無線電波透視CT 探測(cè)技術(shù)在薛虎溝礦2-105 工作面的應(yīng)用

李文浩

（霍州煤電集團(tuán)河津杜家溝煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 霍州 031400）

霍州煤電集團(tuán)薛虎溝礦（全文簡(jiǎn)稱薛虎溝礦）位于河津市下化鄉(xiāng)木家?guī)X村東北，立柱嶺村西北部，東距河津市10 km，井田位于呂梁山脈南緣，臨汾盆地的西南山地，汾河、黃河交匯的三角地帶，井田總體地勢(shì)為東部高，西部低，相對(duì)高差345.0 m，屬低山區(qū)。井田范圍呈不規(guī)則多邊形，井田東西寬4.5 km，南北長(zhǎng)4.6 km，面積9.8 km2。批采2號(hào)、10號(hào)煤層，生產(chǎn)規(guī)模為60 萬t/a。開采深度：由840m至600 m標(biāo)高。受區(qū)域構(gòu)造的影響，井田總體為一褶曲構(gòu)造，區(qū)內(nèi)發(fā)育有S1 向斜、S2 背斜，地層傾角平緩，一般2°～10°。2號(hào)煤層屬厚煤層，其可采性指數(shù)為1、厚度變異系數(shù)為12.33%，屬賦煤區(qū)穩(wěn)定可采煤層。采用綜采一次性采全高的采煤方法, 頂板管理采用全部垮落法。

薛虎溝礦為探明2-105 工作面所開采的2號(hào)煤層發(fā)育及隱伏構(gòu)造發(fā)育情況，標(biāo)定可能存在安全隱患的地質(zhì)因素，避免發(fā)生無計(jì)劃揭露煤層變薄及隱伏構(gòu)造導(dǎo)水引發(fā)透水事故，以2-105 回采工作面為工程基礎(chǔ)，利用無線電波透視法對(duì)工作面內(nèi)的構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，保證2-105 工作面的回采安全。

1 2-105 工作面概況

目前，2-105 工作面主要開采2號(hào)煤層，工作面長(zhǎng)度為150 m，采高3.05 m。該煤層在井田內(nèi)分布有大片剝蝕無煤區(qū)，賦存區(qū)內(nèi)煤層厚3.24～4.80 m，平均3.90 m。煤層傾角大部分為2°～10°，平均傾角5°，為緩傾斜煤層。煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。2號(hào)煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，較為穩(wěn)定，老頂為中細(xì)砂巖，穩(wěn)定性較好，底板為粉砂巖或砂質(zhì)泥巖，較為穩(wěn)定，下伏的細(xì)砂巖，較致密。2號(hào)煤層頂板為砂質(zhì)泥巖：抗壓強(qiáng)度25.1 MPa，單向抗拉強(qiáng)度為0.80 MPa，巖石堅(jiān)硬程度屬中硬；底板為砂質(zhì)泥巖：抗壓強(qiáng)度83.9 MPa，單向抗拉強(qiáng)度為5.3 MPa，巖石堅(jiān)硬程度屬堅(jiān)硬。

井田總體為一褶曲構(gòu)造，地層傾角平緩，僅在井田東部露頭附近較陡；共發(fā)現(xiàn)2 條正斷層，且均位于井田東部邊界附近；無陷落柱和巖漿巖侵入現(xiàn)象。2號(hào)煤層賦存于井田的中東部，可采范圍呈北東展布，可采面積占井田面積的59%，井田內(nèi)有39個(gè)鉆孔見煤點(diǎn)可采，煤厚變異系數(shù)為92%，煤層自然厚度010.20 m，平均1.75 m，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，一般含1～2 層夾矸，為不穩(wěn)定煤層。根據(jù)工作面巷道揭露情況，2-105 工作面預(yù)計(jì)工作面會(huì)出現(xiàn)局部煤層變薄現(xiàn)象。

2 無線電波透視法的應(yīng)用

2.1 探測(cè)時(shí)間及頻率

本次探測(cè)工作于2019年5月開始施工，采用北京華安奧特科技股份有限公司生產(chǎn)的WKT 礦用本安型坑道透視儀，對(duì)2-105 工作面內(nèi)的斷層、陷落柱、煤層變薄區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行無線電波坑道透視工作。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，本次坑透探測(cè)工作采用460.8 kHz 的探測(cè)頻率。

