崔 巖 李鳳申 馬 坡

（高莊煤業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272195）

1 工程概況

高莊煤礦井田面積32 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量2.8 億t，可采儲(chǔ)量1.3 億t，主采山西組3上煤層、3下煤層。3上1112 工作面巷道全長(zhǎng)約1200～1300 m，前半部分處于F14、FD4 兩個(gè)斷層的“包夾”之中，且內(nèi)部存在不少中小斷層，從前到后分別有F14-3、FD4、FD3（正、逆）、FD16、f91 等較大的斷層“伸入”煤層之內(nèi)，地質(zhì)情況復(fù)雜。

本文對(duì)高莊煤礦3上1112 工作面FD4、FD3 正逆斷層進(jìn)行射電輻射探測(cè)[1-2]，進(jìn)一步確定煤巖層內(nèi)部FD4、FD3 正逆斷層等寬度≦10～20 m 小斷層的存在、寬度及其走向，對(duì)于高產(chǎn)高效安全開采意義重大。

2礦用射電水探測(cè)儀及工作原理

本次試驗(yàn)采用江蘇康迪射電科技公司生產(chǎn)的YST13.2 礦用射電水探測(cè)儀，設(shè)備由雙通道射電輻射計(jì)（調(diào)制+全功率）以及兩組雙天線（平板天線組+棒狀天線組）構(gòu)成。

工作原理：設(shè)備中的射電輻射計(jì)和天線通過接收來自礦、巖和水因其不同的發(fā)射率σ、暫態(tài)溫度t、導(dǎo)電率ρ、介電常數(shù)ε而產(chǎn)生的不同的射電輻射，測(cè)出礦、巖和水不同的輻射強(qiáng)度，再通過對(duì)射電輻射計(jì)的定標(biāo)，可以5°和幾米的誤差探測(cè)出煤巖層中的含水區(qū)位置及其水量多少用以判定煤巖層中不同部位地下水豐度等；也可以借助其高定向天線探測(cè)斷層兩邊不同的輻射強(qiáng)度來確定斷層的形態(tài)、正逆和地質(zhì)構(gòu)成。

3 實(shí)踐應(yīng)用分析

3.1 斷層簡(jiǎn)況

FD4 斷層：H=0～16 m，α＜40°～67°；上巷道露頭H=10 m，β＜50°～65°，實(shí)測(cè)約+51°；下巷道露頭H=12 m，γ＜50°，實(shí)測(cè)約+36°；由高差-639.5 m-（-589.9） m=-49.6 m 及實(shí)測(cè)斷層長(zhǎng)度約325.7 m，求出δ=-8.8°。

FD3 正斷層：H=0～18 m，α＜35°～70°；實(shí)測(cè)約α=+47°，由高差-606 m-（-592.3）m=-13.7 m 及實(shí)測(cè)斷層長(zhǎng)度約129 m，求出傾角β1=-6.1°。

FD3 逆斷層：H=0～6 m，α＜58°；實(shí)測(cè)約α=+70°；由高差-597 m-（-593.9） m=-3.1 m 及實(shí)測(cè)斷層長(zhǎng)度約133 m，求出傾角β2=-1.3°。

3.2 斷層射電輻射探測(cè)流程

3.2.1 FD4 斷層

儀器架設(shè)地點(diǎn)為A、B、C、D、E 共5 點(diǎn)，5點(diǎn)均在巷道中心線位置點(diǎn)，平板天線三角支架垂直于地面。

定位基點(diǎn)A 在11 號(hào)點(diǎn)前24 m，巷道中心位置；平板天線俯仰方位角固定在-7.5°；旋轉(zhuǎn)平板天線，水平方位角+45°→+65°，每隔5°測(cè)量-M-P；共10 個(gè)數(shù)據(jù)。

定位基點(diǎn)B 在11 號(hào)點(diǎn)后36 m，巷道中心位置； 由高差-639.5 m-（-592.7） m=-46.8 m 及圖上實(shí)測(cè)B 到FD4 斷層上露頭長(zhǎng)度約289 m 可求出β=-9.3°；平板天線俯仰方位角分別固定在-5°、-7.5°、-10°三個(gè)角度上，旋轉(zhuǎn)平板天線使其水平方位角-40°→+40°，每隔20°測(cè)量M-P；共30個(gè)數(shù)據(jù)。

