无线电波坑道透视在老母坡矿二采区的探测应用

徐贵阳

（山西古县老母坡煤业有限公司，山西 临汾 041000）

1 无线电波坑道透视技术

矿井无线电波坑道透视技术（简称“坑透”）是探测煤矿工作面内部地质构造的一种地球物理探测技术，即利用高频电磁波在煤层传播过程中出现的反射、折射以及衰减来区分地质构造。在我国，通过“坑透”技术探测煤矿工作面内构造的情况已应用了60 余年，是探测采煤工作面内部地质结构异常形态最简单、最有效的地球物理探测方法之一。

无线电波坑道透视技术属于一种矿井地球物理探测方法，该方法通过发射机发射高频电磁波，接收机接收该波段的电磁波衰减后的信号，由于煤层及顶、底板板岩石物理性质（电阻率ρ、介电常数ε 等）的不同，从而使接收机接收到的电磁波存在差异，电阻率低的岩矿石具有较大的吸收作用。

图1 为目前煤矿探测最常用的定点发射法，在已形成的采煤工作面中进行探测，将发射机布置在工作面的一条巷道中定点、定时发射，接收机布置在工作面另外一条巷道中，定时接收一定范围内的场强值，煤矿工作面掘进过程中会揭露一些地质构造如夹矸、煤层变薄带、断层、陷落柱、褶曲等,高频电磁波通过这些地质构造的过程中会发生反射、折射以及衰减，造成电磁波能量的损耗，从而对地质构造进行推断解释。

图1 坑透最常用的定点发射示意Fig.1 Schematic diagram of fixed-point emission method most commonly used by tunnel perspective

本文选用的设备型号为YDT88 矿用无线电波透视仪，具体工作面施工频率的选择需要根据二采区3 个工作面的宽度决定。无线电波坑道透视技术首先分析干扰因素及排除措施，保证得到第一手可靠的现场数据，然后在现有资料处理软件上开发新软件，加入角度校正、标准曲线选择等功能，对地质构造的范围进行描述。

2 研究区概况

本文探测区域为山西古县老母坡煤业有限公司二采区，该采区主采煤层为山西组2 号煤层，全矿区内煤层赋存稳定均可开采，煤层平均厚度为1.2 m，煤层平均倾角4°。

基本顶为砂质泥岩，平均厚度6.9 m，岩石特征为灰、灰黑色，参差状断口，整状，含有少量植物化石；直接顶为细粒砂岩，平均厚度0.45 m，岩石特征为灰、灰黑色，以石英为主，长石次之，参差状断口，厚层状，含有少量暗色矿物；伪顶为泥岩，平均厚度0.45 m，岩石特征为灰黑、黑色，平坦状断口，质纯，细腻，含有少量植物化石；直接底为泥岩，平均厚度6.05 m，岩石特征为灰黑、黑色，平坦状断口，质纯，细腻，含有少量植物化石。老底细粒砂岩平均厚度1.7 m 岩石特征为灰、灰黑色，以石英为主，长石次之，参差状断口，厚层状，含有少量暗色矿物。顶、底板岩石的物理性质与煤层有较大的差异。

据矿井已揭露地质资料分析，井田二采区内陷落柱及断层发育。在巷道掘进及回采过程中，未知的断层及陷落柱极易造成施工巷道或工作面的破坏，形成煤岩层破碎带，造成回采生产安全事故。本文以二采区布置的2117、2119、2121 工作面为应用实例进行论述。

3 应用实例

3.1 2117 工作面坑透探测

工作面内沿2117 上顺槽布置发射点14 个，2117 下顺槽布置发射点14 个，共计28 个。“坑透”发射点距不大于50 m，接受范围150 m，接收点间距10 m。由于2117 工作面采宽变化较大，因此，在采宽较大区域选用365 KHz，采宽较小区域选用965 KHz。

图2 为“2117 工作面坑透实际测量场强曲线图”，图中“X 轴”为接收巷道的相对位置，“Y轴”为实际测量场强值H（dB）。通过巷道掘进过程中揭露地质构造，及此次“坑透”接收到的高频电磁波信号的强弱，在探测区域内共圈定7 处（1号～7 号）地质构造异常区。1、4、7 号分析为陷落柱影响；2、6 号分析为断层向工作面内延伸；3、5 号分析为隐伏地质构造和断层共同影响。

