摘要：查明工作面内部地质构造发育情况，能够有效提高回采工作效率与煤炭资源回采率，同时为生产工作提供技术依据，无线电波透视技术已成为煤矿回采工作面探测异常体的普遍手段之一，但由于受生产及客观条件的限制，探测精度往往不尽人意。槽波地震勘探技术近年来日趋成熟，已成为探测小断层、陷落柱等地质异常体精度最高的技术。在实际煤矿工作中，综合使用这两种物探技术所取得的物探成果能够达到更加理想的效果，对安全生产有重要的意义。
关键词：无线电波透视；槽波地震；工作面构造探测
1、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，误揭富含瓦斯断层等构造，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。槽波地震勘探和无线电波透视是目前回采工作面探测异常体的普遍手段，都可为煤矿井下回采工作面地质构造预测预报提供可靠的技术依据。但是这两种技术无论是技术原理还是应用效果都存在一定的差异。
2、技术介绍
2.1无线电波透视原理
无线电波透视法是一种地下电磁波法。电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩矿石电性(电阻率ρ、介电常数ε等)不同，它们对电磁波能量吸收有一定的差异，电阻率低的岩矿石具有较大的吸收作用。电磁波穿越煤层的途中如果存在与煤层电性不同的地质体，如陷落柱、断层或其他地质构造时，电磁波能量就会被其吸收或完全屏蔽，信号明显减弱甚至接收不到，形成透视“阴影区”。通过变换接收和发射机的位置测得同一异常“阴影区”的交汇地方，就是构造带影响区域，从而结合已知的地质资料对工作面进行地质推断解释。这就是无线电波坑道透视技术在煤矿应用中地质解析的物理基础。
 图2-1 无线电波坑道透视原理图 2.2槽波地震勘探原理
槽波是在煤层中激发、接收、顺煤层传播的导波。槽波探测就是利用这一导波特性，以探查煤层内地质结构、构造和岩性的一种地球物理方法。在地质剖面中，煤层是一个典型的低速夹层，在物理上构成一个“波导”。当煤层中激发的部分能量由于顶底界面的多次全反射被禁锢在煤层及邻近的岩石(简称煤槽)中，不向围岩辐射，在煤层中相互叠加、向长干涉，形成一个强的干涉波，即槽波。槽波透射法和反射法是目前最有效的探测方法。
 图2-2 槽波的形成原理示意图  图2-3 槽波透射法勘探示意图  图2-4 槽波反射法勘探示意图 3、仪器设备
3.1无线电波透视探测仪器设备
本次勘探使用YDT88型矿用无线电波坑道透视仪，YDT88矿用无线电波透视仪是由福州华虹智能科技开发有限公司联合相关高校院所，引进先进的数字通信调制、高速采集、嵌入式系统等技术开发完成的新一代无线电波透视仪。该仪器具有轻便灵活、智能高效、透视距大、抗干扰能力强、续航时间长等特点。同时基于仪器所形成的“一发双收”“一发一收”等现场工作方法，极大提高现场施工效率和探查精度。
 图3-1 YDT88矿用无线电波透视仪系统组成图 3.2槽波地震勘探仪器设备
本次工作面槽波勘探设备为福州华虹制造的“KDZ3114矿井分布式震波勘探仪系统”，该系统是新一代高效便携的专业型全方位矿井地震勘探系统。系统采用先进的分布式架构，利用自动化采集及高精度同步技术，可在井下灵活组合施工，实现工作面震波CT勘探、巷道超前探测、矿井地震勘探等多种震波观测方法的数据采集。系统由数据记录仪(采集器A)，放炮启动记录仪(采集器B)，传感器等组成，KDZ3114矿井分布式震波勘探仪系统设备图见图3-2。数据记录仪与放炮启动记录仪间利用高精度时钟同步，在井下同步对时后，所有设备间将以同一时间节拍独立工作。数据记录仪不间断连续采集并存储地震数据，放炮启动记录仪记录雷管起爆时间。在完成所有激发工作后进行数据回收，将所有设备构成总线网络，以放炮记录仪的放炮启动时间为0从数据记录中“裁剪”出各地震道，并形成单炮记录。
该套系统的特点有：1)系统轻便，设备小巧；2)不断布设较长的大线；3)不用布设通讯线；4)数据采集过程中无操作，自动连续记录；5)独立分散工作，不会发生一齐丢炮现象等。
 KDZ3114-Z-A KDZ3114-Z-B HDQS-100 图3-2 KDZ3114矿井分布式震波勘探仪系统设备图 4、应用案例
