吳斌強(qiáng)

摘? 要：探明待采工作面的地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)異常體以保證采煤的順利進(jìn)行，是礦井地質(zhì)工作中的重要任務(wù)。實(shí)施無(wú)線電坑透的采區(qū)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(xì)的粉末，原生層理完全被破壞，采區(qū)兩翼已回采結(jié)束工作面有多條老巷穿過(guò)采區(qū)煤柱工作面。此次無(wú)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(wú)線電坑透勘探技術(shù)查明了采區(qū)煤柱工作面內(nèi)的老巷及工作面內(nèi)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(jù)。

關(guān)鍵詞：煤柱工作面? 無(wú)線電坑透? 勘探? 老巷? 資料解釋

中圖分類號(hào)：TD823 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）07（b）-0011-02

目前綜采機(jī)械化采煤技術(shù)已在全國(guó)煤礦得到廣泛應(yīng)用，由于斷層、煤層變薄帶、老巷等地質(zhì)異常，給工作面回采帶來(lái)不同程度的影響，造成回采進(jìn)度變緩、煤質(zhì)變差，甚至造成工作面停產(chǎn)，嚴(yán)重影響礦井的高產(chǎn)、高效生產(chǎn)。為提高地質(zhì)構(gòu)造預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，多采用地面三維地震、無(wú)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(cè)方法相比，無(wú)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(cè)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(nèi)地質(zhì)異常物探手段。

無(wú)線電坑透勘探采用透射CT掃描交繪法，即在兩條相對(duì)巷道（如工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷）分別放置發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，同一點(diǎn)位發(fā)射機(jī)發(fā)出的高頻無(wú)線電波信號(hào)通過(guò)工作面后透射到對(duì)面巷道，由接收機(jī)在對(duì)面巷道的一段區(qū)域（扇形范圍）進(jìn)行接收，交替變換發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置并對(duì)兩條相對(duì)巷道實(shí)施全部探測(cè)后，就可以交繪圈出工作面內(nèi)部地質(zhì)異常體的位置、范圍等。

1? 工作面概況

實(shí)施無(wú)線電坑透的采區(qū)煤柱工作面位于采區(qū)三條上山上覆保護(hù)煤柱中段，工作面標(biāo)高+140～+232m。以北為采區(qū)上山保護(hù)煤柱下段（未采），以南為采區(qū)上山保護(hù)煤柱上段（已采），東、西鄰采區(qū)上山煤柱上段已采工作面采空區(qū)?；夭晒ぷ髅孢M(jìn)風(fēng)巷斜長(zhǎng)325m，回風(fēng)巷斜長(zhǎng)347m，工作面寬度57～115m，工作面面積約28277m2。

采區(qū)煤柱工作面構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置在南高北低的單斜構(gòu)造區(qū)域，無(wú)斷層發(fā)育，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(xì)的粉末，原生層理完全被破壞，煤體結(jié)構(gòu)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(chǎn)出，屬貧煤。該工作面進(jìn)風(fēng)巷275m位置至切口煤層較薄;回風(fēng)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(wú)線電坑透勘探原理

自然狀態(tài)下，煤、巖層的電磁性（電阻率ρ和介電常數(shù)ε等）和其巖性成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、空隙度及含水性等多種因素有關(guān)，各種煤、巖層本身的電磁性差異明顯，該測(cè)區(qū)煤巖層的電阻率由低到高順序一般為：泥巖、頁(yè)巖、粉（細(xì)）砂巖、中（粗）砂巖、煤層、灰?guī)r等。

無(wú)線電波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)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(shù)等電磁性參數(shù)大體穩(wěn)定，其對(duì)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(duì)均衡。而當(dāng)煤、巖層因應(yīng)力作用等引起破碎、裂隙增加以及含水性增加，或者內(nèi)部存在斷層、陷落柱、薄煤區(qū)等地質(zhì)（構(gòu)造）異常體時(shí)，會(huì)因電磁性參數(shù)的變化（如電阻率降低）和強(qiáng)反射異常體界面的存在，引起電磁波能量的較強(qiáng)吸收、反射、折射等而快速衰減，造成電磁波傳播時(shí)在不同區(qū)域的衰減出現(xiàn)差異性。這種差異性衰減變化特征反映了相應(yīng)地質(zhì)（構(gòu)造）異常體的特性，可以被對(duì)電磁波傳播特性敏感、以電磁性差異為應(yīng)用基礎(chǔ)的無(wú)線電坑透技術(shù)利用，也為類似物探技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的地球物理應(yīng)用前提。

