无线电流透视法在煤矿中的应用.pdf

第3 0 卷 第 7 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 2 年7 月 无线 电波透视 法在 煤 矿 中的应 用 张红果，李占文，邹海滨 大同煤矿集团公司 云冈矿地测科 ，山西 大同0 3 7 0 1 7 摘 要 介绍 了无线电波透视法在煤矿 中的工作方法及各种地质体在综合 曲线上的异常特征。 关键词 无线电波透视 ；技术原理；适用条件；资料分析 ；综合 曲线 中图分类号 T D 1 7 8 文献标识码 B 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 2 0 7 0 0 2 8- 0 3 Ap pl i c a t i o n o f r a d i o wa v e t r a n s mi s s i o n i n c o a l m i n e Z HANG Ho n g g u o ，L I Z h a n we n，Z OU Ha i b i n Y u n g a n g Mi n e S u r v e y D e p a r t m e n t ， Da t o n g C o a l Mi n e G r o u p C o r p ． ，D a t o n g 0 3 7 0 1 7， C h i n a 预先探 明待采工作面的地质构造 以保证采煤特 别是综采的顺利进行 ，是矿井地质工作 中的重要任 务。随着采煤机械化程度的提高，要求在采前探清 待采工作面内的地质构造及地质现象 的程度越来越 高。只局限地应用传统的地质手段和方法已不能很 好地适应现代化采煤的要求。针对这种情况 ，大同 煤矿集团公 司引进 了一批无线 电波透视仪器 WK T F 3，应用无线 电波透视法在 各矿 井下进行 了探 测陷落柱 、断层及其它地质构造的试验 ，取得了 良 好的效果。 1 无线电波透视法的技术原理 无线电波透视法 ，俗称坑透法 ，是根据电磁波 在地下岩层中传播时，由于各种岩层和煤层的电性 电阻率P和介电常数 的不同，它们对电磁波 的吸收不一致的原理，来探测待采工作面内的地质 异常体。当在工作 面的一侧 向另一侧发射 电磁波 ， 若其间存在着低于煤层电阻率的地质构造时，电磁 波能量就会被吸收或完全屏敝，使信号显著减弱或 收不到信号 ，从而形成一个 “ 阴影区”，交换发射 机与接收机 的位置 ，测得 同一个 异常体 的 “ 阴影 区” ，即为所要探测的异常体的位置和范围。 2无线电波透视法的特点 无线电波透视法具有仪器轻便 ，便于携带 ，操 作简单 ，所需工 作人员少 一 般 4 5人 ，透视 距 离 1 5 0～2 2 0 IT I 又足 以穿 透整个工作 面等优 点。但井下存在的金属支架 、接地铁轨 、风管 、特 2 8 别是 电缆及其它金属导体 以及动力设备 ，都可能给 透视工作造成干扰 ，因此实际坑透工作时必须采取 一 些有效的抗干扰措施 。如果 由于条件的限制 ，有 些干扰确实不能排除的 ，在分析资料 时加 以考虑 。 3煤矿井下的工作方法 3 ． 1井上准备工作 在透视工作前 ，要做一些准备工作 。首先对坑 透工作面中的干扰体进行调查 ，了解坑透工作面 中 的电缆、金属管道、电器设备，主要人工导体的分 布以及巷道高度、支护材料、瓦斯浓度等情况，并 针对干扰体制定 出一套有效的抗干扰措施。其次要 对工作面内已揭露 的地质体进行调查 。如调查工作 面内已揭露的地质构造 、水文地质条件等 ，在分析 坑透资料时可参考这些 已知的地质因素 。 在实际透视工作前 ，还要选择一种适合实际情 况的观测方法 ，这一点很重要 。关 系到坑透工作的 成功与否。井下观测方法有同步法和定点法 2种。 1 用同步 法观测 时 ，发 射天线 和接 收天线 分别位于不同的巷道中，同时作等距离移动 ，逐点 发射和接收 。当工作面长度较大 ，且两条巷道基本 平行，人工干扰体又不能彻底消除的情况下 ，就可 以选择用 同步法进行观测。采用这种观测方法 ，因 为透视距离大体相等 ，各处干扰情况相近 ，接收的 又是穿煤层而过的直接波 ，避免接收各种干扰体形 成的绕射 、反射 、散射波 ，可确保接收场强值的真 实可靠性 ，有利于资料的分析。但是用这种方法观 测 ，容易形成盲区 ，有漏测的可能 。 维普资讯 第3 0 卷 第 7 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 2 年7 月 2 用定点 法观测 时 ，发 射机 的位 置在一定 的时间内相对固定 ，接收机在一定的范 围逐点观测 其场强值 ，即定点发射 ，多点接收。当工作面长度 不大 ，形 状不 规则 ，人 工 干扰体 又可排 除的情 况 下 ，就可以选择用定点法进行观测 。采用这种观测 方法 ，可对工作面全面覆盖两次 ，不留盲区 ，并能 运用两巷定点交汇法 ，根据坑透综合曲线图 ，具体 确定地质异常体 的性质和空间位置及大小 ，便于有 目的地进行钻探验证 ，且投资少 ，见效快 。定点法 是井下常用 的观测方法。 