发射率σ、暂态温度t、导电率ρ、介电常数ε而产生的不同的射电辐射，测出矿、岩和水不同的辐射强度，再通过对射电辐射计的定标，可以5°和几米的误差探测出煤岩层中的含水区位置及其水量多少用以判定煤岩层中不同部位地下水丰度等；也可以借助其高定向天线探测断层两边不同的辐射强度来确定断层的形态、正逆和地质构成。

3 实践应用分析

3.1 断层简况

FD4 断层：H=0～16 m，α＜40°～67°；上巷道露头H=10 m，β＜50°～65°，实测约+51°；下巷道露头H=12 m，γ＜50°，实测约+36°；由高差-639.5 m-（-589.9） m=-49.6 m 及实测断层长度约325.7 m，求出δ=-8.8°。

FD3 正断层：H=0～18 m，α＜35°～70°；实测约α=+47°，由高差-606 m-（-592.3）m=-13.7 m 及实测断层长度约129 m，求出倾角β1=-6.1°。

FD3 逆断层：H=0～6 m，α＜58°；实测约α=+70°；由高差-597 m-（-593.9） m=-3.1 m 及实测断层长度约133 m，求出倾角β2=-1.3°。

3.2 断层射电辐射探测流程

3.2.1 FD4 断层

仪器架设地点为A、B、C、D、E 共5 点，5点均在巷道中心线位置点，平板天线三角支架垂直于地面。

定位基点A 在11 号点前24 m，巷道中心位置；平板天线俯仰方位角固定在-7.5°；旋转平板天线，水平方位角+45°→+65°，每隔5°测量-M-P；共10 个数据。

定位基点B 在11 号点后36 m，巷道中心位置； 由高差-639.5 m-（-592.7） m=-46.8 m 及图上实测B 到FD4 断层上露头长度约289 m 可求出β=-9.3°；平板天线俯仰方位角分别固定在-5°、-7.5°、-10°三个角度上，旋转平板天线使其水平方位角-40°→+40°，每隔20°测量M-P；共30个数据。

3.2.2 FD3 正断层

定位基点C 距9 号点前5 m，巷道中心位置；C 点对应FD3 正断层上巷道露头长径方向；平板天线俯仰方位角固定在-5°，旋转平板天线，水平方位角+45°、+50°、+60°、+70°，各自测量M-P；共8 个数据。

3.2.3 FD3 逆断层

定位基点D 距9 号点前25 m，巷道中心位置；D 点对应FD3 逆断层上巷道未露头长径方向；平板天线俯仰方位角固定在-2.5°，旋转平板天线，水平方位角+50°→+70°，每隔10°测量-M-P；共6 个数据。

3.2.4 FD3 正断层及FD3 逆断层

定位基点E 距9 号点后30 m，巷道中心位置。平板天线俯仰方位角固定在-5°，旋转平板天线，水平方位角-70°→+70°，每隔10°测量M-P；共30 个数据。平板天线水平方位角固定在0°，旋转平板天线，俯仰方位角0°→-40°，每隔10°测量M-P；共10 个数据。

3.3 数据分析结果

3.3.1 径向射电辐射探测分析

（1） FD4 断层上巷露头径向射电辐射探测分析

从AutoCAD图示FD4断层上巷道露头H=10 m，β＜50°～65°，图上实测β≈+51°；由高差及图上实测断层长度求出上下巷露头倾角δ=-8.8°；FD4 断层上巷道露头径向射电辐射探测结果是倾角δ=-7.5°时，其径向射电辐射强度最小值出现在水平+50°，Pm=0.067，Pp=0.011，与AutoCAD 图上实测β≈+51°两者高度吻合，仅相差1°。

FD4 断层上巷露头径向射电辐射强度最大值出现在水平+45°（δ=-7.5°）、Pm=0.541，FD4 断层上巷露头横向射电辐射强度最大值出现在水平0°（δ=-7.5°）、Pm=0.367；两者在AutoCAD 图上交点处应为煤层，但图上示为FD4 断层，表明FD4断层上巷露头处的内部走向并非AutoCAD 图示的直线。

