摘 要：实实测场强曲线对回采工作面两顺槽已经揭露，且靠近某顺槽发育的一定规模的陷落柱具有规律性的响应特征。文中介绍了无线电波透视勘探的基础原理、数据处理方法，并通过两个实际应用案例说明在揭露陷落柱巷道发射另外一条巷道接收获得的实测场强曲线，由于陷落柱完全遮挡表现为近陷落柱发射站点对应接收的实测场强值与相邻站点实测值相比明显整体较低，且该站实测场强曲线与整体实测场强曲线断开并下降，而在揭露陷落柱巷道接收另外一条巷道发射获得的实测场强曲线，表现为近陷落柱接收的实测场强值与相邻站点实测值相比明显较低，且呈现连续性降低，该站实测场强曲线在整体实测场强曲线中表现为连续性半漏斗形或呈“V”字形。
关键词：回采工作面；顺槽；陷落柱；实测场强曲线；响应特征
0 引言
回采工作面内部地质构造长期以来一直严重影响着煤矿井下煤炭回采工作，特别是在现今煤炭资源开采趋于机械化开采、深部开采的情况下，地质构造愈发复杂，影响程度也愈发严重，其影响主要体现在对安全与技术方面的影响，从对安全影响角度讲，地质构造往往是水体的导通通道，特别当地质构造连通富水采空区、富含水层等时，如果回采到该位置而且未采取安全措施时，在应力结构发生破坏区，往往会发生透水事故，造成严重的生命、财产威胁，同时，地质构造也是主要的瓦斯富集区域之一，误揭富含瓦斯构造，往往会发生瓦斯事故。从对技术影响角度讲，地质构造发育不仅给资源回采造成技术难题，甚至造成煤炭资源无法最大化回采，同时，针对其可能带来的安全问题所采取的技术措施与方案也愈发难以准确制定。无线电波透视技术长期以来被用来探查煤矿井下回采工作面地质构造，其常用的分析方法之一为场强对比法，可通过实测场强曲线对比分析，对不同地质构造具有不同规律性的响应特征，其中对回采工作面两顺槽已经揭露，且靠近某顺槽发育的一定规模的陷落柱的响应特征最具代表性。
1 无线电波透视技术介绍
无线电波透视技术主要用于勘探回采工作面内部地质构造(断层、火成岩等)、煤体结构变化、煤层厚度变化等的探查；也可以用于辅助工作面内瓦斯富集评价、富水性评价等领域的科学研究。
1.1 技术原理
无线电波透视法又称坑透法。井下煤层为近均匀、各向同性介质，当采用长度小于波长的短偶极子天线在一条巷道向煤层中发射电磁波(偶极子天线辐射场见图1，并使其在地下煤岩层介质中传播时，在距辐射源距离 r处的电磁场强度为Hr ，见公式(1)，在另一条巷道的接收天线接收的是发射机所发射的电磁波在水平方向上电磁波的一个分量，且因为地下各种岩、矿石介质的电性(电阻率和介电常数等)不同，介质对电磁波能量吸收程度不同，地下煤层与岩层相比表现为相对高阻，低阻(高电导率)岩层对电磁波具有较强的吸收作用，当电磁波传播过程中遇到断层、火成岩、陷落柱等地质构造所出现的物性差异界面时，电磁波会在异常界面上发生不同的反射与折射作用，也造成电磁波能量的损耗，从而导致接收巷道中的电磁波信号十分微弱甚至无法接收到透射信号，形成所谓的透射异常(又称阴影异常)。通过分析回采工作面煤层、地质构造及地质体对电磁波的影响所造成的各种无线电波透视异常，进而进行地质规律推断与解释，这就是无线电波透视法的基础原理。
(1)
H0为初始场强；
β为煤层对电磁波的吸收系数；
f(θ)为方向性因子；
r为M点到O点的直线距离(m)；
θ为偶极子轴与观测方向的夹角。 1.2 施工方法
无线电波透视勘探施工方法主要包括同步法和定点法两种。同步法即发射端和接收端分别位于同一个回采工作面的不同巷道中，且等时等距离移动，逐点发射与接收，该方法因为存在未覆盖区域，产生一定盲区，而较少采用，同步法施工示意图见图2。定点法也称定点交汇法，为常用的施工方法，同样发射端和接收端分别位于同一个回采工作面的不同巷道中，发射端一段时间内相对固定在一条巷道的一个位置，在这段时间里接收端在另一条巷道逐点接收，发射接收完成一条巷道后进行互换，并重复发射接收工作，达到完全透视观测，一般发射点间距50m，且发射点位于与一站对应接收点中点相对的另一条巷道位置，接收点一般间距为10m，且接收点数量大部分为11-21间的奇数，定点法施工示意图见图3。 1.3 数据处理与分析
