王漢卿 吳榮新

摘要：指出了由坑透產(chǎn)生的綜合曲線圖，在一定程度上能反映出地質(zhì)異常的性質(zhì)，也是用于判斷該地質(zhì)異常體的大小與范圍的依據(jù)之一。對(duì)不同頻率下煤層變薄帶的綜合曲線圖進(jìn)行了分析，找出了綜合曲線圖的變化規(guī)律與不同頻率間的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系。

關(guān)鍵詞：無線電波透視;煤層變薄帶;多頻率;綜合曲線圖

中圖分類號(hào)：TD166

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1674-9944（2020）14-0241-02

1?引言

無線電波坑透技術(shù)，又稱坑道無線電波透視技術(shù)。由于不同巖體和煤巖體有著不同的電性參數(shù)，當(dāng)電磁波在不同的煤巖體中傳播時(shí)，所吸收的電磁波能量是有差異的[1]。通過對(duì)電磁波坑透探測原理的分析及在礦井的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)探測方法、數(shù)據(jù)采集的方法、資料處理和解釋及探測效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以證實(shí)電磁波坑透在礦井中是一種有效的探查技術(shù)[2]。

2?坑透技術(shù)的原理

坑透技術(shù)是根據(jù)電磁波在地下不同巖層中的傳導(dǎo)特性和傳播規(guī)律不同，利用其異常來分析解釋地質(zhì)構(gòu)造體的存在的一種方法，從而來揭示地下構(gòu)造的形態(tài)[3]。電磁波在地下巖層中傳播時(shí)， 由于各種巖礦石電性 （電阻率ρ、介電常數(shù)ε等） 不同， 它們對(duì)電磁波能量吸收有一定的差異， 電阻率低的巖礦石具有較大的吸收作用。研究煤層與各種巖石及地質(zhì)構(gòu)造對(duì)電磁波傳播的影響 （包括吸收、反射、二次輻射等作用） 所造成的各種異常， 從而進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋， 這就是坑道透視法的物理基礎(chǔ)[4]。

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，將WKT儀器的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別放置于異常體的軌順與運(yùn)順中，用接受儀器等間距的接受發(fā)射來的場強(qiáng)。無線電波透視資料解釋主要參數(shù)為實(shí)測場強(qiáng)值和煤巖層電磁波能量吸收系數(shù)反演圖像（簡稱坑透 CT 法）。實(shí)測場強(qiáng)值分析，主要通過實(shí)測場強(qiáng)曲線值變化來判斷構(gòu)造的覆蓋范圍[3，6]。

3?工作區(qū)概況

本次探測的區(qū)域位于張集礦1610A工作面軌順走向長約1600 m，運(yùn)順走向長約1570 m;斜長約90～140 m;軌順底板標(biāo)高-489.5～-448.7 m，運(yùn)順底板標(biāo)高-502.3～-462.5 m;煤層平均厚度7.0 m。1610A工作面在運(yùn)順、軌順和切眼掘進(jìn)中遇見多條斷層，工作面靠近切眼煤層變薄，靠近切眼位置的240 m范圍內(nèi)為本次試驗(yàn)的范圍。

4?工作區(qū)布置

根據(jù)探測目的和現(xiàn)場實(shí)際情況，本次監(jiān)測工作主要在1610 A工作面里段走向長度240 m，傾向長度平均約90 m。采用無線電波透視技術(shù)在軌順、運(yùn)順巷道內(nèi)分別發(fā)射和接收在機(jī)巷共布置4個(gè)發(fā)射點(diǎn)，對(duì)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在風(fēng)巷接收13個(gè)實(shí)測場強(qiáng)值;在風(fēng)巷也如此，其中發(fā)射點(diǎn)間距為50 m，接收點(diǎn)間距10 m，并且采用4種頻率。現(xiàn)場布置圖如圖1所示。

5?探測結(jié)果與分析

本次探測的場強(qiáng)值變化范圍不大，最高場強(qiáng)值在70～80 dB之間，最小值僅35～55 dB， 從實(shí)測數(shù)值來看，背景測試值在10 dB左右，與最高場強(qiáng)值相比，變化不補(bǔ)明顯，說明本次采集數(shù)據(jù)信噪比較低。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過ECT軟件的處理，可以得出的結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，該煤層變薄帶該范圍沿煤層走向影響在70 m左右，沿傾向影響長度75 m左右，該異常區(qū)的影響范圍剛好在1～8和2～3兩個(gè)發(fā)射點(diǎn)的射線分布范圍之內(nèi)，其他發(fā)射點(diǎn)并無較大的影響。

這次試驗(yàn)在軌順與運(yùn)順分別設(shè)置了4個(gè)發(fā)射點(diǎn)，并采用了88kHz、158kHz、36kHz和965kHz這4種頻率，其在軌順與運(yùn)順位置下各個(gè)發(fā)射點(diǎn)的場強(qiáng)曲線圖3（a）～（h）所示。

