华北技术中心总监 谷伟
1 工程概况山西金晖万峰煤业有限公司1207工作面全长1450m,宽160m,在形成工作面过程中遇到多组断层,断层断距较大,对回采影响极大。为了进一步查明工作面内中小构造和地质异常体的赋存情况,本次采用无线电波透视CT成像技术探测工作面内地质异常区的赋存情况,为综采工作面安全高效回采提供有效的技术保障。
2 无线电波透视法探测 2.1 施工方案
根据探测目的和现场实际情况,本次监测工作主要在1207工作面走向长度400-1450m范围。采用无线电波透视技术在回风巷、进风巷巷道内分别发射和接收。现场布置图如图一所示。在回风巷共布置20个发射点,对每个发射点在进风巷接收11个实测场强值;在风巷布置20个发射点,对每个发射点在机巷接收11个实测场强值。其中发射点间距为50m,接收点间距10m。并规定以进风巷到切巷拐点为横坐标原点,沿进风巷向外为正方向;纵坐标以切巷到进风巷拐点为原点,向回风巷方向为正方向。
图一 无线电透视现场探测布置图
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、实测场强交会成像图和SIRT法叠代CT成像图表示。CT成像图为煤岩层电磁波吸收系数值图,数据值大小用不同色标值表示,其中暖(红)色调为低电磁波吸收系数值,冷(蓝)色调为高电磁波吸收系数值。YDT88矿用无线电波透视仪探测结果如附图一、附图二和附图三所示。2.2 实测场强值曲线图
YDT88矿用无线电波透视仪探测实测场强曲线图见由附图一,其中实测场强曲线代表每一个发射点到对应的各个接收点见电磁波能量大小,实测场强大的表示传播路径上岩体吸收能力弱,实测场强小的表示传播路径上岩体吸收能力强。
2.3 无线电波透视实测场强平面成像
YDT88矿用无线电波透视仪探测无线电波实测场强平面成像见附图二,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。
2.4 无线电波透视CT成像
附图三为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。
3 瞬变电磁法探测 3.1施工方案
根据探测目的和现场实际情况,采用瞬变电磁法在回风巷、进风巷巷道内分别向工作面内进行探测。现场布置图如图二所示。并规定以进风巷到切巷拐点为横坐标原点,沿进风巷向外为正方向;纵坐标以切巷到进风巷拐点为原点,向回风巷方向为正方向。本次监测工作主要在1207工作面走向长度500m-1450m之间,探测点间距为10m,探测方向为顶板30°,顺层0°、底板-30°,在回风巷受胶带支架限制,仅顺层数据可信度较高,顶板和底板受到的干扰较大,只可作为参考。
图二 瞬变电磁法探测布置图
根据以上观测系统施工,获得探测成果,在所有视电阻率图中:用颜色表示相应位置的视电阻率值,依次为蓝色、绿色、黄色、红色表示低阻到高阻的变化趋势,蓝色表示低阻,富水性较强,红色表示高阻,岩层富水性较弱;受电位自然衰减的影响,距离探测点较远的位置会出现不同程度的低阻反应。3.2 瞬变电磁视电阻率反演结果
YCS256瞬变电磁探测工作面内顶板、顺层及底板视电阻率分布图分别见附图五、附图六及附图七所示,YCS256瞬变电磁法探测结果解释图如附图八所示。主要探测出三个异常区域,分别是1#、3#、6#,其中1#和6#异常区为低阻异常区在一定范围有含水可能性,3#异常区是较大范围的低阻异常,含水可能性很大。
4 综合结果
在此次无线电波坑道透视结果中,以进风巷到切巷拐点为横坐标原点,沿进风巷向外为正方向;纵坐标以切巷到进风巷拐点为原点,向回风巷方向为正方向。根据YDT88矿用无线电波透视仪探测实测场强曲线值变化特征和岩石吸收系数CT成像图综合分析,得出探测区地质解释如附图四所示,有5个透视异常区(图中圈定范围),对线状的异常区中心位置进行了标识并加以分析。
根据YCS256矿用本安型瞬变电磁仪探测视电阻率变化特征对以上5个构造异常区进行了富水性判断,结果显示工作面内构造导水性普遍较差,测得1#断层和3#断层在工作面内有一定的低阻异常,应特别注意这两个断层导水可能造成的影响。
各个异常区探测结果见表一所示。
表一 探测解释构造异常区特征分析
此次探测共测得5个主要构造异常区,基本与回风顺槽、进风顺槽实际揭露断层位置相符。其中1#断层与3#断层是影响1207回采最主要的构造带。已知断层的断距均较大,对无线电波信号吸收较强,在一定程度上影响了相邻位置是否存在断层的判断。对比异常区和已知断层的关系,基本可以排除探测范围内存在断距超过2m的隐伏断层的可能性。
探测结果中判断断层位置与矿方资料基本一致的,在此次探测报告中仍以矿方实测资料为准。坑透异常区均与实际揭露的断层位置相对应,说明此次探测获得的数据真实可靠。
无线电波坑道透视探测对小于1/2煤层厚度的断层探测能力不高,且已知断层的断距均较大,对探测数据影响极大,此次探测中难以判断伴生的小断层的分布。
作者简介:
谷伟,男,中科院研究生院岩土工程专业,现任福州华虹智能科技开发有限公司华北技术中心总监。
附图一 YDT88无线电波坑道透视仪探测实测场强曲线图
附图二 YDT88无线电波坑道透视仪探测实测场强成像平面解释图
附图三 YDT88无线电波坑道透视仪探测SIRT反演吸收系数成像解释图
附图四 YDT88无线电波坑道透视解释图
附图五 YCS256瞬变电磁探测工作面内顶板视电阻率分布图
附图六 YCS256瞬变电磁探测工作面内顺层视电阻率分布图
附图七 YCS256瞬变电磁探测工作面内底板视电阻率分布图
附图八 YCS256瞬变电磁法探测解释图
附图九 YDT88无线电波坑道透视与YCS256瞬变电磁法探测综合解释图