無線電坑透勘探技術在采區煤柱工作面中的應用

吳斌強

摘? 要：探明待采工作面的地質構造及地質異常體以保證采煤的順利進行，是礦井地質工作中的重要任務。實施無線電坑透的采區煤柱工作面為煤層大傾角俯采工作面，煤層厚度變化大，煤體破碎成很細的粉末，原生層理完全被破壞，采區兩翼已回采結束工作面有多條老巷穿過采區煤柱工作面。此次無線電坑透勘探在煤體破碎、煤厚急劇變化的情況下，利用井下無線電坑透勘探技術查明了采區煤柱工作面內的老巷及工作面內煤厚變化情況，圈定工作面中老巷的位置與范圍，為工作面安全順利回采提供參考依據。

關鍵詞：煤柱工作面? 無線電坑透? 勘探? 老巷? 資料解釋

中圖分類號：TD823 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0011-02

目前綜采機械化采煤技術已在全國煤礦得到廣泛應用，由于斷層、煤層變薄帶、老巷等地質異常，給工作面回采帶來不同程度的影響，造成回采進度變緩、煤質變差，甚至造成工作面停產，嚴重影響礦井的高產、高效生產。為提高地質構造預報的準確性，多采用地面三維地震、無線電波透視、地震波透視CT法、音頻電透視法、直流電法透視等物探方法。與其他探測方法相比，無線電坑透因儀器輕便、資料采集方便迅速、所需人員較少、透視距離較大、探測效果顯著，成為綜采工作面有效的物探方法之一，為最普遍采用的工作面內地質異常物探手段。

無線電坑透勘探采用透射CT掃描交繪法，即在兩條相對巷道（如工作面進風巷、回風巷）分別放置發射機和接收機，同一點位發射機發出的高頻無線電波信號通過工作面后透射到對面巷道，由接收機在對面巷道的一段區域（扇形范圍）進行接收，交替變換發射機和接收機的位置并對兩條相對巷道實施全部探測后，就可以交繪圈出工作面內部地質異常體的位置、范圍等。

1? 工作面概況

實施無線電坑透的采區煤柱工作面位于采區三條上山上覆保護煤柱中段，工作面標高+140～+232m。以北為采區上山保護煤柱下段（未采），以南為采區上山保護煤柱上段（已采），東、西鄰采區上山煤柱上段已采工作面采空區。回采工作面進風巷斜長325m，回風巷斜長347m，工作面寬度57～115m，工作面面積約28277m2。

采區煤柱工作面構造簡單，布置在南高北低的單斜構造區域，無斷層發育，煤層賦存穩定，結構簡單。二1煤層厚度0.7～8.0m，平均厚度4.49m，煤巖層傾角8°～24°，平均17°。煤層破碎成很細的粉末，原生層理完全被破壞，煤體結構為糜棱煤，煤巖成分以亮煤為主，暗煤次之，并夾雜少量絲炭和鏡煤條帶，煤層多呈粉狀產出，屬貧煤。該工作面進風巷275m位置至切口煤層較薄;回風巷120m位置至140m煤層較薄，切巷由東向西0～35m范圍煤層由0.8m逐漸增厚至7.3m。

2? 無線電坑透勘探原理

自然狀態下，煤、巖層的電磁性（電阻率ρ和介電常數ε等）和其巖性成分、結構、構造、空隙度及含水性等多種因素有關，各種煤、巖層本身的電磁性差異明顯，該測區煤巖層的電阻率由低到高順序一般為：泥巖、頁巖、粉（細）砂巖、中（粗）砂巖、煤層、灰巖等。

無線電波在地下介質中傳播時會被吸收、反射、折射等，引起衰減。一般而言，同種煤、巖層的電阻率和介電常數等電磁性參數大體穩定，其對電磁波能量的吸收性大體均一、引起的電磁波能量衰減相對均衡。而當煤、巖層因應力作用等引起破碎、裂隙增加以及含水性增加，或者內部存在斷層、陷落柱、薄煤區等地質（構造）異常體時，會因電磁性參數的變化（如電阻率降低）和強反射異常體界面的存在，引起電磁波能量的較強吸收、反射、折射等而快速衰減，造成電磁波傳播時在不同區域的衰減出現差異性。這種差異性衰減變化特征反映了相應地質（構造）異常體的特性，可以被對電磁波傳播特性敏感、以電磁性差異為應用基礎的無線電坑透技術利用，也為類似物探技術的應用提供了良好的地球物理應用前提。