一般來說，不同煤厚的寬工作面實(shí)測場 強(qiáng)曲線和理論場強(qiáng)曲線形態(tài)相似，均表現(xiàn)為弧度很小的拋物線，中間略高，兩側(cè)略低，煤厚的變化對(duì)曲線幾何形態(tài)影響很小[5]。通過對(duì)比4種不同頻率的場強(qiáng)曲線圖可以看出，在軌順的4個(gè)發(fā)射點(diǎn)中位于8號(hào)發(fā)射點(diǎn)所形成的場強(qiáng)曲線圖總體的場強(qiáng)值略低于其他的3個(gè)發(fā)射點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)資料判斷后，8號(hào)發(fā)射點(diǎn)會(huì)所形成的這樣的場強(qiáng)曲線，基本可以確定為該區(qū)域?yàn)槊簩幼儽?duì)于電磁波的吸收強(qiáng)度會(huì)略大于其他正常區(qū)域;處在運(yùn)順的3號(hào)發(fā)射點(diǎn)的前5個(gè)接收點(diǎn)位分布在切眼處，不能與其他發(fā)射點(diǎn)的趨勢相比較，僅比較余下的曲線情況，可以看出3號(hào)發(fā)射點(diǎn)的采集到的場強(qiáng)數(shù)值還是略低于其他發(fā)射點(diǎn)，通過對(duì)圖3（a）～（h）的觀察，基本可以確定地質(zhì)發(fā)生異常的范圍。

如果比較處在異常位置的軌順8號(hào)發(fā)射點(diǎn)和運(yùn)順3號(hào)發(fā)射點(diǎn)不同頻率下的場強(qiáng)曲線圖，可以得到圖4（a）和4（b）。

通過觀察圖4a可以看出，88 kHz和158 kHz的場強(qiáng)明顯略高于365 kHz和965 kHz的場強(qiáng);88 kHz和158 kHz的場強(qiáng)曲線的差別不大，基本處于重合狀態(tài)，雖然158 kHz中有一個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)變化異常，但是結(jié)合地質(zhì)資料可以判定為受地下不確定因數(shù)的影響而造成的讀數(shù)偏差;965 kHz的場強(qiáng)曲線與88 kHz、158 kHz和365 kHz的場強(qiáng)曲線變化區(qū)別較大，88 kHz、158 kHz和365 kHz的場強(qiáng)曲線較為平緩，總體呈現(xiàn)近似圓弧狀，965 kHz的場強(qiáng)曲線的變化較為劇烈，呈現(xiàn)下降趨勢，可能是頻率過高再加上一些地下的復(fù)雜干擾條件所造成的。

圖4b中的前5個(gè)點(diǎn)位處在切眼處，呈現(xiàn)出一種下降趨勢，余下的曲線中88 kHz和158 kHz的場強(qiáng)依然比365 kHz和965 kHz的場強(qiáng)略高;88 kHz和158 kHz的場強(qiáng)曲線的差別依然不大，基本處于重合狀態(tài);965 kHz的場強(qiáng)曲線的變化依然較為劇烈，88 kHz、158 kHz和365 kHz的場強(qiáng)曲線較為平緩，總體呈現(xiàn)近似圓弧狀。

6?結(jié)論

在對(duì)煤層變薄帶的異常存在的條件下，由于圍巖對(duì)不同頻率下的無線電波的吸收強(qiáng)度不一，才造成88 kHz和158 kHz的總體場強(qiáng)略高于365 kHz和965 kHz的場強(qiáng)，但是88 kHz、158 kHz和365 kHz場強(qiáng)曲線的變化狀態(tài)基本一致，場強(qiáng)曲線變化較為平緩，總體呈現(xiàn)近似圓弧狀，基本可以驗(yàn)證煤厚的變化對(duì)曲線幾何形態(tài)影響很小。在進(jìn)行坑透實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行多頻率探測，有助于找到該條件下的合適頻率，有助于對(duì)于結(jié)果的分析，本次實(shí)驗(yàn)中的965 kHz就沒有較大的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出社，2009.

[2] 徐衍和， 董守華， 李東會(huì)，等. 無線電波坑透技術(shù)在礦井中的研究與應(yīng)用[J]. 地質(zhì)學(xué)刊， 2007， 31（1）：20～24.

[3] 杜木民. 無線電波坑道透視技術(shù)在煤礦井下陷落柱探測中的應(yīng)用[J]. 煤炭與化工， 2016，39（2）：52～54，58.

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[6]孟凡彬.煤系地層下的小析層識(shí)別影響因素探討[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2019，16（3）：259～265.