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中国矿井物探网 - 物探技术 - YDT88矿用无线电波透视仪在山寨煤矿的应用
 
YDT88矿用无线电波透视仪在山寨煤矿的应用
   
甘肃办事处 周志敬
1、工程概况
1.1、探测区地质概况
    山寨煤矿1201工作面井下位于井田东翼,工作面北部为井田边界;西部为三采区回风下山、三采区轨道下山及三采区胶带下山;东部及南部暂无采掘活动。
    1201工作面煤层倾角18°~21°,平均19°。工作面范围内煤层煤赋存较稳定,层厚2.4~11.7米,平均厚5.6米,北部较薄,向南逐渐增厚;沿倾向较厚,东部较薄。煤层总体结构比较简单,夹矸2~4层,夹矸最大厚度0.68m,夹矸为黑色炭质泥岩及灰色泥质粉砂岩。煤层属低灰、低硫、低磷、高挥发分、中高发热量、高化学活性、低燃点的长焰煤,煤质优良,且易分选。煤层普氏硬度系数f=2.0~4.0,容重1.32t/m3;煤岩类型以半亮型为主,工作面范围内同生冲蚀现象严重,煤层赋存稳定,厚度底板变化较大;煤层层理、节理较发育。煤层底板起伏变化较大,掘进过程未揭露大的地质构造。
1.2、探测目的及任务
    为了进一步做好矿井生产的预测预报工作,指导工作面安全顺利回采,故采用无线电波透视仪对该工作面地质异常区做进一步的探测。
    (1)探查回采工作面内的煤层赋存情况,追踪工作面运输顺槽、回风顺槽及切眼已揭露地质构造,预测其在采面内的影响范围。
    (2)对采面进行探查,圈定采面内隐伏断裂构造、古河流冲刷带、夹矸及薄煤带分布范围等。
2、无线电波透视法原理及方法
2.1 无线电波透视法基本原理
    电磁波在地下岩层中传播时,由于各种岩、矿石电性的不同,它们对电磁波能量吸收不同,低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用,当波前进方向遇到断裂构造所出现的界面时,电磁波将在界面上产生反射和折射作用,也造成能量的损耗。因此,在矿井下,电磁波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其它构造时,波能量被吸收或完全被屏蔽,则在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。研究采区煤层、各种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,从而进行地质推断和解释。
2.2 透视工作方法
    定点法是发射机相对固定于某巷道事先确定好的发射点位置上,接收机在相邻巷道一定范围内逐点沿巷道观测场强值,又称定点交会法。一般发射点距50m,接收点距10m。每一发射点,接收机可相应观测11-21个点,如图1所示。本次探测用YDT88矿用无线电波透视仪,发射机频率365KHZ,采用“一发双收”的现场工作方法进行探测工作。

图1 无线电波坑道透视示意图
2.3 井下干扰及其排除措施
    巷道中的人工导体,对电磁波的传播起干扰作用,不同的导体对电磁波传播的影响不同。
    (1)金属支架,对电磁波有少量的屏蔽吸收作用。
    (2)轨道、溜子,对电磁波有一定的导引作用,存在二次场。实际观测中发现在轨道附近,场的梯度较大,二次场的影响范围在0.8m以下,故接收天线环距轨道高于1m,二次场的影响就可忽略不计。
    (3)悬挂在巷道壁上铁管的二次场的强弱,与距发射点的远近有关,在铁轨不连通的情况下,二次场很弱,接收天线环离开1m,影响可忽略不计,同巷发射接收,二次场的干扰,仅次于电缆干扰强度。
    (4)电缆、金属锚网及其它导体,对电磁波有很好的导引作用,天线辐射的电磁波感应到导线上沿着导线传播,成为电磁波的二次辐射源。接收巷道有导线时,天线接收的场有从煤层来的直达波和导线上的二次辐射场,当二次辐射场大于直达波时,它就掩盖了直达波,使透视工作无法进行,在实际探测工作中,根据现场实际情况,我们采取有效措施,尽可能的排除以上干扰。
3、施工布置与数据采集
3.1 现场观测系统布置
    1201工作面走向探测长度592m,倾向长度平均约140m左右区域进行,回风顺槽共布置11个发射点,对每个发射点在运输顺槽接收11个实测场强值;在运输顺槽布置11个发射点,对每个发射点在回风顺槽接收11个实测场强值。其中发射点间距为50m,接收点间距10m,现场布置如图2所示。

