无线电波透视快速勘探技术及其应用

　　肖玉林，吴荣新，张平松，郭立全
　　(安徽理工大学 地球与环境学院 安徽 淮南 232001)

    摘要：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。但也存在现场观测系统单一、耗时长、接收操作员劳动强度大等缺点。通过对无线电波透视技术现场观测系统的改进，提出“一发双收”数据采集方法及数据校正处理技术。由于“一发双收”的数据是由两个接收机同时接收，因此其数据必须经过校正才能使用。在数据采集中：一是要求两台接收机在一条测线同一地点的场强值差别很小;二是要求做到数据采集中至少存在一个重合接收点。且其重合点数据比值应在0.98-1.02范围内。“一发双收”数据使用无线电波透视CT软件系统处理软件进行拼接，若数据曲线出现阶梯跳跃，则应把低值(或者高值)乘以该重合点数据的比值以保证曲线平滑。在张集煤矿1114(3)工作面探测实践中，使用该技术探测画出其工作面存在三个主要异常区：l#异常区在退尺20-100m处为断层影响区：2#异常区退尺480-560m处为断层影响区;3#异常区在退尺1200-1300m处为断层和薄煤影响区。目前该工作面探测区已经回采，探测结果与实际回采验证结果比较吻合，说明一发双收的探测方式可行。
    关键词：无线电波透视;“一发双收”观测系统;地质构造
　　无线电波透视技术(又称坑透)是煤矿中常用的一种物探勘探技术，它对工作面内陷落柱、断层、薄煤区等地质异常体探查效果良好。无线电波透视技术与地震和直流电法比，具有仪器轻便、非接触式探测、透距大和成本低等特点^【l-3】。矿井下无线电波透视在两巷道间进行，如在回风巷布置发射点，向煤层中发射某一频率的电磁波。在运输巷安置接收机观测电磁场场强H信号，电磁波在煤层传播中遇到介质电性变化时，电磁波被吸收或屏蔽，接收信号显著减弱或收不到有效信号，如沿巷道多点观测，形成所谓的透视异常。发射点和接收点可布置在回风巷、运输巷等易于通行和干扰较小的地段^【4-5】。
　　目前无线电波透视技术在煤矿探测应用时，其数据采集基本都是采用定点法，即一台发射机在巷道一个点固定的发射时，接收机在对另一个巷道的相应接收点.这样的收发式，可以称为“一发一收”(图1)。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10-12个点，接收仪器操作员一个发射点接收场强值需要行走100m，然后再退后50m。发射点距50m时，发射仪器操作员行走50m.接收仪器操作员行走150m。这种收发方式一个工作日可以完成退尺1000m左右工作面的数据采集。但对走向长度超过千米工作面必须安排两天以上下井测试。现场占用时间较长。为了能够在一个工作日完成采集退尺2 000m左右的工作面，课题组对数据采集系统加以改进，提出“一发双收”的观测方式(图2)。

　　图1 定点法“一发一收”方式示意图　

　　1 “一发双收”观测方法
　　“一发双收”方式的目的是提高现场工作效率，可在一个工作日内完成长度1 500-2 500m工作面，充分利用发射机。一台发射机正常工作时间在5个小时以内，只有一台接收机在接收数据，很多时间发射是不能充分利用。“一发双收”装置是由一台发射机和两台接收机组成，其中两台接收机需要校正，在同一点接收的场强值应该一致或差值低于ldB。“一发双收”方法，即一台发射机发射，两台接收机接收数据，每台接收机只采集一半数据。接收机操作员可以不用往回走或者往回走的很少，这样可以大大缩短探测时间、减轻操作员的劳动强度，保证仪器正常工作。以2 000m的工作面为例，两种数据采集方式主要参数比较(表1)。可以看出来，一发双收较一发一收具有接收操作员行程少和探测时间少的优点。但是，一发双收比一发一收需要多一个接收仪器操作员。

　　　　2 “一发双收”数据校正方法
　　“一发双收”的数据是由两个接收机接收，而两台接收机接收的数据必须经过校正才能使用。在地面和井下调制两台接收机，发射机发射相同的场强，两台接收机在一条测线同一地点的场强值要求差别很小。在“一发双收”方式数据采集系统中至少有一个重合接收点，该点接收的数据就是用来校验。取出探测工作面重合点数据，对应的重合点两个数据做比值，比值应该在0.98-1.02，否则该组数据可信度较低。“一发双收”数据使用无线电波透视CT系统处理软件进行拼接，数据曲线没有出现阶梯跳跃，可以直接使用。如果数据曲线出现阶梯跳跃，把重合点数据做比值，把低值(或者高值)乘以该比值使曲线平滑。
　　3 “一发双收”的应用试验
　　张集煤矿1114(3)工作面退尺长约1920m，面宽为170m;煤层为13煤，其厚度为3.1-5.8m，平均煤厚4.1m。该工作面煤层结构简单，适合使用“一发双收”装置采集数据。
　　现场在运输巷和回风巷共布置48个发射点。对每个发射点接收22个实测场强值，每台接收机采集11个数据，其中在同一个接收点的数据是做校验值，不能跳跃太大。发射点间距平均为80m，接收点间距10m，每个发射点对面巷道200范围接收场强值。从实测场强曲线图(图3)可以看出，两台接收机采集的数据没有出现跳跃，说明两台接收机采集的数据误差很小，数据是有效的。其结果表明，现场工作效率提高一倍，数据量增加一倍，为数据处理提供基础。

 

　　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(图3)、实测场强交会成像图(图4)和SIRT迭代CT成像图(图5)表示^{【3-4,6-8】}。

　　图4 实测场强交会成像图　

　　从图3-图5分析：退尺0-100m、480-560m和1 200-l 300m段表现为较高的电磁波吸收系数。主要为断层或裂隙影响。参考巷道已经揭露的地质条件，探测画出该工作面三个主要异常区：l#异常区在退尺20-100m处为断层影响区;2#异常区退尺480-560m处为断层影响区;3#异常区在退尺1200-1300m处为断层和薄煤影响区。目前该工作面探测区已经回采，探测结果与实际回采验证结果比较吻合，说明一发双收的探测方式是可行的，为无线电波透视提供了一个新的数据采集方式。
　　4 结论
　　①“一发双收”方式数据采集方法是可行的，为今后无线电波透视的数据采集提供了一种新的方式。
　　②对于工作面大于l 500m采用“一发双收”方式。可以大大的缩短探测时间，减轻接收操作员的劳动强度，提高劳动效果。
　　③“一发双收”方式还需在矿井中不断实践，比如对两台接收机之间的仪器校正，在数据处理及适用条件等方面还需加强研究。

参考文献：
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