无线电坑透勘探技术在采区煤柱工作面中的应用

吴斌强

摘  要：探明待采工作面的地质构造及地质异常体以保证采煤的顺利进行，是矿井地质工作中的重要任务。实施无线电坑透的采区煤柱工作面为煤层大倾角俯采工作面，煤层厚度变化大，煤体破碎成很细的粉末，原生层理完全被破坏，采区两翼已回采结束工作面有多条老巷穿过采区煤柱工作面。此次无线电坑透勘探在煤体破碎、煤厚急剧变化的情况下，利用井下无线电坑透勘探技术查明了采区煤柱工作面内的老巷及工作面内煤厚变化情况，圈定工作面中老巷的位置与范围，为工作面安全顺利回采提供参考依据。

关键词：煤柱工作面  无线电坑透  勘探  老巷  资料解释

中图分类号：TD823    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（b）-0011-02

目前综采机械化采煤技术已在全国煤矿得到广泛应用，由于断层、煤层变薄带、老巷等地质异常，给工作面回采带来不同程度的影响，造成回采进度变缓、煤质变差，甚至造成工作面停产，严重影响矿井的高产、高效生产。为提高地质构造预报的准确性，多采用地面三维地震、无线电波透视、地震波透视CT法、音频电透视法、直流电法透视等物探方法。与其他探测方法相比，无线电坑透因仪器轻便、资料采集方便迅速、所需人员较少、透视距离较大、探测效果显著，成为综采工作面有效的物探方法之一，为最普遍采用的工作面内地质异常物探手段。

无线电坑透勘探采用透射CT扫描交绘法，即在两条相对巷道（如工作面进风巷、回风巷）分别放置发射机和接收机，同一点位发射机发出的高频无线电波信号通过工作面后透射到对面巷道，由接收机在对面巷道的一段区域（扇形范围）进行接收，交替变换发射机和接收机的位置并对两条相对巷道实施全部探测后，就可以交绘圈出工作面内部地质异常体的位置、范围等。

1  工作面概况

实施无线电坑透的采区煤柱工作面位于采区三条上山上覆保護煤柱中段，工作面标高+140～+232m。以北为采区上山保护煤柱下段（未采），以南为采区上山保护煤柱上段（已采），东、西邻采区上山煤柱上段已采工作面采空区。回采工作面进风巷斜长325m，回风巷斜长347m，工作面宽度57～115m，工作面面积约28277m2。

采区煤柱工作面构造简单，布置在南高北低的单斜构造区域，无断层发育，煤层赋存稳定，结构简单。二1煤层厚度0.7～8.0m，平均厚度4.49m，煤岩层倾角8°～24°，平均17°。煤层破碎成很细的粉末，原生层理完全被破坏，煤体结构为糜棱煤，煤岩成分以亮煤为主，暗煤次之，并夹杂少量丝炭和镜煤条带，煤层多呈粉状产出，属贫煤。该工作面进风巷275m位置至切口煤层较薄;回风巷120m位置至140m煤层较薄，切巷由东向西0～35m范围煤层由0.8m逐渐增厚至7.3m。

2  无线电坑透勘探原理

自然状态下，煤、岩层的电磁性（电阻率ρ和介电常数ε等）和其岩性成分、结构、构造、空隙度及含水性等多种因素有关，各种煤、岩层本身的电磁性差异明显，该测区煤岩层的电阻率由低到高顺序一般为：泥岩、页岩、粉（细）砂岩、中（粗）砂岩、煤层、灰岩等。

无线电波在地下介质中传播时会被吸收、反射、折射等，引起衰减。一般而言，同种煤、岩层的电阻率和介电常数等电磁性参数大体稳定，其对电磁波能量的吸收性大体均一、引起的电磁波能量衰减相对均衡。而当煤、岩层因应力作用等引起破碎、裂隙增加以及含水性增加，或者内部存在断层、陷落柱、薄煤区等地质（构造）异常体时，会因电磁性参数的变化（如电阻率降低）和强反射异常体界面的存在，引起电磁波能量的较强吸收、反射、折射等而快速衰减，造成电磁波传播时在不同区域的衰减出现差异性。这种差异性衰减变化特征反映了相应地质（构造）异常体的特性，可以被对电磁波传播特性敏感、以电磁性差异为应用基础的无线电坑透技术利用，也为类似物探技术的应用提供了良好的地球物理应用前提。

