無線電波坑透法初始場強確定規律分析

王少飛

（西山煤電（集團）公司 地質處，山西 太原 030053）

西山煤電集團公司西山礦區共有9個礦井，主要開采山西組02號、2號煤層和太原組8號、9號煤層。西山礦區地質構造主要為高角度正斷層，而且巖溶陷落柱極為發育。因此，從20世紀70年代開始，無線電波坑透法就作為一種常規手段用于探測工作面內部的斷層、陷落柱及其它隱伏地質構造。

1 無線電波坑透法基本原理

電磁波在地下巖（煤）巖層中傳播時，各種巖（礦）石電性（介電常數，電阻率等）有所不同，造成它們對電磁波能量吸收和反射存在一定差異，電阻率低的巖（礦石）的吸收和反射能力較強。當存在斷層、陷落柱、褶皺、斷裂發育帶等構造的界面，電磁波將產生反射、折射、散射等現象，就會造成電磁波的能量衰減和損耗。依據工作面中各種地質構造界面對電磁波所造成的影響，分析信號的數值衰減值，從而推斷其地質構造。

2 無線電波坑透勘探方法

坑透法一般在兩巷道間進行，在井下預先布置發射點和接收點的位置，如果在皮帶巷布置發射點，向煤層中發射某一頻率的電磁波，則在軌道巷安置接收機觀測電磁場場強信號。皮帶巷整條巷道發射完畢，依上述方法軌道巷再逐點發射一次，坑透工作面采集數據完成。采用定點法工作，發射點距為50m，接收點距為10m.

3 無線電波坑透資料處理

無線電波透視資料的解釋方法有綜合曲線法和成析層像法，在各礦區主要采用綜合曲線和層析成像技術相結合的方法進行處理解釋。

3.1 綜合曲線法

將各接收點的實測場強H值與相應的理論場強Hp值進行比較，取得衰減系數η，即lgη=lgH-lgHp，以接收點點位為橫坐標，以H、Hp和η的算術值為縱坐標按比例繪制成圖，就得到關于H、Hp、η值的3條曲線，稱為綜合曲線圖。在均勻介質中，lgη=0，但出現負值時，說明工作面內有地質異常體，據衰減系數η值的變化，并參考實測強場H和理論場強Hp曲線，對異常體進行分析解釋。

3.2 CT成像法

利用均勻介質中的傳播公式，假設發射點（天線軸）中點O為原點，在近似均勻、各項同性煤層中，任意點到O點的距離為r，任意點的理論電磁波場強度Hp可表示為下式：

式中：

H0—決定于發射功率和天線周圍煤層的初始場強，dB；

β—煤層對電磁波的吸收系數；

r—觀測點到O點的直線距離，m；

sinθ—方向性因子，可視為常數，取1.

把坑透工作面劃分成有不同吸收系數的若干小單元（像元），每一小單元內可視為介質均勻的。多個發射點上對場強分別進行多重觀測，可以得出工作面內每個單元的場強值。

在輻射條件不隨時間變化時，初始場強H0是一常數，一般根據經驗確定。通過對西山礦區近幾年無線電波坑透數據的統計分析，總結得出了初始場強H0在本礦區的取值規律，其取值范圍與工作面的采寬和實測場強有關，見表1.

表1 初始場強H0的取值范圍表

H0的大小直接影響衰減系數η以及每個單元的場強值，如果H0選取偏小，單元的理論場強值偏小，衰減系數lgη比實際更接近于0，從而真實異常區范圍縮小甚至消失；反之H0選取偏大，單元的理論場強值偏大，衰減系數lgη比實際更遠離于0，造成假異常。

4 無線電波坑透法井下探測工作

4.1 回采工作面地質概況

西山煤電集團公司西銘礦48709工作面位于北七采區，所采煤層為8號煤，節理發育，煤層結構1.97（0.29）0.85，為穩定的中厚煤層。煤層傾角2°～18°，平均5°，標高+1007～+1025m.工作面傾斜長216m.該工作面整體構造比較發育，有3條正斷層，走向為北東向及北東東向，落差0.3～2.0m.膠輪車巷80～85號點有一長軸65m的陷落柱。工作面煤層走向變化較大，0～700m煤層走向與工作面走向夾角約70°，700～1500m煤層走向與工作面走向一致。

西銘礦42211工作面位于西十二采區，所采煤層為2號煤，平均煤厚1.9m，為穩定的中厚煤層。煤層傾角2°～7°，平均3°，標高+990～+1068m，工作面傾斜長205m.該工作面整體構造較發育，有2條走向為北西向的正斷層，落差0.5m，膠輪車巷100號點有一長軸33m的陷落柱。工作面煤層走向變化較大，0～700m煤層走向與工作面走向一致，700～800m煤層走向與工作面走向夾角約70°，800～1500m煤層走向與工作面走向夾角約90°.

4.2 儀器參數選定

現階段西山礦區使用的坑透儀為WKT-E型儀器，其主要特點是工作穩定、抗干擾、透距大、智能化、操作方便，是目前礦井物探方法中比較成熟的一種物探儀器。儀器工作頻率0.5MHz.

4.3 數據分析

48709工作面走向長1500m，發射點31個，接收點368個。48709工作面0～70號發射點實測場強值范圍37～45dB，75～150號發射點實測場強值整體范圍21～32dB，其中80號發射點實測場強值為

14～23dB.

42211工作面走向長1500m，發射點31個，接收點368個。西銘礦42211工作面0～80發射點，實測場強值范圍22～30dB，75～150號發射點，實測場強值范圍36～50dB，其中100號發射點實測場強值為22～30dB.

根據工作面煤層走向可以發現煤層走向與場強的關系，即工作面煤層走向與探測方向一致時，實測場強較大；反之，工作面煤層走向與探測方向夾角近似垂直時，實測場強較小。還可以發現同一工作面的實測場強值分成了差異很大的兩個范圍，因此，初始場強H0就必須依照實測場強范圍進行分段選值。西銘礦48709工作面0～70號測點選取H0=155dB，71～180號測點選取H0=148dB；西銘礦42211工作面0～80號測點選取H0=155dB，81～150號測點選取H0=133dB.

通過分段處理，選取不同的初始場強值，反映出48709工作面80號發射和42211工作面100號發射點實測場強偏低是由陷落柱影響造成的。這樣就區分了因陷落柱和煤層走向造成實測場強偏低的區域，即沒有將陷落柱遺漏，也不會造成大范圍假的異常區。

5 結 論

通過對無線電波坑透法磁場強度的理論分析及西銘礦48709工作面和42211工作面數據分析，理論場強H0值選取的合理與否直接影響衰減系數η，從而決定了最終異常區確定的準確性，所以，即使在同一工作面，理論場強H0值也要根據工作面的特征，煤巖層的性質以及實測場強值的范圍的不同而做不同的選定。

［1］ 吳榮新，劉盛東，肖玉林，等.工作面無線電波透視實測場強成像分析及應用［J］.巖土力學與工程學報，2010，31（增刊1），435-438.