无线电波坑道透视在综采工作面的应用

赵 帅

（汾西矿业正文煤业，山西 孝义 032300）

正文煤业是汾西矿业集团公司的下属煤矿，位于山西省孝义市。该矿开采太原组的10号煤层，矿井地质条件中等，中小型断层以及陷落柱较发育。断层造成工作面顶底板破碎，支护难度加大。综采工作面因为地质构造的影响重新开设切眼，导致煤矿开采成本增大。正文煤业井下断层大部分都是正断层，逆断层比较罕见，且落差一般都小于1m，延伸距离短，对采掘影响较小。由矿地测科提供矿断层规模概率统计表（表1）可见断层之多。鉴于此，提前掌握地质构造的分布发展规律，采取合理的技术措施，成了矿地测科工作的重中之重。矿地测人员根据多年的经验总结出了一套对本矿十分有效的过地质构造的方法，包括预测预报制度、层位确认制度、物探钻探相结合探测手段等，在预测预报技术中坑透是十分高效可靠的。

表1 正文煤业断层规模概率分布统计

1 无线电波坑道透视仪的基本原理

坑透的基本原理是不同物质对电磁波的吸收能力不同。煤系地层中煤层顶底板的电阻率比煤层的电阻率低，一般情况下低阻岩性比高阻岩性对电磁波的吸收能力强。坑透的大概工作过程就是在综采工作面的一条巷道内发射电磁波，在另一条巷道内接收电磁波，当综采工作面内存在地质异常体时电磁波的衰减就会增大，这时接收回线接收的电磁波就会减少，根据这个原理就可对地质异常体进行推断。

坑透方法一般有定点法和同步法两种。同步法是指发射回线发射电磁波和接收回线接收电磁波的速度相同，两个回线在综采工作面两条巷道内同时进行位移；定点法是指发射回线在一定时间内在固定的地点进行发射电磁波，而接收回线在另一条巷道的一定距离内接收电磁波。由于发射回线组装较为复杂，长时间紧凑型地进行移动给操作人员带来很大的不便，所以在煤矿井下地质人员一般采用定点法[1]。定点法的基本工作原理如图1所示。

图1 坑透定点法基本工作原理示意图

2 正文煤业11103综采工作面基本地质情况

正文煤业隶属汾西矿业集团公司，位于山西省孝义市，主要含煤地层为山西组的2号煤和太原组的11号煤，其中2号煤厚0.4～2.7m，平均厚1.98m，为大部可采的稳定煤层；11号煤厚2.0～2.4m，平均2.2m，为大部可采的稳定煤层。矿井现开采11号煤层，属瓦斯矿井，煤层自燃倾向性为Ⅱ级容易自燃，煤尘有爆炸性。11103综采工作面走向长993m，倾向长160m。水文地质条件为中等，主要影响因素为顶板K3灰岩水，该含水层含水性较弱，主要表现形式为滴水，偶尔可见滴水成线现象，该含水层只能恶化工作面采掘环境，不会对安全生产造成威胁。11103综采工作面在掘进期间共揭露10条断层，其中切眼内揭露3条，落差在0.5～3.2m之间，为中小型断层。为查明这些断层在工作面内部的延伸情况以及工作面内部隐伏的其他地质构造，确保工作面安全综采，矿地测科组织人员对11103综采工作面进行了坑透工作。

3 井下坑透作业过程

本次探测工作采用煤炭科学研究总院重庆研究院生产的WKT-E型无线电波坑道透视仪。因工作面倾向较长，应选用穿透距离长而且精度较高的频率，经井下探测频率实验，选用0.5Hz的频率。因顺槽长度较长且具有一定的坡度，为减小工作人员劳动强度采用定点法进行探测。本次发射间距为50m，探测点间距设定为10m，每个发射点对应11个接收点。11103材运两巷各布设19个发射点、100个接收点。进行探测工作时每个发射点发射3min，对应的11个接收点在3min内接收完毕，每次发射点对应的接收点中有5个接收点是重叠的，以保证能够全面覆盖综采工作面内部。更换发射点的时间为1min，每次循环为4min，探测工作共需约4h。

坑透是一种电磁法物探手段，金属会对其产生较大的影响，在进行探测工作时应尽量避免金属器械的影响。综采工作面较大的金属器材有皮带支架和液压支架，尤其是皮带支架贯穿于整个材料巷或者运输巷，应设法避开。一般情况下综采工作面形成后原顺槽内掘进期间安设的皮带及皮带支架不适用于回采，煤矿都会将皮带及皮带支架进行拆除替换。坑透工作最好选在顺槽内皮带支架拆除后这段时间内进行。坑透前应将巷道内的积水排完，工作面停电。探测前地质人员应对两巷已揭露的地质构造进行确认，以便确定测点的位置，保证最佳结果。

4 坑透成果

经过软件处理成图圈定了4处比较明显的异常区，如图2所示。

图2 11103综采工作面坑透异常区示意图

通过对比两巷已揭露的地质构造对4个异常区进行了钻探验证，基本探明了地质构造的类型以及发育规模、走向等。11103综采工作面现已回采完毕，所有的异常区都已揭露，现对坑透结论、钻探验证结论和实际揭露的结果进行对比总结。

异常区一：位于11103综采面0～150m范围内。该异常区范围较大，结合其附近已经揭露的落差为3.2m的断层，推断主要为该断层向工作面内部延伸所致，经钻探验证该断层向内部延伸约80m，落差逐步减小至消失，实际揭露该断层向工作面内部延伸约77m，与钻探验证结论基本一致。

异常区二：位于11103综采面材运两巷200～260m范围内，该异常区范围比较小。该异常区未在巷道内揭露地质构造，推断工作面内部可能发育有小型断层或陷落柱，钻探验证未见明显地质构造，推断该异常区为材料巷临时水仓及排水泵影响所致，回采期间该异常区未见地质构造异常，只有一处小褶曲，对回采无影响。该异常区可能为干扰因素或小褶曲影响所致。

异常区三：位于11103综采面800～870m范围内，异常区范围比较小。推断为运输巷已揭露的落差为1.6m的断层向工作面内部延伸所致，经钻探验证该断层延伸距离约20m，落差逐步减小至消失，实际揭露该断层向工作面内部延伸24m，与钻探验证结论基本一致。

异常区四：位于11103综采面1050～1130m范围内，该异常区域在运输巷比材料巷大，推断为已揭露的落差为0.8m的断层向内部延伸所致。钻探验证该断层落差向工作面内部延伸约15m后消失。另外在距离运输巷煤帮约30m处有一个陷落柱，长轴约34m，短轴约28m；实际揭露断层发展与钻探结论基本一致，陷落柱长轴为36m，短轴为27m。实际揭露情况与钻探验证结论基本一致。

现工作面已回采完毕，除坑透结论所示的异常区外未揭露新的异常区，已发现的异常区除二号异常区外实际揭露情况与钻探验证结论基本一致。

5 结语

坑透仪器能够准确探测到综采工作面内部的地质异常区。正文煤业断层发育较多，为综采工作面带来了很大的影响，坑透技术能够很好地圈定异常区，最大限度地减小地质构造对综采的影响。由于综采工作面本身一些无法剔除的影响因素，如铁丝网、监控电缆等，都会导致假异常区的出现，应结合已有的地质数据进行全方面的分析论证。