2.2 探測(cè)方案

2.2.1 探測(cè)點(diǎn)布置

2-105工作面采用定點(diǎn)交匯法進(jìn)行無線電波透視探測(cè)，測(cè)點(diǎn)自外向切眼方向布置，測(cè)點(diǎn)距10 m，探測(cè)走向長(zhǎng)400 m。發(fā)射接收時(shí)采用定點(diǎn)觀測(cè)系統(tǒng)，即在工作面一巷發(fā)射，在對(duì)面巷道中扇形接收數(shù)據(jù)，其中在201 巷共布置9個(gè)發(fā)射點(diǎn)，對(duì)應(yīng)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)203 巷接收11個(gè)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值；交換發(fā)射接收機(jī)位置以后，在203 巷布置9個(gè)發(fā)射點(diǎn)，對(duì)應(yīng)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在在201 巷接收11個(gè)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值，無線電波坑道透視定點(diǎn)法發(fā)射與接收范圍如圖1 所示。

2.2.2 施工技術(shù)措施

1）在井下施工前，預(yù)先安排好觀測(cè)約定時(shí)間順序，列出對(duì)應(yīng)時(shí)間表格，發(fā)射人員和接收人員各持一份。

2）本次坑透范圍是2-105 工作面區(qū)域內(nèi)，分別在203 巷和201 巷槽靠工作面內(nèi)，每10m做一個(gè)點(diǎn)標(biāo)記;采用定點(diǎn)發(fā)，接收點(diǎn)相對(duì)發(fā)射點(diǎn)呈扇形布設(shè)。

3）采用分次循環(huán)工作方式，第一次在201 巷發(fā)射，203 巷接收；當(dāng)完成一條巷道的坑透工作后，交換發(fā)射和接收位置，在203 巷發(fā)射，201 巷接收。

4）觀測(cè)時(shí)，嚴(yán)格按預(yù)先安排好觀測(cè)時(shí)間表執(zhí)行，發(fā)射機(jī)天線必須平行巷道，懸持成多邊形，保持發(fā)射信號(hào)穩(wěn)定。

5）接收天線環(huán)面對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)最大值方向，即發(fā)射機(jī)的方向。

3 探測(cè)結(jié)果分析

本次探測(cè)設(shè)備采用華安奧特（北京）科技股份有限公司生產(chǎn)的WKT 礦用本安型無線電波坑道透視儀，通過配套的分析軟件，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理成圖，對(duì)工作面相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造做出合理推斷及解釋。坑透無線電波吸收系數(shù)成果如圖2 所示。由圖2 看出，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造破壞等造成的軟分層有較好的反應(yīng)。綜合分析，得出2-105 工作面電磁波探測(cè)成果圖。

圖2 物探成果圖（5503號(hào)）

探測(cè)結(jié)果具體分析如下:

1）WKT 坑透儀性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，本次探測(cè)使用頻率為460.8 kHz 滿足2-105 工作面的傾向長(zhǎng)度135 m。經(jīng)過坑道透視探測(cè)，203 巷和201 巷揭露的異常區(qū)域在本次探測(cè)分析成像圖上均有反映。

2）共發(fā)現(xiàn)2 處異常區(qū)，位于203 巷切眼往外280～380m范圍往工作面內(nèi)30m處、201 巷切眼往外335～365m處，往工作面內(nèi)50m范圍內(nèi)。該區(qū)域異常主要為煤層厚度變薄或內(nèi)部夾矸導(dǎo)致，無落差大于1/3 煤層厚度的斷層。

3）在203 巷掘進(jìn)中過程中距切眼巷285～355 m范圍內(nèi)揭露厚度0.9～1.6m地包。在201 巷掘進(jìn)中過程中距切眼巷320m處煤層厚度變薄為2.7 m。

4）此次坑道透視異常區(qū)域與巷道煤層變薄區(qū)域基本相符，由此推測(cè)2-105 工作面切眼往外300～365m范圍內(nèi)存在煤層變薄區(qū)域。

4 結(jié)語

采用無線電波透視法探測(cè)薛虎溝礦2-105 回采工作面內(nèi)的斷層發(fā)育及隱伏構(gòu)造發(fā)育情況，標(biāo)定可能存在安全隱患的地質(zhì)因素，避免發(fā)生無計(jì)劃揭露構(gòu)造和構(gòu)造導(dǎo)水引發(fā)透水事故，保證工作面的安全回采。井下無線電波透視法探測(cè)煤層變薄區(qū)情況與巷道揭露煤層情況基本符合，效果良好。