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曹建辉1，黄祥宽1，叶坤辉2
(1.四川广旺能源发展(集团)有限责任公司，四川 广元 628017；
2.福州华虹智能科技股份有限公司，福建 福州 350003)
摘 要：煤层倾角、结构以及回采工作面的规则程度，对运用无线电波透视技术进行回采工作面内部异常构造探测效果有相应的影响。通过1942采面坑透实践及效果验证，运用宽频无线电波透视技术方法，有效克服了大倾角复杂结构薄煤层不规则工作面干扰因素，并研究了综合曲线分析法和层析成像法在资料解释中的应用，创新和完善了不规则工作面无线电波透视技术后期数据处理的方法。
关键词：坑透；大倾角；复杂结构薄煤层
0 引言
近年来，针对无线电波透视法干扰因素的影响，国内开展了相关研究：肖玉林等通过开展回采工作面多频率无线电波透视探测研究，指出2个及2个以上频率综合探测，可以有效减少干扰因素的影响；冀学宏开展了无线电波坑透的干扰因素研究分析，提出了部分排除干扰因素方法等。经过多年的应用，坑透技术在缓倾角厚煤层等长(规则)工作面探测中取得较好的应用效果，但在大倾角复杂结构薄煤层不规则工作面应用较少，且受干扰因素较多影响，导致探测效果不好。而川北广旺矿区大部分为大倾角复杂结构薄煤层不规则工作面，因此对于坑透在大倾角复杂结构薄煤层不规则回采工作面的应用仍需开展深入的探测研究工作，为川北广旺矿区井下其它同类煤层工作面的坑透工作提供经验。
1 大倾角复杂结构薄煤层不规则回采工作面干扰坑透工作因素分析
1.1 大倾角煤层对电磁波透视效果的干扰
根据以往坑透工作经验，回采工作面倾角大的块段接收场强值明显比正常块段低的多，导致构造发育块段无法准确的探测解释，精确度较低，煤层倾角大会造成激发电磁波受煤层顶底板吸收严重，加之煤层物性参数的各向异性，使接收信号降低，造成假数据，形成“假异常”。
1.2 复杂结构薄煤层对电磁波透视效果的干扰
由于广旺矿区井下回采工作面多为含多层夹矸的薄煤层，具有煤层薄、夹矸多的特点，其电性具有明显的差异，这就使得煤层在垂直层面方向和顺层延伸方向存在着各向异性，这种复杂结构薄煤层回采工作面在走向上又不稳定，所以在实测场强曲线图上多表现为大面积场强低阻区域，形成数据干扰区，也就无法区分构造的走向及影响范围。因此，对于含有夹矸的复杂薄煤层而言，坑透测量结果就有很大差异。
1.3 不规则工作面对透视电磁波信号后期数据处理的干扰
煤矿井下大部分回采工作面都是较为规则矩形工作面，可是广旺矿区井下的工作面受煤层倾向等因素的影响，多为不规则的“葫芦”形。根据以往广旺矿区坑透经验，采用坑透CT软件对这类工作面坑透数据进行处理时候会出现回采工作面面宽的区域场强值会呈现最大化，面窄的区域场强值呈现最小化现象，和实际的采集的场强分布差距很大，甚至和实际结果几乎是相反的。
2 工作概况
2.1 工作面地质概况
1942回采工作面位于赵家坝矿104采区一阶段东翼，所采煤层为9号煤，焦煤，煤层厚度在0.90m到1.30m之间，平均煤厚1.15m，夹矸2-7层，煤层平均倾角43.5°，工作面走向长1050m，倾斜长170m，为倾角大、煤层薄且夹矸多、赋存状态不稳定、面宽不等长(不规则)等特点的复杂地质工作面。
2.2 设备的选用
由于多重干扰因素的存在,选择具有宽频、高效、高信噪比的坑透设备及系统技术，有利于更好地减少各项条件对观测的干扰。我们选用具有大透距和高分辨率特性的YDT88无线电波透视仪，该设备具有低频(88KHz、158KHz)和高频(365KHz、965KHz)共计4个频率，可根据现场情况来选。它采用了进口超高速ADC，大动态接收范围，同时数控调制的脉冲震荡发射电路使发射效率高达80%以上，在结合有效干扰抑制电路的基础上内置了丰富的DSP去干扰算法，抗干扰能力强。
2.3 对抗干扰因素的技术措施
坑透的准确率与干扰因素有直接的关系，进行坑透前，首先做好施工方案，进行抗干扰因素的分析、排除，为坑透工作的顺利开展创造良好的条件。所要采取的技术措施如下：
1)在工作面即将形成，预开切眼时进行坑透效果也可以，因为未形成闭环的电缆、管道等干扰因素较弱；若切眼贯通后，要在设备全部撤出的间隙未开始回采时候进行，此时工频干扰因素较少，进行坑透作业效果更好。
