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龙煤控股有限责任公司鹤岗分公司地测处 丁宝国
福州华虹驻东北大区 主任工程师 叶展荣
福州华虹驻东北大区 主任工程师 叶展荣
1 引言
龙煤集团鹤岗分公司响应国家要求以大力度推进综采综掘、综合机械化采煤和高档工作面采煤等采掘工艺，提高矿井开采的机械化程度，但综采工作面内延展的断层、隐伏构造及其煤层变薄带都将对煤矿企业综合机械化采煤产生重大的经济损失。多年来这些问题一直困扰着煤矿的技术人员和决策领导。利用钻探等传统方法在鹤岗的厚煤层工作面进行地质评估，其实际效果并不十分理想，且钻探效率相对低下，成本高，因此需要引进新的探测方法来改变目前的状态。近年来，无线电波透视技术在国内先进矿山企业得到了成功应用，这种无线电波透视技术是工作面透视技术中的一种，它比其他透视技术具有明显的优势——设备轻便，分辨率高，透视距离较大，施工快速等，为我们提供了一条新的透视探测途径。实践证明，该无线电波透视技术通过设计合适的装置形式可以有效地预测综采工作面内不良构造体对回采工作的影响，可为机械化开采效率的提升和安全生产做出重要贡献。2 矿井地质概况
本次探测在龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿三水平北部区30层综采工作面进行，其面内构造主要受NW～SE方向大断层伴生出的断层影响，伴生断层大多近乎SW～NE走向，煤层倾向呈NE～WS，因此伴生断层多数贯穿工作面，目前揭露的两个影响回采的主要断层FB和FC正好贯穿工作面。目前此工作面还有部分断层在工作面内的延展不清楚，需要进行探测。拟探测的综采工作面走长约440米，面宽110米左右，煤厚8米左右，夹矸厚度不大，煤层平均倾角在16-20°左右。
3 无线电波透视法基本原理
无线电波透视法，又称坑透法，是探查工作面内部地质构造发育、煤体结构与厚度变化的一种矿井物探方法。电磁波在地下煤岩层中传播时，由于煤岩介质电性(电阻率和介电常数)的不同，因此对电磁波能量的吸收不同，低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用，同时当传播方向上遇到构造界面时，电磁波在界面上将产生反射和折射，造成能量损耗，致使接收巷道中接收不到或仅接收到部分电磁波透射信号，从而形成透射异常。通过对透射异常的对比分析、反演成像等处理，确定无线电波透视异常区。最后结合相关地质资料及经验，对透视异常区作出合适的地质解释。该方法可用来预测预报采煤工作面内部的地质构造、煤体结构与厚度、水文地质等影响条件，为工作面的安全高效回采提供决策依据。
4 施工布置与数据采集
4.1 现场条件
本次探测在龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿三水平北部区30层综采工作面的回风巷和运输巷对发对收，回风巷帮壁有通电电缆和水管，大部分巷道为锚杆和钢筋网支护，少部分巷道为U型钢加锚杆和钢筋网支护。运输巷帮壁有通电电缆，靠近工作面的巷帮部分有风筒和瓦斯抽排管道，整条巷道内有皮带机，其中运输巷7号发射站附近两米左右有一个无法搬动的铁桶，影响很大。
现场数据采集于2012年11月19日完成。在回风巷布置9个发射点，每个发射点对应在运输巷有接收11个实测场强值;在运输巷布置9个发射点，每个发射点对应在回风巷有接收11个实测场强值。其中发射点间距为50m，接收点间距10m。
4.2 观测系统布置
根据探测目的和现场实际情况，本次实验主要在新兴煤矿三水平北部区30层煤工作面走向长440m，倾向长度平均约110m。采用无线电波透视技术在回风巷、运输巷巷道内分别发射和接收。现场布置图如图一所示。
图一 无线电透视CT探测现场探测布置图
5.1 实测场强值曲线图
YDT88矿用无线电波透视仪实测场强曲线图见图二，由此可见(本次探测背景场稳定值在40左右，下面数据均为真实值，未剔除背景场)：
1)从回风巷(即图二中的1巷)0~5#点区段到运输巷(即图二中的2巷)场强值由低到高，其场强值从70-75db逐渐变高，综合地质资料判断应该是受切眼小断层靠近回风巷影响所致，但无线电信号仍较强，表明小断层对综采影响不大。
2)从回风巷5~9#点区段到运输巷场强值由低到高，其场强值从68-72db逐渐变高，综合地质资料判断应该是受FB断层影响所致，但无线电信号仍偏强，表明FB断层对综采影响在靠近回风巷的半区有一定影响。
