无线电坑透勘探技术在矿井废弃空巷探测中的应用分析

邓起林

（汾西矿业两渡煤业，山西 灵石 031302）

随着矿井生产规模以及开采深度等不断增加，煤炭开采过程中面临的安全问题更为突出[1-2]。现阶段部分矿井井田开采范围浅部开采煤层受小煤窑开采破坏严重，同时受到早期生产不规范、乱采乱挖以及生产资料缺失等等因素影响，在开采区内遗留有采空区、空巷等[3-4]。老旧空巷内由于分布形态复杂、长期密闭等，容易形成有害气体集聚区、富水区等，若在采掘活动中贸然揭露废弃空巷容易出现坍塌、中毒或者突水等问题，给煤炭开采安全带来制约。在煤炭开采时采用先进探测技术对采掘范围内废弃空巷进行探测，并确定空巷位置，对提高矿井生产安全性具有重要意义。为此，文中提出采用无线电坑透技术对采掘范围内空巷分布情况进行探测，并依据探测结果分析空巷顶板、巷帮稳定性，避免后期生产过程中由于误揭空巷导致安全事故发生。

1 工程概况

山西某煤矿为资源整合矿井，现阶段生产集中在浅部的3号煤层，3号煤层赋存稳定，地质构造不发育，煤层厚度均值3.9 m，顶底板以炭质泥岩、粉砂岩以及石灰岩为主。30205综采工作面设计推进长度2 635 m、采面斜长为198 m。受到小煤窑开采破坏影响，在30205综采工作面开采范围内存在有多条空巷，由于技术资料缺失导致无法精准确定空巷位置、分布情况以及空巷内坍塌情况。为确保采面生产安全，提出采用无线电坑透方式对采面内空巷进行探测。

2 无线电坑透技术概述

2.1 技术原理

无线电坑透是利用无线电波在岩层（介质）中衰减特性对岩层岩性情况进行判定。电磁波在地下介质传播时，不同矿体、岩体电性特征（介电常数ε、电阻率ρ）存在明显差异，对电磁波吸收作用有明显差异。当岩体内部存在有断层、陷落柱或者破碎带等时，界面会导致电磁波出现折射或者反射，从而导致电磁波能量衰减较强。无线电坑透具备有施工快速、理论成熟以及探测仪器轻便等优点，可较好定位探测范围内地质异常体。具体无线电坑透探测技术原理如图1所示。

图1 无线电坑透探测示意图

矿井采掘范围内老旧空巷具有分布范围广、分布形态复杂、废弃空巷内容易出现积水或者有害气体富集等问题，采用无线电坑透时电磁波在空巷附近会出现较为明显的衰减。在探测区两条巷道内分布布置无线电坑透发射机及接收机，对探测范围进行无线电探测，能量衰减区会导致接收机接收不到无线电信号或者接收到的信号强度较弱，从而形成透射异常阴影区。对探测范围内存在的异常阴影区强弱、范围等进行分析并结合现场地质资料，即确定探测范围内空巷位置、形态等，以便为后续生产提供详实资料。

2.2 技术优势

无线电坑透具备有探测效果可靠、对地质异常体敏感等优点，可克服井下复杂、信息干扰等环境影响，准确对探测范围内空巷分布位置、坍塌等情况进行探测。同时在探测时通过应用高密度射线叠加技术，可为后续探测成果解释提供原始数据及资料，提高探测精准度。

3 无线电坑透应用分析

3.1 探测方案

在30205综采工作面采用无线电坑透技术方法确定开采范围内空巷，为提高探测效果并实现探测范围全覆盖，现场采用透射CT扫描交绘法，即在采面进风巷、回风巷内分别布置无线电发射机及接收机，在巷道内发射的无线电信号通过采面后被另一条巷道内的接收机接收；交替变换巷道内发射点及接收点位置，即可绘制得到探测范围内部异常体位置、范围，具体探测示意图如图2所示。

图2 无线电探测测点布置示意图

无线电坑透时用高密度无线射线叠加技术，具体测点布置方式为:发射点、接收点布置间距分别为30 m、10 m，每个发射点对应17个接收点；在探测范围收尾两侧适当增加探测点布置密度，以便探测线可覆盖整个探测区，避免出现空白区，并为后续探测成果解释提供充足、高精度探测资料。

3.2 探测成果分析

具体30205综采工作面无线电坑透探测成果如图3所示。当探测范围内存在有陷落柱、断层、薄煤层区、裂隙发育区或者空巷等地质异常区时，由于会出现明显的反射、折射情况，从而会出现较强的电磁波衰减区。

图3 无线电坑透探测成果图

从图3可看出，在探测范围内存在有2处电磁波衰减异常区，编号分别为K1、K2。K1异常区电磁波衰减程度中等，异常区范围较小，综合判定该异常区范围主要可能为采面内废弃空巷、裂隙发育区或者煤岩破碎区等综合反映，结合采面回采巷道掘进以及其他地质资料，判定K1异常区范围内存在有空巷且空巷周边裂隙发育、围岩破碎、未完全垮塌；K2异常区电磁波衰减程度中等，异常区范围中等，综合判定该异常区范围主要可能为采面内废弃空巷、裂隙发育区或者煤岩破碎区等综合反映，结合采面回采巷道掘进以及其他地质资料，判定K2异常区范围内存在有空巷且空巷未完全垮塌。采面内其他范围煤层赋存较为稳定，未圈定有异常区。

3.3 验证情况分析

30205综采工作面设计回采揭露资料显示，当采面推进至240~260 m位置时，在K1异常区位置揭露有废弃空巷，该空巷顶板存在局部垮塌情况；采面推进至590~630 m位置时，在K1异常区位置揭露有废弃空巷。采面现场揭露与无线电坑透圈定的空巷位置一致，表明无线电坑透探测精度较高、结果较为可靠。

4结语

无线电坑透具备探测效率高、施工便捷等优点，可实现圈定内地质异常区范围，从而为后续煤炭开采提供指导。将无线电坑透技术应用到探测区空巷探测中，依据30205综采工作面现场情况，对无线电坑透布置技术方案、探测成果等进行分析。现场应用后，无线电坑透可确定空巷分布位置以及空巷坍塌情况，从而避免采面误揭空巷问题，提高煤炭开采安全保障能力。