2)由于煤层倾角大会造成激发电磁波受煤层顶底板吸收严重以及含多层夹矸的薄煤层电性在垂直方向和顺层方向具有明显差异。井下工作频率采用158K，它具有低频高分辨率的大透距特性，又能很好的压制复杂结构薄煤层及工频等干扰因素。
3)尽量排除动力金属导体设备的干扰，由于井下巷道金属导体的二次辐射场在导体周围衰减梯度大，在接收过程中要远离金属导体0.5m～1m左右。
4)由于井下工作面为不规则的“葫芦”形，所以施工时要合理安排测点，并注意发射天线线圈和接收天线线圈的位置：尽量避开巷道中已揭露的断层、陷落柱等地质构造带，发射天线线圈平面和接收天线线圈平面要与巷道走向垂直，这样所测的数据更加真实有效。
5)坑透工作中的干扰因素较多且比较复杂，还需要通过实践获取井下采区工作面的电性参数分布规律。根据正常煤岩和非正常煤岩对电磁波的吸收系数的不同，总结反演选取适当的参数，可定性为地质异常区或干扰因素造成的影响。
2.4 施工布置
根据现场情况，风巷共布置20个发射点，在运输巷对应风巷每个发射点接收11个实测场强值；运输巷布置20个发射点，在风巷对应运输巷每个发射点接收11个实测场强值。其中发射点间距为50m，接收点间距10m；以切眼迎头为0#点，开口处为105#点。探测走向长度1050m，倾向长度平均约170m。
2.5 数据处理与结果分析
2.5.1 不规则工作面的数据处理
采用YDT88无线电波透视CT软件系统对较为规则的工作面坑透数据进行处理成图，可得实测场强曲线图、实测场强分布图、SIRT反演吸收系数(CT成像)图。不规则回采工作面(葫芦形)较为特殊，利用CAD软件，按点号顺序从小到大，用多段线一次点击将其连接到一起，在工具-查询-列表查询中导出该多段线各点坐标。将查询到的坐标复制到Excel内，将各点坐标减去左下角坐标，得到相对坐标。另一条巷道同理，将各点坐标复制到软件-工作面设置中，在软件中同样可得到实测场强曲线图、分布图、SIRT反演吸收系数图。
2.5.2 探测结果解释分析
图1 1942工作面实测场强曲线图
本次所采集数据实测场强值(见图1)总体上在50～60dB，最小值在40～50dB。从井下实测场强值来看，背景测试值很低，在5dB左右，与最高场强值相比，有很大的变化范围，说明数据信噪比高。由于井下运输巷积水严重，且风巷一直有矿车在运行干扰，对数据可靠性有一定影响。(图1中的网格表内数字为发射点号，网格表内的曲线代表接收范围内dB值的变化幅度；纵坐标为场强值，单位dB；横坐标为接收点号)
1)横坐标接收点号0～55#点段总体场强值较高，在55～65dB之间，说明该段煤层无线电波透视能力强，煤层电阻率值较高，工作面煤岩层对无线电波的吸收系数值较小，代表了正常煤岩层无线电波场强值，该区段工作面较为稳定，倾向长度基本稳定。
2)横坐标接收点号56～96#点段为场强低值区段，多小于55dB，穿透性差。该现象表明，煤岩层对无线电波的吸收性强。原因是工作面变宽导致的影响。
3)横坐标接收点号96～105#点段为场强值较高区段，在55～6dB之间，说明该段煤层无线电波透视能力强，煤层电阻率值较高，工作面煤岩层对无线电波的吸收系数值较小，代表了正常煤岩层无线电波场强值。
根据分析结果来看，工作面内部暂未发现重大地质异常构造，但部分区段有小范围数据异常区域，推测为节理等构造发育或造成的煤岩体潮湿，对生产的影响不大。
3 结论
1)目前工作面回采基本结束，经验证和坑透结果基本一致。实践表明，坑透在井下的干扰因素，采取相应措施是可以消除或减小的。
2)煤层倾角大降低了接收场强值，复杂结构的薄煤层又加剧了物性参数的各向异性，工作面的不规则性使同一煤层的场强值不均化，多重干扰因素叠加，极易在矿井使用无线电波透视技术时形成“假异常”。
3)在采用宽频、高效、高信噪比的坑透设备及系统技术的基础上，利用CAD软件对不规则工作面数据进行处理成图，有效避免假异常的干扰，可以得到更加真实有效的实测场强分布图和层析成像结果图。
参考文献：
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