下面为该技术在淮浙煤电有限责任公司某煤矿的应用实例，探究槽波地震勘探与无线电波透视在煤矿生产中的综合应用。
4.1工区概况
工作面为南一1煤采区首采工作面，该工作面地面标高+18.2m～+24.3m，巷道标高-610m～-487m。工作面回风顺槽走向长1250m，13121上工作面胶带机顺槽走向长1190m，工作面倾斜长205m，工作面可采长度1046m。
4.2无线电波透视勘探现场施工布置
先从胶带机顺槽发射，回风顺槽接收。完成后从工作面外口交换发射机与接收机，改为回风顺槽发射，胶带机顺槽接收。每隔50m发射一次，共44个发射点，频率选用158Hz。每个发射点在回风顺槽对应11个接收点，共布置222个接收点。具体施工布置如图4-1所示。
 图4-1 无线电波坑道透视勘探现场布置示意图 4.3槽波勘探观测现场施工布置
回风顺槽及胶带机顺槽每隔10m标注一个标记点，作为本次工程的数据采集点，每隔20m施工一个炮孔，整个工程共计施工55*2+6=116个炮孔。
按照设计方案布置数据采集系统，依次放炮完成槽波数据采集工作，工作面槽波地震透视射线分面图如下图所示。
 图4-2 工作面槽波地震透视射线分面图 5、探测成果
5.1无线电波透视探测成果
在工作面坑透实测场强成果图中，实测场强最大值为50dB，平缓段均值在38dB，异常段最小值低于10dB。通过对比场强和吸收系数的强弱差异，在工作面退尺走向上划分出4处弱场强、高吸收系数异常段，在异常段中进一步细化出5处局部坑透异常区，编号为KTYC1~KTYC5，具体分析解释见表5-1。
表5-1 工作面坑透解释一览表   图5-1 工作面坑透实测场强成果图  图5-2 工作面坑透衰减系数成果图 5.2槽波地震勘探成果
对于已揭露断层需进一步确定断层在面内的延展走向和延展长度，并评价其对回采的影响程度在工作面巷道掘进过程中，胶带机顺槽共揭露断层6条，切眼揭露断层1条，回风顺槽揭露断层3条，其中落差大于煤厚的断层1条(FS466∠48-55°H=8.1m)其余断层落差均较小，均小于1/4煤厚。本工作面为分层开采煤层，两顺槽巷道跟顶掘进，所揭露断层多为断顶断层，巷道煤层下分层断层未能揭露。详细描述见下表。
表5-2 13121上工作面已揭露断层解释分析表  本工作面未揭露构造来自于面内以及巷道煤层下分层底板，共解释未揭露断层构造10处，其中新增解释面内未揭露断层8条(PBF1～PBF4，CBF1～CBF4)。详细描述见下表。
表5-3 13121上工作面未揭露断层解释分析表  槽波透视解释分析过程首先将槽波衰减系数、P波速度成像结果与实测巷道地质剖面进行对比，沿巷道逐点对比其与巷道所揭露的岩性、构造的对应性。若巷道为煤层则衰减系数小，速度低，如受构造或煤层变薄影响巷道为全岩或部分岩石时衰减系数和P波速度相对增大。通过对比，可验证衰减系数和速度成像的正确性，只有在成像结果与巷道实测岩性、构造大体对应时才能用于面内解释；另通过对比可总结出煤层变薄或构造影响带的衰减系数特征，确定异常划分标准。根据所确定的异常标准，沿工作面巷道走向宏观划分衰减系数异常区。分析异常区的形态和走向，如条带状、面状等，沿倾向或沿走向。进一步分析能量传播路径与阻断特征，在微观上分析异常分布形态，并推断引起异常的地质因素。本次槽波地震勘探成果如下图。
 图5-3 工作面槽波透视衰减系数成果图  图5-4 工作面P波透视速度成果图 6、成果验证
图6-1 工作面槽波与坑透探测综合解释成果图  图6-2 工作面回采实际揭露构造图 综合对比无线电波透视与槽波地震探测成果可以发现，无线电坑透对近走向的地质异常体响应较差，且异常表现多成条带状，槽波地震探测由于槽波是煤层导播携带煤层全部信息的特殊性，其圈定的异常范围更加精确、边界更清晰。槽波地震具有明显优势：探测距离大、异常形态、位置及边界清晰准确。
7、结束语
通过对比工作面的槽波地震探测成果与无线电波透视探测成果，结果表明，坑透能够探测有效探测回采工作面大型地质构造整体发育区域、槽波能够精细化探测，通过两种方法综合探测能够更加精准探测，综合使用这两种物探技术所取得的物探成果能够达到更加理想的效果，对安全生产有重要的意义。
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