3)从回风巷9~18#点区段到运输巷场强值整体偏低，其场强值从63-66db，综合地质资料判断应该是受FB断层、FC断层及伴生断层共同影响所致，无线电信号偏低，表明几组断层在面内交互对综采影响较大。
4)从回风巷18~25#点区段到运输巷场强值由高到低，其场强值从69-67db逐渐变低，综合地质资料判断应该是受运输巷揭露的伴生小断层靠近运输巷半区影响所致，但无线电信号仍较强，表明小断层对综采影响不大。
5)从回风巷25~31#点区段到运输巷场强值整体偏低，其场强值从61-68db，综合地质资料判断应该是受联络巷影响，但低阻区较大，可能有断层，在综采进行到附近时需要注意。
6)从回风巷31~37#点区段到运输巷场强值整体较高，其场强值从70-81db，综合地质资料判断应该是受瓦斯抽排管(铁管)的影响，综合判断表明本区断层不发育，煤层稳定对综采影响不大。
7) 从回风巷37~44#点区段到运输巷场强值由低到高，其场强值从68-72db逐渐变高，综合地质资料判断应该是受探巷靠近回风巷影响所致，综合判断表明本区断层不发育，煤层稳定对综采影响不大。
图二 YDT88矿用无线电波透视仪实测场强曲线图
图三为无线电波实测场强平面成像图，其中蓝色调区越深表明其场强值越低，即该段煤层无线电波穿透能力低，为潜在的构造异常区。图中各段情况反映结果与实测场强曲线结果基本一致，在此不再赘述。
图三 无线电波实测场强平面成像图
图四为YDT88矿用无线电波透视仪探测SIRT反演煤岩层吸收系数成像图。该图中吸收系数的强弱表明煤层介质的差异，图中红色色标表示强吸收系数值，其红色越深表示存在异常的可能性越大，因此可以对内部构造及其特征进行判定。
图四 无线电波探测SIRT反演吸收系数成像平面解释图
图五 断层延展坑透修正图及断层影响范围图
采集数据采用无线电波透视CT软件系统进行反演，反演结果以实测场强曲线图和SIRT法叠代CT成像图表示。
YDT88矿用无线电波透视仪探测结果如图二、图三、图四所示。由图可见，对于显著的断层影响区，仪器探测结果均有明显反映：其中场强图中的蓝色和浅蓝色部分代表电磁波在煤层中通过程度偏低的状况，它表明工作面内有岩石界面，因为坑透电磁波极容易被岩石阻隔，而煤层有利于电磁波传导，而蓝色代表电磁波通过程度低，即工作面内有岩石存在;SIRT反演吸收系数中红色和浅红色部分为高吸收率的区域，即工作面内有构造或破碎带等强吸收或强反射电磁波导物质存在，致使工作面对电磁波有强吸收状况，它和场强是一致的，断层岩石吸收了大部分电磁波，那通过工作面的信号强度也就低了，即场强低了。其中1#异常区和2#异常区范围有大规模的断层构造，回采过程中需要多加注意并采取相应措施;二号断层与三号、四号和五号区伴生断层构成相互影响对综采回采影响较大。
Ⅰ#异常区 此异常与FB断层相吻合，断层贯穿工作面，落差在3-3.5米，落差半个煤厚左右，坑透探测表明断层对综采影响中等
Ⅱ#异常区 此异常与FC断层相吻合，断层贯穿工作面，落差在4.3-4.5米，落差大于半个煤厚，坑透探测表明断层对综采影响较大
Ⅲ#异常区 此异常可能是回风巷巷道切眼退后210米处已揭露的断层向工作面延展所致，断层可能延展到FB断层，落差在1.5米左右，落差小于1/3个煤厚，坑透探测表明断层与FC断层交汇后对综采影响较大
Ⅳ#异常区 此异常可能是运输巷巷道切眼退后270米处已揭露的断层向工作面延展所致，断层可能延展到FC断层，落差在0.8米左右，落差小于于1/3个煤厚，坑透探测表明断层向面内延展时落差可能加大与FC断层交汇后对综采有一定影响
Ⅴ#异常区 此异常可能是受贯穿两顺的联络巷和探巷的影响所致，但不能排除有断层影响，因此应注意和和其他资料综合分析，同时注意在生产过程中的二次解析
切眼靠近回风巷小断层 此断层落差在1.5-2米左右，从坑透探测看，次断层在面内延展落差逐渐变小，对综采生产影响不大
切眼退后320-390米 此次的场强较强，可能是受到瓦斯抽排管(铁管)打在煤层中间影响，有利于电磁波在煤层中传导有关，不影响综采生产
6 讨论与结语
在这次应用中，我们依据已有揭露构造和区域地质及钻探综合分析，结果可信有效，表明此方法有效可行，是煤矿机械化开采率提升和效益提高的好帮手，同时福州华虹公司开发了一发双收模式，经过此次应用，表明这种模式是成功有效的，仪器有较高的一致性，大大提升了设备的施工效率，具有很高的实用性。
作者简介
叶展荣，男，安徽理工大学地球与环境学院地理信息系统专业，现任东北地区主任工程师。
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