摘 要：目前使用的坑透仪工作频段主要集中在300kHz-1500kHz，该频段对于工作面较宽的煤层或地质条件比较复杂的煤层存在穿透效果较差的缺点。对于大面宽综采工作面(>200m)，需采用较低频率的坑透仪探测。在淮北某矿366综采工作面的无线电波透视中，选择工作频率158kHz进行测试。应用结果表明该工作频率可以成功圈出工作面存在的地质异常区域。通过与巷道已揭露地质构造位置进行对比分析，158kHz频率比365kHz频率的探测成果对断层影响区的划分更加准确可靠，说明158kHz坑透对于较宽的工作面和地质条件复杂的煤层工作面探测效果较好。
关键词：工作频率；地质异常；实测场强；坑透仪
0 引言
    无线电波透视技术作为探测煤层工作面内地质构造的一种较为成熟方法，具有快速、轻便、透距大、成本低等优点，为煤矿工作面地质构造探测最常用的一种物探手段^[1-3]。目前国内采用的坑透仪器主要有WKT-E型，工作频段有300，5OO，1500kHz；WKT-6型工作频段有365kHz和965kHz。上述仪器已在国内煤矿使用，对于穿透性较好的工作面，探测地质构造的结果较为理想。但近年来大面宽(>200m)综采工作面被广泛采用，目前的仪器工作频率透视效果相对较差，常出现大范围工作面不能透视，影响对工作面内地质构造范围的圈定。采用较低的频率来进行透视探测是有效的手段之一。158kHz的工作频率尚未文献报道，从理论上来说频率越低穿透距离越远。本文选择淮北某矿366综采工作面进行无线电波透视158kHz工作频率测试工作。
1 无线电波透视原理
    电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿电性参数(电阻率、介电常数等)不同，它们对电磁波能量的吸收有一定的差异，电阻率较低的岩、矿石具有较大的吸收作用^[5-8]。另外，断裂构造所产生的界面能够对电磁波产生折射、反射等作用，也会造成电磁波能量的损耗。因此，电磁波穿越岩、煤层的途径中遇到含水地段、陷落柱、断层、空洞或其它不均匀地质构造时，电磁波能量就会被其吸收或完全屏蔽，接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号，形成所谓的透视异常，从而进行地质推断和解释。
任意观测点P的电磁场强度H：
    式中：H₀一决定于发射功率和天线周围介质的初始强度；
    β—介质对电磁波能量吸收系数；
    r—p点到a点的直线距离；
    θ—偶极子轴与观测方向的夹角。
    从式中看出，决定P点场强值大小的有四个参量。在辐射条件不随时间变化时，H₀是一个常数。吸收系数β是影响场强值的主要参数，因为场强值是以e随距离呈指数规律衰减的，β值越大，场强衰减越快。θ为方向性因子，一般为I。
2 探测实验与方法
2.1 工作面概况
    某矿366工作面位于36采区右翼第三区段，该面走向长1713m，倾斜宽182m。工作面煤层含夹研厚度2.0-4.8m，不含夹研厚度1.0-3.2m，为中厚煤层，柱状见图1。工作面煤层结构变化较为复杂，夹研层数1-4层，以2-3层为主，夹研岩性多为泥岩，厚0.1-1.6m。直接顶为细砂岩，直接底为泥岩。
2.2 数据采集与处理
    从以往的坑透结果来看，采用300或365kHz对该煤层工作面探测效果不理想。因此，本次探测试验使用课题组与厂家合作研发的某型坑透仪，使用158kHz的工作频率，观测方式为定点法。在观测前，预先安排好观测约定时间顺序，列出时间表格，观测时严格按时间表执行，发射机天线平行巷道，悬持成多边形，接收天线环面对准发射机的方向。测点布置情况见图2，在机巷共布置28个发射点，对每个发射点在风巷接收15个实测场强值；在风巷布置27个发射点，对每个发射点在机巷接收15个实测场强值。其中发射点间距为50m，接收点间距10m。
    把坑透工作面划分成有不同吸收系数的若干小单元(像元)，每一小单元内可视为介质均匀的。根据多个发射点上所测场强值，利用SIRT算法(Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques，同时迭代重构技术)，计算矩阵方程可以反演各像元吸收系数值，从而实现工作面成像区内吸收系统反演成像。
3 资料解释与对比
    图3与图4分别为使用158kHz频率自行研发坑透仪和使用365kHz频率WKT-6型坑透仪的坑透实测场强曲线图。场强值较低的区段表明该段煤岩层对无线电波的吸收性强，可能为局部断层带或薄煤区影响。图5与图6为使用158kHz频率自行研发坑透仪和使用365kHz频率WKT-6型坑透仪吸收系数反演成像图。它能够准确反映地质异常区的位置、形状、大小等情况，在图上还可以分析断层的位置、大小及煤厚的变化。图中蓝色色标表示强吸收系数值，其蓝色越深表示存在异常的可能性越大。其中上部边界为366工作面回风巷，下部边界为运输巷。
    通过对比3，4，5，6四幅图，对实测场强曲线、吸收系数进行分析，得出两个仪器两个频率在366工作面的探测效果，统计结果见表1。     由表1可以看出工作频率为158kHz的坑透仪接收到的场强值明显高于使用365kHz的坑透仪，而吸收系数的数值相差不大，说明158kHz频率的穿透效果明显好于365kHz。从吸收系数反演图中可以看出对于显著的异常影响区，两种仪器两种频率的探测结果均有一定反映，但是异常区的位置、大小有所不同。其中使用365kHz频率的结果显示的异常影响区较大，与巷道已经揭露的情况不符，而与使用158kHz频率的结果较相吻合。综合已知地质资料，圈定出该工作面五个主要异常区，见表2。 4 结论
    ①从坑透仪探测结果上来看，巷道已揭露较大断层影响范围在坑透结果上有明显反映。158kHz频率比365kHz频率的探测成果对断层影响区的划分更加准确可靠；
    ②采用158kHz工作频率在探测煤层结构较复杂的工作面或较大面宽工作面是较可行的；
    ③158kHz工作频率还需在矿井中不断实践，检验其对不同地质构造的探测效果。
参考文献：
    [1]高一峰.无线电波透视在煤矿中的应用[J].物探与化探，2007，31(增刊)：105-108.
    [2」汤友谊，陈江峰，彭立世.无线电波坑道透视构造煤的研究[[J].煤炭学报，2002，27(3)：254-258.
    [3]吴荣新，刘盛东，肖玉林，等.工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用[J].岩土力学，2010，(增刊)：435-440.
    [4]吴荣新，张平松，刘盛东，等.矿井工作面无线电波透视“一发双收”探测与应用[J].煤炭学报，2010，35(增刊)：170-174.
    [4」梁庆华，马晓莉，宋劲，等.复杂地质构造煤层坑道透视探测研究[J].矿业安全与环保，2010，37(1)：15-17.
    [5]刘焕新，工利宏，刘树才.坑透高精度CT层析成像测量方法试验研究[J].山东煤炭科技，2010，(1)：103-106
    [6]刘广亮，于师建.基于质心频移的无线电波透视层析成像[[J].地球物理学进展，2008，23(2)：583-587.
    [7]官百章，程久龙，温兴林，等.特厚煤层条件下工作面地质异常电磁波CT探测[J].山东科技大学学报(自然科学版)，2002，21(6)：65-67.
    [8]孙四清，汤友谊，陈江峰.工作面坑透资料在瓦斯地质预测中应用的研究[J].煤矿安全，2005，36(5)：1-3.