无线电坑透勘探是基于高频无线电波在地下不同介质中传播时的差异性衰减特征来判断介质特性。简单地讲，电磁波在地下介质中传播时，由于各种岩、矿体的电性（电阻率ρ和介电常数ε等）不同，其对电磁波能量的吸收性不同。低阻性岩层（如含水岩层、泥岩、裂隙发育岩层等）对电磁波有较强的吸收作用，造成电磁波能量的较强衰减;断层、破碎带和陷落柱等界面可造成电磁波的反射和折射，也造成电磁波能量的较强衰减。这样，在两条相对巷道（如回风巷和运输巷）分别放置发射机和接收机对工作面内部进行无线电波CT扫描时，能量衰减较强区域会使接收到的无线电波信号比较微弱甚至接收不到透射信号而形成透射异常阴影区，通过分析各阴影区的范围、强弱等特点并结合地质资料进行综合判断，就可推断和解释出工作面内部存在的断层、陷落柱、薄煤带等地质异常体的分布状况。

无线电坑透勘探技术的特点是理论成熟、仪器轻便、施工快速，对工作面内部地质异常体的定位效果较好，主要用于探测工作面内部的断裂构造带位置、圈定陷落柱和薄煤带等的岩性变化范围。

3  无线电坑透工作方法

在工作面进风巷、回风巷分别放置发射机和接收机，同一点位发射机发出的高频无线电波信号通过工作面后透射到对面巷道，由接收机在对面巷道的一段区域（扇形范围）进行接收，交替变换发射机和接收机的位置并对两条相对巷道实施全部探测。

此次坑透勘探采用中煤科工集团重庆研究院有限公司研发的WKT-0.03型无线电坑透仪，工作频率为0.5MHz，发射点距为50m，接收点距为10m，每个发射点对应11个接收点，共计完成探测区域340m（平均走向长度）×110m（平均倾向长度）（见图1）。

4  资料处理及解释

无线电坑透勘探资料处理采用专用软件，经数据传输、编辑整理、巷道绘制、测点布置、多重运算、曲线分析、参数校验、CT交汇成图等多个步骤，最终得到测网布置图、综合曲线图、无线电坑透勘探CT扫描成果图等。

无线电坑透资料解释主要是依据测网布置图、综合曲线图、无线电坑透勘探CT扫描成果图等，并考虑原始数据、干扰情况及工作面附近水文地质等资料，综合分析判断出工作面附近的地质异常体分布状况，如断裂破碎带的位置和走向、陷落柱的位置和范围、薄煤带及夹矸变厚区的位置和范围等以及煤层厚度分布状况。

5  无线电坑透成果

工作面无线电坑透勘探成果图是资料分析、解释的直观判断依据和最终成果。电磁波能量衰减程度由弱到强依次为红色、黄色、绿色和蓝色等，电磁波衰减越明显（颜色越蓝）表示该处存在断层、陷落柱、裂隙发育区、薄煤区、老巷等地质异常体的可能性越大。

由图2无线电坑透勘探成果图看出，勘探范围内存在2个坑透异常区，分别标记为K1、K2。

K1属于电磁波能量中等强度吸收区，异常范围较小，主要系工作面废弃老巷与煤岩层破碎、裂隙发育、含水性增加区的综合反映。

K2属于电磁波能量中等强度吸收区，异常范围中等，贯穿工作面，主要系工作面废弃老巷与煤岩层破碎、裂隙发育、含水性增加区的综合反映。

其他区域的煤层赋存相对稳定。

6  结语

通过此次实际工作经验得出，无线电坑透勘探在煤体破碎、煤厚急剧变化的情况下，对采区煤柱工作面内的老巷及煤厚变化情况探测效果良好，工作面回采时应对无线电坑透勘探出的异常区域加以注意，回采过程中加强观测，制定针对性的应对措施，尽可能减小地质异常体对工作面回采的影响。

参考文献

[1] 吴荣新，刘盛东，肖玉林，等.工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用[J].岩土力学，2010，31（S1）：435-440.

[2] 孙吉益.无线电波坑道透视技术地质解析的局限性[J].河北煤炭，2008（3）：3-4.