回采面无线电波坑道透视探测

　　我国煤炭储量丰富，多埋藏于地表以下，需要掘井开采。安全是煤矿生产作业的宗旨之一。为此，必须做好煤矿工作面进行探测，为开采奠定基础。该矿回采首次采用无线电波坑道透视探测的方法对工作面未采区的地质以及水文地质进行探测的实践，分析无线电波坑道透视探测方法的探测原理、探测过程以及探测结果。实践表明，该方法能够准确预判待采区地质与水文地质情况。

　　关键词:无线电波；坑道透视；探测；安全

　　1概况

　　该矿回采工作面的地表是以侵蚀性黄土梁峁为主，以黄土沟谷地貌中的冲沟为辅。工作面圈定面积是522014．6m2，煤矿井下北面是太佳高速保安煤柱，南面是四条集中下山，西边是实体煤，东边是实体煤。该面所采为15号煤层，煤厚7．35m，煤层倾角17°;走向长1470．0m，采长213m，面积为311314．8m2，基础储量3203429．3t，可采储量2786983．5t。

　　2工作面条件

　　2．1地质条件

　　该面所采15号煤层节理发育，煤层结构复杂，煤层中部夹两层碳质泥岩(0．1～0．3)，分布在工作面的煤层厚度上下波动较小。工作面的规划图中不可避免的经过两个陷落柱，工作面未揭露。

　　2．2水文地质条件

　　其工作面开采煤层标高为+510～+650m，主要从顶板含水状况、底板含水层状况与砂岩裂隙水三个方面对其进行分析与研究:1)顶板含水状况。在煤矿井田内部，由于叠系下统山西组没有出露区域，并且砂岩稳定性较差，因而富水性相对较弱;2)底板含水层状况，太原组灰岩岩溶含水层组单位涌水量为0．00054～0．05539L/(s·m)，其富水性较弱;由于二叠、石炭系含水层之间较厚的泥质岩石与裂隙、岩溶不发育的砂岩、灰岩，都可以看做是隔水层;3)对砂岩裂隙水、太灰水、奥灰水进行全面分析，依据水文报告资料分析，这三点均呈现出弱富水性，对回采不会产生较大影响。

　　3无线电波坑道透视探测工作原理

　　此次探测运用WKT－E型无线电波坑道透视仪。该矿工作面宽度大约是260m，经煤矿井下探测频率实验，选取0．3MHz频率开展工作面透视工作。在透视仪工作的时候，发射机和接收机各自位于不相同的两个巷道中，发射机电磁波频率维持不变，接收机在一定范围内逐点观察、测量电磁波穿透煤层后剩余场强值。交替成层状的含煤地层是一种非均匀介质，电磁波在含煤地层中传播可以分成垂直层理与平行层理两个方向，在垂直层理方向视为是非均匀介质，同煤层平行层理可视为均匀介质。透视通常在两个巷道或钻孔中进行。假设天线轴中点O是原点，在近似均匀、各个相同性质的煤层中，观测点P至O点之间的距离用r表示，P点的电磁波场强度Hp由下式表示:Hp=H0eβrrr(θ)式中:H0为在一定的发射功率下天线周围煤层的最初场强，A/m。β为煤层对电磁波的吸收系数;r为P点到O点的直线距离，m;f(θ)为方向性因子，θ是偶极子轴和观测点方向之间的夹角，一般用f(θ)=sin(θ)来计算。在辐射条件不跟随时间变化的情况下，H0是一个常数，吸收系数β是一个对场强幅值产生影响的主要参数，数值愈大，场强幅值变化就愈大。矿井电磁波透视技术主要是依据电磁波在煤层中的传播特点而研发的接收、发送电磁波的一种仪器与资料处理系统。如若发射的电磁波在穿过煤层的过程中，存在断层、陷落柱、富含水带、顶板垮塌以及富集水的采空区、冲刷、厚度变化和破坏软分层带等地质异常体时，接收机收到到的电磁波能量便会极大地衰减，出现异常区。

　　4无线电波坑道透视探测过程

　　此次运用的探测方法是定点法即一个对多个的方法:发射机处在相对固定的位置，接收机在指定区域逐个点观察、测量其场强数值。在煤矿井回采工作面此次探测范围长度是800m，布设29个测点，其中各个测点之间的距离为10m，其中布设的每个仪器的发射点之间的距离都是50m，如图1所示。

　　5无线电波坑道透视探测结果

　　资料处理时选取初始场强为H0=110，衰减系数B=－0．2。运用层析成像法，可得出CT成果图。图像如图2所示。结合上述图像，反映出本次无线电波探测工作对工作面完成了很好的显示，将数据进行处理，图上画圈的四处位置为本次探测较明显的异常区域，将其称之为A1、A2、A3、A4异常区。对四处异常进行分析:1)A1异常区影响范围相对最大，异常范围最大场强衰减为5～10dB，异常区存在隐伏构造;2)A3异常区影响范围较小，异常范围较小，隐伏构造存在可能性较大;3)A2异常区影响范围小，异常范围相对小，根据资料，隐伏构造可能存在;4)A4异常区影响范围最小，异常范围最大，根据资料，隐伏构造可能存在。

　　6结论

　　采用无线电波坑道透视探测的方法可以准确判定未采区的地质以及水文地质情况，为该工作面的安全开采提供了保障，为实现高产高效安全开采奠定了基础。

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　　作者：武丽琴