无线电坑透技术在矿井地质构造探测中的应用

赵 俊

（汾西矿业中兴煤业，山西 交城 030500）

随着矿井采掘深度增加，煤层赋存地质条件更趋复杂，给煤炭生产带来影响更为明显[1]。当开采煤层或者顶底板中存在有断层、破碎带、褶曲等地质构造时，容易导致煤岩体稳定性变差、应力集中甚至出现瓦斯涌出异常或者突水等问题[2-3]。为确保矿井生产安全，需要采取各种技术措施对开采范围内陷落柱、破碎带、断层等构造进行探测，现阶段常用的探测技术包括有地震法、无线电坑透以及钻探法等，其中无线电坑透具备有施工简单、技术成熟以及探测效果显著等优点[4-6]。山西某矿81309 综采工作面开采13 号煤层，开采煤层底板含有承压水且该采面内部地质构造分布不详，若赋存有导水地质构造与底板承压含水层联通，会导致采面出水量增加甚至出现透水事故。

1 工程概况

81309 综采工作面设计推进长度2 750 m、倾向260 m，开采的13 号煤层倾角4°、煤厚7.2 m，煤层结构较为复杂，中间夹杂有3～5 层泥岩、炭质泥岩夹矸。顶底板岩性以炭质泥岩、粉砂岩等为主。81309综采工作面回采过程中涌水水源以顶板砂岩含水层为主，回采巷道掘进期间出现不同程度顶板淋水情况。采面开采煤层标高约为+580 m，底板含水层水头标高约为+795 m，13 号煤层与底板含水层间隔在120～160 m，岩性以粉砂岩、炭质泥岩以及石灰岩等为主。在正常情况下，底板含水层不会给13 号煤层回采带来影响，但若遇到大型断层或者陷落柱等地质构造时，会增加煤层开采突水危险性。

2 无线电坑透应用

2.1 技术原理

无线电坑透是煤矿井下常用物探技术，对裂隙发育带、陷落柱、断层等地质构造有较好的探测效果。无线电磁波在煤岩体内传播时，受到煤岩体电阻率、介电系数等差异，煤岩体对电磁波能量吸收率存在明显不同。当电磁波传播方向内有构造界面时，电磁波会出现折射、反射等情况，导致电磁波能量损失，使得接收设备无法接收电磁波或者仅接收到部分电磁波，从而形成透视异常区。对透视异常区进行反演分析，即可实现地质构造探测。

2.2 现场测量

2.2.1 设备类型

在采面内使用的无线电坑透设备为YDT88 型，该设备包括发射机及接收机，结构见图1 所示。采用的无线电坑透设备具备有操作简单、智能收发以及超大透距等优点。发射部分以及接收部分技术参数分别见表1 所示。

图1 无线电坑透设备结构图

表1 无线电坑透设备发射部分技术参数

2.2.2 测点布置

无线电坑透在81309 综采工作面回采巷道内进行，通过定点法观测，具体测定布置见图2 所示。在探测时发射机在一定时间段内位置相对固定，接收机逐点移动位置测定场强值。探测时法射点间距为50 m、接收点间距为10 m。

图2 测点布置示意图

在无线电坑透探测时，通电设备、人工导体等均会对电磁波产生一定干扰，为确保探测结果精准、可靠，采用下述质量控制措施：拆除探测范围内带式输送机机架，从而降低机架对无线电坑透影响；在探测期间停止采面内动力电供应，降低工业电干扰。

2.3 探测成果分析

在81309 综采工作面采用无线电坑透技术方法进行探测，具体探测成果见图3 所示。探测发现在采面开采范围内存在有4 处异常区，编号依次为①—④。结合回采巷道掘进揭露、已有地质资料以及异常区内电磁波分布情况，对异常区进行分析。

图3 无线电坑透成果图

1）①号异常区与采面回撤通道间距为1 100～1 290 m，分布呈圆形，该异常区范围相对较大且异常区内幅值较高，综合分析异常区类型为夹矸厚度异常区、煤层变薄区或者断层等地质构造导致的发育区。

2）②号异常区与采面回撤通道间距为1 500～1 290 m，条带状分布，该异常区分布范围中等但是幅值较高，推断异常区可能是煤厚、夹矸变化或者断层等发育区。

3）③号异常区与采面回撤通道间距为1 620～1 700 m，条带状分布，该异常区表现特征与②号异常区相近，异常区可能是由于煤厚变化或者断层构造引起。

4）④异常区与采面回撤通道间距为2 050～2 120 m，条带状分布，该异常区分布范围较小且幅值变化也较小，推测该异常区主要是由于断层构造导致。

3 结论

将无线电坑透技术应用到山西某矿81309 综采工作面探测中，现场应用取得如下主要成果：

1）无线电坑透在矿井地质构造、裂隙发育带等地质异常体探测中应用效果明显，相对于其他的物探技术，无线电坑透具备有探测效果明显、效率高以及探测范围大等优点，探测成果可为矿井地质构造治理以及防治水等工作开展提供指导。

2）由于无线电坑透成果具有多解性、相对性特点，探测成果是在采前获取，而在采面回采过程中在采动压力作用下围岩应力重新分布、裂隙扩展，可能会导致原有的不导水裂隙或者构造发育成导水性。同时无线电坑透仅可实现开采范围内地质构造、煤层厚度变化，无法对顶底板导水裂隙、富水性等进行探测。因此，在后续使用过程中应配合采用其他物探技术、钻探技术等对进行探测。

3）在81309 综采工作面无线电坑透圈定4 处异常区，其中②号及③号异常区均有一定的连通性，在后续生产过程中建议采用钻探方式对异常区进行详细探测，确定异常区类型及是否存在导水性，便于为后续采面生产服务。