坑透法在工作面陷落柱探測中的應用

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坑透法在工作面陷落柱探測中的應用

景瑞旭

(華晉焦煤有限責任公司， 山西呂梁033000)

摘要山西離柳礦區4`#煤為優質主焦煤，但是該區域陷落柱較多，大小不一，嚴重影響了煤礦的安全高效開采。目前，坑透法是探測陷落柱較為準確，也比較經濟的方法。本文介紹了坑透法的工作原理、資料解釋等，以離柳礦區某礦05工作面為例，用綜合曲線法和層析成像法兩種方法解釋工作面內的地質構造，綜合判斷為陷落柱。同時，闡述了坑頭異常區的鉆探驗證工作，可為地質工作在陷落柱探測、分析、解釋、驗證中提供借鑒經驗。

關鍵詞坑透法；工作面；陷落柱

收稿日期：2014-11-23

作者簡介：景瑞旭(1983—)，女，河南登封人，2008年畢業于河南理工大學，助理工程師，主要從事地測防治水工作

中圖分類號：TD166

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)01-0037-02

AbstractNo.4 coal of Shanxi Liliu mining area is high-quality coking coal, but it seriously influences coal mine safe and efficient mining because of much and non-uniform collapse column in the region. At present, penetration method is a more accurate and economical method in collapse column detection. The paper introduces the working principle, data interpretation and so on of penetration method. Takes mine 05 working face as an example, explains the geological structure of working face by composite curve method and seismic tomography method, and synthetic judgment the geological structure is collapse column. At the same time, expounds the drilling verification work of anomaly area in pit head, it can provide reference and experience for the geological work in collapse column detection, analysis, interpretation and validation.

1礦區概況

離柳礦區位于河東煤田中段，在離石、柳林、中陽等縣境內，總面積1 640 km2.區內主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，共含煤13層，編號自上而下為1#～13#，總厚度為17.75 m，主要可采煤層5#.煤類以焦煤為主，肥煤、瘦煤次之，煤的變質程度自上而下逐步加深。4#、5#煤層屬特低硫、低硫、中灰煤，8#、9#、10#為低硫、中灰煤。該礦區煤種屬于國家明確規定的“兩區一種”保護性開發資源。

據統計，在離柳礦區井下開采過程中揭露有358處陷落柱，發育面積207～722 m2不等。陷落柱內充填物復雜，以砂巖居多，夾雜少許泥巖，含黃鐵礦及方解石晶體，填充較致密。

2坑透法基本原理

電磁波在煤層中傳播時，由于煤層、陷落柱電性(介電常數和電阻率)不同，電磁波能量吸收情況不同。陷落柱對電磁波具有較強的反射和吸收作用，當波前進方向遇到陷落柱邊界面時，電磁波將在界面上產生反射和折射作用，造成能量的損耗，致使接收巷道中的電磁波信號十分微弱，甚至接收不到透射信號，形成所謂的透射異常，又稱陰影異常，見圖1.研究采陷落柱對電磁波的影響所造成的各種坑透異常，從而進行地質推斷和解釋，這就是坑透法的基本原理。

a) 礦井巷道工作布置圖

b) 衰減曲線剖面圖

3坑透法的資料解釋方法

坑透的解釋方法有綜合曲線法和成析層像法兩種。

3.1綜合曲線法

將各接收點實測場強E值與相應的理論計算場強E0進行對比，取得的數據稱為屏蔽系數P，即:

P=E/E0

(1)

取接收點點位為橫坐標，取E、E0和P為縱坐標，將同一發射點對應接收點的實測場強E、理論場強E0或衰減系數P按比例繪制成圖，就得到一條曲線，稱為綜合曲線，見圖2.根據圖2中的曲線特征，可確定出異常體的邊界點。綜合曲線圖是坑透法解釋推斷的重要圖件。

圖2　 綜合曲線圖

3.2層析成像法

一個工作面被網格化后的示意圖見圖3.把網格化后的每個均勻的小塊成為一個像素，在此區域內有一條射線yi穿過了衰減系數分別為x1，x2…xn的諸像素，并在這些像素上的截距分別為di1，di2…din.不同射線在同一網格產生的截距疊加，構成了各像素絕對衰減系數，各像素的絕對衰減系數體現了介質的物性。把每個像素的值用圖(色塊圖、灰度圖、等值線圖或立體圖)表示出來，就是層析圖像。此圖像直觀表示了工作面內異常分布情況，對它可作出相應的地球物理解釋。

圖3　 層析成像像素剖分示意圖

4案例分析

離柳礦區某礦105工作面為矩形工作面，皮帶巷長約900 m，切眼長180 m，軌道巷長900 m.此次坑透法采用“一發雙收”探測方法，即在一條巷道中布置發射點，發射點距為50 m，在另一條巷道中設置接收信號段，接收段位于發射點兩側各50 m，即布置11個接收點。這種方法也叫定點觀測法，通過這種方法對工作面內煤層形成透視。每個發射點得到一條回歸曲線，見圖4，最終得到工作面層析成像圖，見圖5，兩圖結合可很好地解釋該區域存在地質構造，依據回歸曲線的“U”字型特征，可以判斷該地質構造為陷落柱。

圖4　05工作面坑透異常區(陷落柱)的回歸曲線圖

圖5　05工作面坑透層析成像圖

5坑透異常區的驗證

坑透異常區一般采用鉆探驗證。鉆探驗證需要專門的鉆探設計，坑透井下施工一般采用卷尺測量距離來布置測點，這一過程往往會出現累計誤差。因此，鉆探驗證孔需要以異常區為中心，前后擴大5～10 m.進行鉆探驗證時需要地質人員現場跟班，保證驗證工作的可靠性?；夭蛇^程中必須跟蹤觀測，與探測解釋成果對比，不斷提高解釋精度，同時為下組煤開采提供地質依據。

參考文獻

[1]湯友誼，陳江峰，彭立世．無線電波坑道透視構造煤的研究[J]．煤炭學報，2002，27(3)：254-258．

[2]張紅果，李占文，鄒海濱．無線電波透視法在煤礦中的應用[J]．煤炭科學技術，2002，30(7)：28-30．

[3]董守華，王琦．層析成像在巷道無線電波透視法中的應用[J]．中國礦業大學學報，2003，32(5)：579-582．

Application of Penetration Method in Working Face

Collapse Column Detection

JING Ruixu

Key wordsPenetration method; Working face; Collapse column

·技術經驗·

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