無線電波透視法在張集煤礦1122(1)工作面探測中的應用

蔣慶豐，吳茂林

(安徽理工大學 地球與環境學院，安徽 淮南 232001)

1 引言

礦井無線電波透視探測技術現今是國內外煤礦普遍采用的物探方法，相對于其他的地震勘探、并行電法、音頻電透視法、瞬變電磁勘探等方法，無線電波透視法具有探測準確度高、透距大、儀器輕便、操作簡單、所需工作人員較少等特點，因此被普遍采用。無線電波透視法對工作面內斷層、陷落柱、煤層變薄區、隱伏導含水構造探測效果良好[1～4]，成為綜采工作面及鉆孔間探測異常體的首選方法。

無線電波透視法又名坑透法，其原理是利用電磁波在地下巖層中傳播時，由于不同巖石或礦石的電性差異，對電磁波能量的吸收能力不同。低阻巖礦石對電磁波的吸收能力較強，高阻物質對電磁波的吸收能力較弱，當電磁波在煤層傳播過程中遇到斷層、陷落柱、煤層變薄帶或其他構造時，電磁波將會產生折射或者反射作用，造成能量的損耗，甚至接收機在接收巷道接收不到透射信號從而形成透射異常區，即為所要探測異常體的區域[5～8]。

2 工作面地質概況

1122(1)工作面為東一11-2煤層下采區首采面，11-2煤黑色，以塊狀及粉末狀為主，內生裂隙發育。煤層厚度1.45～3.86 m，平均2.68 m，層厚度較為穩定，大部分含有一層泥巖夾矸，單層夾矸厚為0～0.68 m。工作面退尺長約2082 m，面寬為240 m。

本面構造較發育，掘進期間共揭露斷層29條，其中存在落差較大的斷層，該斷層在11-2煤層內順層滑動約20 m，造成11-2煤變薄，最薄處僅0.4 m，預計對工作面回采有較大影響。

據東一11-2煤層上采區水文地質資料：各工作面在采掘過程中，均有不同程度的出水現象，多以淋、滴水方式為主，個別地段單個出水點最大出水量為9.0 m3/h，可見11-2煤層頂板砂巖裂隙水發育具有不均勻性，其富水性取決于裂隙發育程度和裂隙相互連通性。為了給工作面安全回采設計和防治水方案提供地質依據，采用無線電波透視CT成像技術來探測工作面內地質異常區的賦存情況。

3 施工布置與數據采集

本次探測在運輸巷和回風巷發射點布置發射點，在采面內采用對發對收，每10 m一個接收點，即一個物理測點，每80 m布設一個發射點，對應每個發射點，在另一巷的扇形對稱區間接收17個點，以確保面內各物理測點有兩次以上的覆蓋。現場發射及接收射線如圖1所示，共布置47個發射點，對工作面覆蓋程度較高，采集數據滿足交會及反演要求。回風巷和運輸巷均鋪設有電纜、金屬管路，工作面為封閉的金屬錨網支護。測量時對電纜采取了停電處理，干擾現象不明顯。總體上測量數據較穩定，效果較好。

圖1 現場施工布置及射線分布

4 探測結果與解釋

無線電波透視實測場強值如圖2所示，總體上該煤層實測場強值變化范圍很大。最高場強值約55～65，最小值僅10～15左右，透視性較強。從實測數值來看，背景測試值很低，與最高場強值相比，均有較大的變化范圍，說明本次采集數據信噪比較高，采集數據較可靠。在退尺100～300 m、450～650 m、1000～1300 m、1500～1700 m段內，最高場強值40以上，最小值多大于35，穿透性好，僅個別數據較小，基本代表了正常煤巖層無線電波場強的典型值。工作面內無顯著地質異常體。在其余退尺范圍內，最高場強值多小于35，最小值10～15，穿透性較差，這種現象表明：該段煤巖層對無線電波的吸收較強，推測斷層發育，存在煤層變薄區。

采用SIRT反演方法對本次探測數據進行反演，結果如圖3所示，可以更為形象直觀地反映地質異常分布情況，其中藍色區域為電磁波高吸收區域。

圖2 實測場強

圖3 SIRT反演電磁波吸收系數成像圖

根據實測場強值變化特征和巖石吸收系數CT成像圖，結合地質資料綜合分析，圈定5個透視異常區，分析認為1#異常區為斷層影響區，異常影響程度H<1/2煤厚，對回采影響較小，異常區較可靠；2#異常區為斷層與薄煤影響區，異常影響程度H<1煤厚，面內延伸120～150 m，局部煤層變薄0～2 m，對回采影響較大，異常區較可靠；3#異常區為斷層影響區，異常影響程度H<1煤厚，面內延伸最大至200 m，異常區內斷層及裂隙發育，局部煤層有所變薄，對回采影響較大，異常區較可靠；4#異常區為斷層影響區，異常影響程度H<1/2煤厚，面內延伸150 m，對回采影響較大，異常區可靠；5#異常區為隱伏異常區，小斷層或裂隙發育，局部煤層可能變薄，對回采影響較小，異常區較可靠。

5 探采對比

在1122(1)工作面回采結束之后，與探測結果進行對比，具體情況為4個斷層異常區與預計影響范圍基本一致；1個隱伏異常區在回采過程中并未發現。可以看出，坑透資料根據三維地震供的并經順槽實際揭露的斷層所圈定的異常區，解釋的準確率高；隱伏構造所圈定的異常區解釋的準確率低，有可能是受煤層頂板破碎影響，在回采時沒有實見到。

6 結論

(1)無線電波透視法在張集煤礦1122(1)工作面探測中發現5處異常，其中4處斷層異常區探測結果準確率高，說明無線電波透視法在井下斷層探測中行之有效。

(2)一處隱伏異常區在實際回采過程中并未發現，說明在井下物探工作中應使用不同的方法進行對比處理，綜合解釋，并結合已有的地質資料，提高探測的準確性。