图2 1201工作面无线电波透视法观测系统图
3.2 数据质量评述
    为了采集到高质量的第一手资料,现场采取如下技术措施:
    (1)本次探测工作在采面内采用对发对收,每10m一个接收点,即一个测点,每50m布设一个发射点。
    (2)对应每个发射点,在另一巷40°扇形对称区间接收11个点,以确保面内各测点有两次以上的覆盖。
    (3)接收天线离开电缆0.5m以上。
    (4)严格按照计划施工,作好记录并标注出实际发射时间和实际接收时间。为确保原始资料质量,施工严格按照“煤田电法勘探标准”进行,现场检查点不少于5%,使原始数据资料准确可靠。
    YDT88矿用无线电波透视仪采集数据评价:本次探测总体上该煤层实测场强值在40~50db,最小值仅24db左右,最大63db左右。从实测数值来看,背景测试值不高,在10~15db左右,与最高场强值相比,有很大的变化范围,说明本次采集数据信噪比高,采集数据相对可靠。
4、资料解释
    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。
4.1 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附图2,分析如下:
    (1)回风顺槽5~15#区段为明显场强低值区段,其场强值多小于45db,穿透性较差。这种现象表明,该段煤岩层对无线电波的吸收性强,可能为采面内夹矸厚度变化所致。
    (2)回风顺槽35~45#点、运输顺槽38~45#区段为相对低场强区段,其场强值多在45db以下,穿透性相对较差。这表明,该段煤岩层对无线电波的吸收性强,可能为煤层厚度变化所致。
    (3)回风顺槽55~58#点、运输顺槽55~59#区段为相对低场强区段,其场强值多在45db一下,穿透性相对较差。这表明,该段煤岩层对无线电波的吸收性强,可能为断裂构造发育或煤层变化所致。
4.2 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3,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。
4.3 无线电波透视CT成像
    附图4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。
4.4 探测结果解释说明
    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5~附图6所示,有4个透视异常区(图中圈定范围),分别命名为K1、K2、K3和K4异常区,异常区的位置及解释说明详细如下:
    (1)K1异常区:位于回风顺槽80~100m左右,运输顺槽30~60m左右(异常区形态详细见成果图);根据回风顺槽已揭露情况,推断其因受夹矸变厚的影响导致煤层厚度变化;对工作面回采影响较小。
    (2)K2异常区:位于回风顺槽170~190m左右,运输顺槽140~160m左右(异常区形态详细见成果图);推断其为采面内部煤层厚度发生变化,可能是由地板部分隆起或者夹矸厚度变化导致的;对工作面回采影响较小。
    (3)K3异常区:位于运输顺槽380~450m左右,回风顺槽360~480m左右(异常区形态详细见成果图);由于在该位置处煤层厚度逐渐变薄,推断其为受煤层厚度变薄的影响,也有可能是面内出现底板隆起或顶板破碎;对工作面回采有一定的影响。
    (4)K4异常区:位于运输顺槽设计线停采线510~590m左右,回风顺槽530~580m左右(异常区形态详细见成果图);根据回采过程中已揭露的情况分析,推断其为受采面内部煤层底板岩石隆起影响,异常区影响程度较大;对工作面回采有较大的影响。
    以上K1~K4异常区为本次坑透工作圈定的主要异常区,由于K4异常区位于切眼附近,对无线电波信号的发射和接收影响很大,数据质量差,因此K4异常区的范围及形态可能存在一些偏差。
5、验证情况
    经后期回采验证,K3、K4异常区均为古河流冲刷带,工作面中部底板相对隆起,探测范围和实际验证情况基本符合,详细请见附图7。
附图1 1709工作面四邻关系图
附图2 YDT88坑透仪探测实测场强曲线图

附图3 1709工作面无线电波实测场强平面成像图
附图4 1709工作面无线电波透视法探测SIRT反演吸收系数图
附图5 1709工作面无线电波透视法探测SIRT反演吸收系数与结果解释图
附图6 1709工作面无线电波透视法探测资料解释成果图


附图7 验证报告


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添加日期:2014-9-2   浏览次数:6725
 
   
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