3.2.2 FD3 正斷層

定位基點(diǎn)C 距9 號(hào)點(diǎn)前5 m，巷道中心位置；C 點(diǎn)對(duì)應(yīng)FD3 正斷層上巷道露頭長(zhǎng)徑方向；平板天線俯仰方位角固定在-5°，旋轉(zhuǎn)平板天線，水平方位角+45°、+50°、+60°、+70°，各自測(cè)量M-P；共8 個(gè)數(shù)據(jù)。

3.2.3 FD3 逆斷層

定位基點(diǎn)D 距9 號(hào)點(diǎn)前25 m，巷道中心位置；D 點(diǎn)對(duì)應(yīng)FD3 逆斷層上巷道未露頭長(zhǎng)徑方向；平板天線俯仰方位角固定在-2.5°，旋轉(zhuǎn)平板天線，水平方位角+50°→+70°，每隔10°測(cè)量-M-P；共6 個(gè)數(shù)據(jù)。

3.2.4 FD3 正斷層及FD3 逆斷層

定位基點(diǎn)E 距9 號(hào)點(diǎn)后30 m，巷道中心位置。平板天線俯仰方位角固定在-5°，旋轉(zhuǎn)平板天線，水平方位角-70°→+70°，每隔10°測(cè)量M-P；共30 個(gè)數(shù)據(jù)。平板天線水平方位角固定在0°，旋轉(zhuǎn)平板天線，俯仰方位角0°→-40°，每隔10°測(cè)量M-P；共10 個(gè)數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

3.3.1 徑向射電輻射探測(cè)分析

（1） FD4 斷層上巷露頭徑向射電輻射探測(cè)分析

從AutoCAD圖示FD4斷層上巷道露頭H=10 m，β＜50°～65°，圖上實(shí)測(cè)β≈+51°；由高差及圖上實(shí)測(cè)斷層長(zhǎng)度求出上下巷露頭傾角δ=-8.8°；FD4 斷層上巷道露頭徑向射電輻射探測(cè)結(jié)果是傾角δ=-7.5°時(shí)，其徑向射電輻射強(qiáng)度最小值出現(xiàn)在水平+50°，Pm=0.067，Pp=0.011，與AutoCAD 圖上實(shí)測(cè)β≈+51°兩者高度吻合，僅相差1°。

FD4 斷層上巷露頭徑向射電輻射強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在水平+45°（δ=-7.5°）、Pm=0.541，F(xiàn)D4 斷層上巷露頭橫向射電輻射強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在水平0°（δ=-7.5°）、Pm=0.367；兩者在AutoCAD 圖上交點(diǎn)處應(yīng)為煤層，但圖上示為FD4 斷層，表明FD4斷層上巷露頭處的內(nèi)部走向并非AutoCAD 圖示的直線。

（2）FD3 正斷層上巷露頭及FD3 逆斷層上巷非露頭徑向射電輻射探測(cè)分析

AutoCAD 圖示FD3 正斷層上巷露頭H=0～18 m，α＜35°～70°，圖上實(shí)測(cè)α≈+47°，由高差及圖上實(shí)測(cè)斷層長(zhǎng)度可求出傾角β1=-6.1°。

FD3 正斷層上巷露頭徑向射電輻射探測(cè)結(jié)果是傾角δ=-5°時(shí)，其徑向射電輻射強(qiáng)度最小值出現(xiàn)在水平α=+50°，Pp=0.397，與AutoCAD 圖上實(shí)測(cè)α≈+47°兩者相當(dāng)吻合，誤差為3°。

AutoCAD 圖示FD3 逆斷層上巷非露頭H=0～6 m，α＜58°，圖上實(shí)測(cè)約α=+70°；由高差及圖上實(shí)測(cè)斷層長(zhǎng)度可求出傾角β2=-1.3°。

FD3 逆斷層上巷非露頭徑向射電輻射探測(cè)結(jié)果是傾角δ=-2.5°時(shí)，其徑向射電輻射強(qiáng)度最小值出現(xiàn)在水平α=+70°，Pp=0.308，與AutoCAD 圖上實(shí)測(cè)α=+70°兩者完全吻合，無誤差。