無(wú)線電坑透勘探是基于高頻無(wú)線電波在地下不同介質(zhì)中傳播時(shí)的差異性衰減特征來(lái)判斷介質(zhì)特性。簡(jiǎn)單地講，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，由于各種巖、礦體的電性（電阻率ρ和介電常數(shù)ε等）不同，其對(duì)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(fā)育巖層等）對(duì)電磁波有較強(qiáng)的吸收作用，造成電磁波能量的較強(qiáng)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(qiáng)衰減。這樣，在兩條相對(duì)巷道（如回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷）分別放置發(fā)射機(jī)和接收機(jī)對(duì)工作面內(nèi)部進(jìn)行無(wú)線電波CT掃描時(shí)，能量衰減較強(qiáng)區(qū)域會(huì)使接收到的無(wú)線電波信號(hào)比較微弱甚至接收不到透射信號(hào)而形成透射異常陰影區(qū)，通過(guò)分析各陰影區(qū)的范圍、強(qiáng)弱等特點(diǎn)并結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行綜合判斷，就可推斷和解釋出工作面內(nèi)部存在的斷層、陷落柱、薄煤帶等地質(zhì)異常體的分布狀況。

無(wú)線電坑透勘探技術(shù)的特點(diǎn)是理論成熟、儀器輕便、施工快速，對(duì)工作面內(nèi)部地質(zhì)異常體的定位效果較好，主要用于探測(cè)工作面內(nèi)部的斷裂構(gòu)造帶位置、圈定陷落柱和薄煤帶等的巖性變化范圍。

3? 無(wú)線電坑透工作方法

在工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷分別放置發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，同一點(diǎn)位發(fā)射機(jī)發(fā)出的高頻無(wú)線電波信號(hào)通過(guò)工作面后透射到對(duì)面巷道，由接收機(jī)在對(duì)面巷道的一段區(qū)域（扇形范圍）進(jìn)行接收，交替變換發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置并對(duì)兩條相對(duì)巷道實(shí)施全部探測(cè)。

此次坑透勘探采用中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司研發(fā)的WKT-0.03型無(wú)線電坑透儀，工作頻率為0.5MHz，發(fā)射點(diǎn)距為50m，接收點(diǎn)距為10m，每個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)11個(gè)接收點(diǎn)，共計(jì)完成探測(cè)區(qū)域340m（平均走向長(zhǎng)度）×110m（平均傾向長(zhǎng)度）（見圖1）。

4? 資料處理及解釋

無(wú)線電坑透勘探資料處理采用專用軟件，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸、編輯整理、巷道繪制、測(cè)點(diǎn)布置、多重運(yùn)算、曲線分析、參數(shù)校驗(yàn)、CT交匯成圖等多個(gè)步驟，最終得到測(cè)網(wǎng)布置圖、綜合曲線圖、無(wú)線電坑透勘探CT掃描成果圖等。

無(wú)線電坑透資料解釋主要是依據(jù)測(cè)網(wǎng)布置圖、綜合曲線圖、無(wú)線電坑透勘探CT掃描成果圖等，并考慮原始數(shù)據(jù)、干擾情況及工作面附近水文地質(zhì)等資料，綜合分析判斷出工作面附近的地質(zhì)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(qū)的位置和范圍等以及煤層厚度分布狀況。

5? 無(wú)線電坑透成果

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

由圖2無(wú)線電坑透勘探成果圖看出，勘探范圍內(nèi)存在2個(gè)坑透異常區(qū)，分別標(biāo)記為K1、K2。

K1屬于電磁波能量中等強(qiáng)度吸收區(qū)，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(fā)育、含水性增加區(qū)的綜合反映。

K2屬于電磁波能量中等強(qiáng)度吸收區(qū)，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(fā)育、含水性增加區(qū)的綜合反映。

其他區(qū)域的煤層賦存相對(duì)穩(wěn)定。

6? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)得出，無(wú)線電坑透勘探在煤體破碎、煤厚急劇變化的情況下，對(duì)采區(qū)煤柱工作面內(nèi)的老巷及煤厚變化情況探測(cè)效果良好，工作面回采時(shí)應(yīng)對(duì)無(wú)線電坑透勘探出的異常區(qū)域加以注意，回采過(guò)程中加強(qiáng)觀測(cè)，制定針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，盡可能減小地質(zhì)異常體對(duì)工作面回采的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳榮新，劉盛東，肖玉林，等.工作面無(wú)線電波透視實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)成像分析及應(yīng)用[J].巖土力學(xué)，2010，31（S1）：435-440.

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