（2）FD3 正断层上巷露头及FD3 逆断层上巷非露头径向射电辐射探测分析

AutoCAD 图示FD3 正断层上巷露头H=0～18 m，α＜35°～70°，图上实测α≈+47°，由高差及图上实测断层长度可求出倾角β1=-6.1°。

FD3 正断层上巷露头径向射电辐射探测结果是倾角δ=-5°时，其径向射电辐射强度最小值出现在水平α=+50°，Pp=0.397，与AutoCAD 图上实测α≈+47°两者相当吻合，误差为3°。

AutoCAD 图示FD3 逆断层上巷非露头H=0～6 m，α＜58°，图上实测约α=+70°；由高差及图上实测断层长度可求出倾角β2=-1.3°。

FD3 逆断层上巷非露头径向射电辐射探测结果是倾角δ=-2.5°时，其径向射电辐射强度最小值出现在水平α=+70°，Pp=0.308，与AutoCAD 图上实测α=+70°两者完全吻合，无误差。

FD3 正断层和逆断层的径向射电辐射强度的平均值，全功率和调制测量有非常大的差异。

全功率平均值为P正=0.467，P逆=0.437，两者仅差9%；调制平均值为P正=0.185，P逆=0.041，两者相差4.5 倍。

这表明逆断层的地质构造在断层处将岩层高度挤压粉碎，而上下煤层垂直高度上有混迭，调制用平板天线其天线方向性类似针型，故其径向测到的逆断层区域是岩层，其发射率较低，故调制辐射值偏低；而正断层特别是较小型断层，煤层和岩层的节理泾渭分明，全功率用铁氧体其天线方向性类似球型，故其径向测到的正或逆断层区域是包含了煤层和岩层，其综合发射率相近，故全功率辐射值两者相近。

3.3.2 横向射电辐射探测分析

（1）FD4 断层上巷横向射电辐射探测分析

从数据图1 可知，1a-7.5°仰角、+45°方位角、PM=0.541max 与2b-7.5°仰角、0°方位角、PM=0.367max 交点A 应为煤，图示在FD4 断层外边缘，极准。

图1 FD4 断层射电辐射探测测试数据曲线

1a-7.5°仰角、+50°方位角、PM=0.067min 与2b-7.5°仰角、-20°方位角、PM=0.046min 交点B应为断层中的岩层，图示在FD4 断层正中间，可见吻合得非常好。

1a-7.5°仰角、+60°方位角、PP=0.492max 与2b-7.5°仰角、P-40°方位角、PP=0.492max 交点C应为煤，图示在FD4 断层外边缘，极准。

（2） FD3 正逆断层上巷横向射电辐射探测分析

从数据图2 可知，6c-5°仰角、+50°方位角、PP=0.397min 与7e-5 ° 仰角、0 ° 方位角、PM=0.429min 交点D 应为断层中的岩层，但在Auto CAD 图上并不在FD3 正断层的正中间，这表示要么是6c 定位点定得不准，要么是FD3 正断层上巷内部走向并不是图上实测α ≈+47°而是55°。

图2 FD3 正逆断层射电辐射探测测试数据曲线

5d-2.5°仰角、+70°方位角、PP=0.306min 与Auto CAD 图上表示的FD3 逆断层上巷内部走向高度一致。

7e-5°仰角、-70°～ +70°方位角每隔10°测一个读数的全功率曲线，表现为4 个峰值1.273 max（-70°）、1.159（-20°）、1.151（+30°）、1.196（+60°）和3 个谷值0.429 min（0°）、0.606（-50°）、0.856（+50°）。而且4 个峰值的数值相差不大（≤10%），预示着在7e 的右方可能除FD3 正断层上巷、FD3 逆断层上巷之外还有第三个断层存在的可能性，当然也可能是FD3 断层附近的探巷造成的影响。

4 结论

高庄煤矿3上1112 工作面FD4、FD3 正逆断层经射电辐射的探测实践证明了可以通过测出断层及断层两侧不同的射电辐射（强度和方位），来确定断层的存在、宽度、走向及地质特征。当前尽管只能通过对已知宽度、角度的断层的巷道露头进行定向射电辐射探测，但仍然具有较好的实践应用价值。