無線電坑透勘探是基于高頻無線電波在地下不同介質中傳播時的差異性衰減特征來判斷介質特性。簡單地講，電磁波在地下介質中傳播時，由于各種巖、礦體的電性（電阻率ρ和介電常數ε等）不同，其對電磁波能量的吸收性不同。低阻性巖層（如含水巖層、泥巖、裂隙發育巖層等）對電磁波有較強的吸收作用，造成電磁波能量的較強衰減;斷層、破碎帶和陷落柱等界面可造成電磁波的反射和折射，也造成電磁波能量的較強衰減。這樣，在兩條相對巷道（如回風巷和運輸巷）分別放置發射機和接收機對工作面內部進行無線電波CT掃描時，能量衰減較強區域會使接收到的無線電波信號比較微弱甚至接收不到透射信號而形成透射異常陰影區，通過分析各陰影區的范圍、強弱等特點并結合地質資料進行綜合判斷，就可推斷和解釋出工作面內部存在的斷層、陷落柱、薄煤帶等地質異常體的分布狀況。

無線電坑透勘探技術的特點是理論成熟、儀器輕便、施工快速，對工作面內部地質異常體的定位效果較好，主要用于探測工作面內部的斷裂構造帶位置、圈定陷落柱和薄煤帶等的巖性變化范圍。

3? 無線電坑透工作方法

在工作面進風巷、回風巷分別放置發射機和接收機，同一點位發射機發出的高頻無線電波信號通過工作面后透射到對面巷道，由接收機在對面巷道的一段區域（扇形范圍）進行接收，交替變換發射機和接收機的位置并對兩條相對巷道實施全部探測。

此次坑透勘探采用中煤科工集團重慶研究院有限公司研發的WKT-0.03型無線電坑透儀，工作頻率為0.5MHz，發射點距為50m，接收點距為10m，每個發射點對應11個接收點，共計完成探測區域340m（平均走向長度）×110m（平均傾向長度）（見圖1）。

4? 資料處理及解釋

無線電坑透勘探資料處理采用專用軟件，經數據傳輸、編輯整理、巷道繪制、測點布置、多重運算、曲線分析、參數校驗、CT交匯成圖等多個步驟，最終得到測網布置圖、綜合曲線圖、無線電坑透勘探CT掃描成果圖等。

無線電坑透資料解釋主要是依據測網布置圖、綜合曲線圖、無線電坑透勘探CT掃描成果圖等，并考慮原始數據、干擾情況及工作面附近水文地質等資料，綜合分析判斷出工作面附近的地質異常體分布狀況，如斷裂破碎帶的位置和走向、陷落柱的位置和范圍、薄煤帶及夾矸變厚區的位置和范圍等以及煤層厚度分布狀況。

5? 無線電坑透成果

工作面無線電坑透勘探成果圖是資料分析、解釋的直觀判斷依據和最終成果。電磁波能量衰減程度由弱到強依次為紅色、黃色、綠色和藍色等，電磁波衰減越明顯（顏色越藍）表示該處存在斷層、陷落柱、裂隙發育區、薄煤區、老巷等地質異常體的可能性越大。

由圖2無線電坑透勘探成果圖看出，勘探范圍內存在2個坑透異常區，分別標記為K1、K2。

K1屬于電磁波能量中等強度吸收區，異常范圍較小，主要系工作面廢棄老巷與煤巖層破碎、裂隙發育、含水性增加區的綜合反映。

K2屬于電磁波能量中等強度吸收區，異常范圍中等，貫穿工作面，主要系工作面廢棄老巷與煤巖層破碎、裂隙發育、含水性增加區的綜合反映。

其他區域的煤層賦存相對穩定。

6? 結語

通過此次實際工作經驗得出，無線電坑透勘探在煤體破碎、煤厚急劇變化的情況下，對采區煤柱工作面內的老巷及煤厚變化情況探測效果良好，工作面回采時應對無線電坑透勘探出的異常區域加以注意，回采過程中加強觀測，制定針對性的應對措施，盡可能減小地質異常體對工作面回采的影響。

參考文獻

[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，2010，31（S1）：435-440.

[2] 孫吉益.無線電波坑道透視技術地質解析的局限性[J].河北煤炭，2008（3）：3-4.