图2 2117 工作面坑透实际测量场强曲线图Fig.2 The field strength curve actually measured by tunnel perspective in No.2117 face

2117 工作面坑透物探成果和工作面揭露情况对比，如图3 所示。

图3 2117 工作面坑透物探成果和工作面揭露情况对比Fig.3 Comparison of geophysical detection results of tunnel perspective and working face exposure in No.2117 face

从图3 与曲线图结果对比分析看，2117 工作面坑透工作没有漏报工作面内部的地质异常。但其范围相对于实际地质构造均有偏大的情况，这是因为坑透圈定的异常区范围是依据地质构造对坑透影响范围所圈定的。

3.2 2119 工作面坑透探测

沿2119 上顺槽布置发射点13 个，2119 下顺槽布置发射点13 个，共计26 个。“坑透”发射点距不大于50 m，接受范围150 m，接收点间距10 m，工作频率选定为365 KHz。

图4 为“2119 工作面坑透实际测量场强曲线图”，图中“X 轴”为接收巷道的相对位置，“Y轴”为实际测量场强值H（dB）。通过巷道掘进过程中揭露地质构造，及此次“坑透”接收到的高频电磁波信号的强弱，在探测区域内共圈定5 处（1号～5 号）地质构造异常区，分析均为断层影响所致。经矿方打钻验证（图5）其结果与工作面实际揭露地质构造情况基本一致。

图4 2119 工作面坑透实际测量场强曲线图Fig.4 The field strength curve actually measured by tunnel perspective in No.2119 face

图5 2119 工作面坑透物探成果图和工作面揭露情况对比Fig.5 Comparison of geophysical detection results of tunnel perspective and working face exposure in No.2119 face

3.3 2121 工作面地质构造探测

沿2121 上顺槽布置发射点7 个，2119 下顺槽布置发射点8 个，共计15 个。“坑透”发射点距不大于50 m，接受范围150 m，接收点间距10 m，工作频率选定为365 KHz。图6 为“2121 工作面坑透实际测量场强曲线图”，图中“X 轴”为接收巷道的相对位置，“Y 轴”为实际测量场强值H（dB）。通过巷道掘进过程中揭露地质构造，及此次“坑透”接收到的高频电磁波信号的强弱，在探测区域内共圈定4 处（1 号～4 号）地质构造异常区。1 号分析为陷落柱影响；2、3、4 号断层影响。

图6 2121 工作面坑透实际测量场强曲线图Fig.6 The field strength curve actually measured by tunnel perspective in No.2121 face

依据坑透探测结果，表明除巷道揭露的地质构造外，工作面内并没有其他隐伏地质构造。矿方打钻验证后（图7）证实坑透探测结果和实际地质构造情况基本一致。探测结果并没有出现漏报、误报的地质构造，成功的完成了此次坑透探测工作。

图7 2121 工作面坑透物探成果图和工作面揭露情况对比Fig.7 Comparison of geophysical detection results of tunnel perspective and working face exposure in No.2121 face

4 无线电波坑道透视效果分析

本文利用无线电波坑道透视技术，对二采区3个工作面内部地质构造情况进行探测，主要探工作面内影响程度大于?煤厚的地质构造及短轴大于20 m 的陷落柱分布情况，共圈定出16 处地质异常区，其中8 处为已知断层影响，5 处为已知陷落柱影响，3 处为隐伏地质构造影响，探测结果和回采结果对比，地质异常范围有一定误差，但是未出现漏报地质构造的情况。

5 结 语

本文充分分析二采区无线电波坑道透视数据在断层和陷落柱上不同的反应，进一步提高数据解释水平，为老母坡其他采区定性解释坑透异常区提供充分依据。针对老母坡二采区无线电波坑道透视数据分析中断层、陷落柱等地质构造的不同反应，在保证现场数据质量的前提下，定性的提高解析精确度。成功的定性探测出相应地质构造，为安全回采提供良好的技术依据。