FD3 正斷層和逆斷層的徑向射電輻射強(qiáng)度的平均值，全功率和調(diào)制測(cè)量有非常大的差異。

全功率平均值為P正=0.467，P逆=0.437，兩者僅差9%；調(diào)制平均值為P正=0.185，P逆=0.041，兩者相差4.5 倍。

這表明逆斷層的地質(zhì)構(gòu)造在斷層處將巖層高度擠壓粉碎，而上下煤層垂直高度上有混迭，調(diào)制用平板天線其天線方向性類似針型，故其徑向測(cè)到的逆斷層區(qū)域是巖層，其發(fā)射率較低，故調(diào)制輻射值偏低；而正斷層特別是較小型斷層，煤層和巖層的節(jié)理涇渭分明，全功率用鐵氧體其天線方向性類似球型，故其徑向測(cè)到的正或逆斷層區(qū)域是包含了煤層和巖層，其綜合發(fā)射率相近，故全功率輻射值兩者相近。

3.3.2 橫向射電輻射探測(cè)分析

（1）FD4 斷層上巷橫向射電輻射探測(cè)分析

從數(shù)據(jù)圖1 可知，1a-7.5°仰角、+45°方位角、PM=0.541max 與2b-7.5°仰角、0°方位角、PM=0.367max 交點(diǎn)A 應(yīng)為煤，圖示在FD4 斷層外邊緣，極準(zhǔn)。

圖1 FD4 斷層射電輻射探測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)曲線

1a-7.5°仰角、+50°方位角、PM=0.067min 與2b-7.5°仰角、-20°方位角、PM=0.046min 交點(diǎn)B應(yīng)為斷層中的巖層，圖示在FD4 斷層正中間，可見吻合得非常好。

1a-7.5°仰角、+60°方位角、PP=0.492max 與2b-7.5°仰角、P-40°方位角、PP=0.492max 交點(diǎn)C應(yīng)為煤，圖示在FD4 斷層外邊緣，極準(zhǔn)。

（2） FD3 正逆斷層上巷橫向射電輻射探測(cè)分析

從數(shù)據(jù)圖2 可知，6c-5°仰角、+50°方位角、PP=0.397min 與7e-5 ° 仰角、0 ° 方位角、PM=0.429min 交點(diǎn)D 應(yīng)為斷層中的巖層，但在Auto CAD 圖上并不在FD3 正斷層的正中間，這表示要么是6c 定位點(diǎn)定得不準(zhǔn)，要么是FD3 正斷層上巷內(nèi)部走向并不是圖上實(shí)測(cè)α ≈+47°而是55°。

圖2 FD3 正逆斷層射電輻射探測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)曲線

5d-2.5°仰角、+70°方位角、PP=0.306min 與Auto CAD 圖上表示的FD3 逆斷層上巷內(nèi)部走向高度一致。

7e-5°仰角、-70°～ +70°方位角每隔10°測(cè)一個(gè)讀數(shù)的全功率曲線，表現(xiàn)為4 個(gè)峰值1.273 max（-70°）、1.159（-20°）、1.151（+30°）、1.196（+60°）和3 個(gè)谷值0.429 min（0°）、0.606（-50°）、0.856（+50°）。而且4 個(gè)峰值的數(shù)值相差不大（≤10%），預(yù)示著在7e 的右方可能除FD3 正斷層上巷、FD3 逆斷層上巷之外還有第三個(gè)斷層存在的可能性，當(dāng)然也可能是FD3 斷層附近的探巷造成的影響。

4 結(jié)論

高莊煤礦3上1112 工作面FD4、FD3 正逆斷層經(jīng)射電輻射的探測(cè)實(shí)踐證明了可以通過測(cè)出斷層及斷層兩側(cè)不同的射電輻射（強(qiáng)度和方位），來確定斷層的存在、寬度、走向及地質(zhì)特征。當(dāng)前盡管只能通過對(duì)已知寬度、角度的斷層的巷道露頭進(jìn)行定向射電輻射探測(cè)，但仍然具有較好的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。