无线电波透勘探数据解释方法主要有场强对比法与成析层像法两种，数据处理主体流程见图4，通过数据处理一般得到射线分布图、综合曲线图、异常交汇平面图、实测场强曲线图、实测场强分布图、吸收系数成像图等。 场强对比法主要是根据地质构造对电磁波的异常反应，沿巷道观测综合曲线图中实测场强、理论场强衰减的大小及曲线形态变化，从而判断地质异常体的存在，同时结合收发点位置关系及综合曲线，形成异常交汇，确定异常边界。有时为方便分析，也可直接根据实测场强值的变化或曲线变化进行异常范围的初步判断。
成析层像法的应用主要体现在实测场强分布成像及吸收系数反演成像中，对于基于成析层像法的吸收系数反演成像，煤层介质中任意一点磁场，然后把进行无线电波透视的回采工作面划分为若干具有不同吸收系数的小单元，即像元，每一个像元内部介质视为均匀的。利用同时迭代重构技术等算法、计算矩阵方程可以反演各网格的吸收系数值, 进而实现回采工作面勘探与成像区域内的吸收系统反演成像，从而生成吸收系数等值线图。
2 陷落柱的透视曲线技术
无线电波技术理论说明由于陷落柱对电磁波具有强烈吸收作用，反映在透视综合曲线图上就有明显的特征，电磁波遇到陷落柱其μ值及实测场强曲线呈漏斗形，具体如图5所示，或因透距关系，呈半漏斗形或呈“V”字形；接近陷落柱时，μ值开始减小；当进入陷落柱中心，μ值降至最小。实践中发现,进入陷落柱时，μ<-20 db，煤与陷落柱的交界面在μ曲线上反映出一个拐点。当发射机靠近陷落柱一侧透视时，就出现大范围的“阴影区”，中心位置一般出现无信号区。 3 应用案例
3.1 某矿18502工作面S91陷落柱探测应用 应用总结：18502工作面无线电波透视勘探共计得到5处异常，如图5分别标记为KT1#～KT5#，其中KT3#为S91陷落柱的综合响应区，且该陷落柱紧贴辅运侧帮发育，长轴×短轴=43m×34m，实测场强曲线与吸收系数成像图具有明显反应，其中实测场强曲线表现为在辅运巷发射皮带巷接收获得的实测场强曲线，由于陷落柱完全遮挡表现为近陷落柱发射站点对应接收的实测场强值与相邻站点实测值相比明显整体较低，且该站实测场强曲线与整体实测场强曲线断开并下降，而在辅运巷接收皮带巷发射获得的实测场强曲线，表现为近陷落柱接收的实测场强值与相邻站点实测值相比明显较低，且呈现连续性降低，该站实测场强曲线在整体实测场强曲线中表现为连续性半漏斗形或呈“V”字形。
3.2 某矿31116工作面陷落柱探测应用 应用总结：31116工作面无线电波透视勘探的2处异常，如图6，分别标记为KT6#与KT7#，其中KT6#为Z1陷落柱的综合响应区，KT7#为Z1、Z2、Z3陷落柱的综合响应区，且两处陷落柱靠近材料巷发育，在掘进过程中有揭露，实测场强曲线与吸收系数成像图同样具有明显反应，且实测场强曲线响应特征与18502工作面响应特征一样。
4 结束语
实测场强曲线对回采工作面两顺槽已经揭露，且靠近某顺槽发育的一定规模的陷落柱具有规律性的响应特征。
在揭露陷落柱巷道发射另外一条巷道接收获得的实测场强曲线，由于陷落柱完全遮挡表现为近陷落柱发射站点对应接收的实测场强值与相邻站点实测值相比明显整体较低，且该站实测场强曲线与整体实测场强曲线断开并下降，而在揭露陷落柱巷道接收另外一条巷道发射获得的实测场强曲线，表现为近陷落柱接收的实测场强值与相邻站点实测值相比明显较低，且呈现连续性降低，该站实测场强曲线在整体实测场强曲线中表现为连续性半漏斗形或呈“V”字形。
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作者简介
白永利(1989-)，男，内蒙古通辽市人，汉族，物探工程师，2011年毕业于中国矿业大学地球物理学专业，获得学士学位，2017年毕业于吉林大学地质工程专业，获得工程硕士学位。主要从事矿井物探技术与设备应用研究。