综上所述 ，2种方法各有优缺点 ，在选择 观测 方法时 ，一定要根据所调查的实际情况 ，选择一种 合理 的观测方法。只有方法选择得当 ，获得的坑透 资料才准确可靠 。选择好 了观测方法后 ，就可 以布 置发射点和观测点 了。 同步法 的布点方法简单 ，首先在透视工作面平 面图 1 1 0 0 0或 1 2 0 0 0 上 布点 ，从巷道 口起 始 ，点号从 1 、2 、3 ⋯标 到另一巷道 口止 ，不得有 漏号和重号 ，上下巷道点号对应布置 。观测点间距 一 般为 1 0 m，发射点 间距一般为 5 0 m，也可根据 需要加密或 加大间距 ，每个发射点 可相应 观测 1 0 1 5个点 ，呈扇形观测 网 ，每个 发射点都 有若干 重复观测点 ，以便交汇异常区。 3 ． 2井下实际工作 井下实际工作时一般需发射机操作员 1人 ，辅 助人员 12人 ，接收机操作人 员 1人 ，记 录员 1 人 。发射 与接 收开始工 作时 ，准确对 好工作 时 间 表 ，作好记录。 在透视工作之前 ，先选择地质条件正常 ，无干 扰和干扰因素少 的地段 ，布置 12个发射点进行 透视条件试验 ，以求取该发射机的电磁波在工作面 的初始场强值 和最大穿透距 离及煤 层的吸收系 数 卢。 透视工作时 ，把发射机框形天线 与巷道平行 ， 悬挂成 四边形 ，接收机环形 天线直 立 注意接 收 机应放置在远离金属导体的地方 ，环面始终 面向 发射机方位 ，即观测场强最大值方向 ，把观测到的 数据记人 已设计好 的表格 内。 4无线电波透视资料的整理与解释 无线 电波透视资料 的解释方法有综合曲线法和 成析层像法 ，云冈矿全部采用 的是综合曲线法。 4 ． 1 综合 曲线法的解释原理 将各接收点 实测场强 值 与相应 的理论 计算 场强 值 经条件试验取得计算场强值 进行对 比，取得 的数据称为衰减系数 ，即 叼 H／ Ho 或 l g叼 l g Hl g n o 取接 收点点位为横坐标 ，取 、 和 叼的对 数或算术值为纵坐标 ， 将 同一发射点对应接收点的 实测场强 H值 ，理论强场 值和衰减系数 叼值按 比例绘制成图 ， 就得 到关 于 、 、叼值的 3条 曲 线 ，称 为综合曲线图。 在均匀各向同性介质中，实测场强等于理论场 强 ，即 H no， 1，l g 0 但是 ，由于煤层 的非均一性 ，一般 值接近 1 或 0 而不等于 1 或 0 。当遇到 值远离 1 或 0时，即出现负分贝值，说明在透视距离内，遇到 了地质异常体 ，据 值的变化 ，并参考实测强场 和理论场强 曲线 ， 分析异常体的性质并对其进 行解释。 4 ． 2 综合曲线法的解释方法 根据在 值曲线上显现的异常，可确定 出异 常体的边 界 点 或 中心 点 ，将 边 界点 或 中心 点 与对应 的发射 点相 连 ，此线表示 异常体 的几 何阴影范围 或 中心点 。根据 多条这样 的连线交 汇 ，就可圈定出异常体的大致轮廓 。这种方法简便 而直观 ，可以在现场快速作出初步推断。 5各种地质异常体在综合 曲线上 的异常特 征 5 ． 1 陷落柱的探测 由于陷落柱和煤层接触的界线 比较 明显 ，而且 和煤层的电性差异大 ，所 以利用无线 电波透视法 ， 不但可以区分正常区和异常区 ，而且可以比较准确 地确定出工作面内陷落柱的位置和大小 。 5 ． 2 陷落柱在综合曲线上的异常特征 低 阻陷落柱 ，其衰减系数与实测场强曲线呈漏 斗形 ，或因透视 距 离关 系呈半 漏 斗形 或 “ V” 字 形。接近 陷落 柱时 ，叼值 开始减 小 ，进入 陷 落柱 中，叼值 降低至 最小 。实践 中发 现 ，进 入 陷落柱 时 ，往往 叼0 ． 1 ，煤与 陷落 柱的交界 面在 曲线 上反映出一个 明显的拐点。如 图 1所示。 29 维普资讯 第3 0 卷 第7 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 2 年 7 月 图 1 陷落柱 综合 曲线 5 ． 2断层的探测 断层破坏 了煤层的正常结构 ，使煤层发生 了错 动和位移。在断层 附近煤层破碎 ，裂隙发育 ，电磁 波遇到各种界面便产生折射、反射或散射等物理现 象 ，造成能量损失 。 5 ． 2 ． 1 断层在综合 曲线上 的异常特征 断层在综合曲线上的反映一般是 7 小于 1的低 值异常，如果煤层在层理方向上 电性变化不大 ，且 正常场强确定 比较准确 ，则 l g 7 小于 一 5，即可能 进入异常区。但是由于断层产状 复杂 ，大小长短悬 殊，落差随走向变化，发射点与断层之间的相互位 置多变，所以断层反映在综合曲线上，衰减不如陷 落柱显著，但情况却比陷落柱复杂。 5 ． 2 ． 2 落差有变化的断层在综合 曲线上的异常特 征 当电磁波穿越这种断层时 ，衰减增大 ，曲线变 陡 ，出现 “ 拐点”或 “ 突变点 ” 。这个特点往往 是 反映进入断层的重要依据 ，如图 2所示 。 图2 断层综合 曲线 当断层落差变化不大时，电磁波穿越断层 ，曲 线变陡 ，穿越断层后 ，场强又基本按正常煤层吸收 系数衰减 ，l g 7 曲线 由正常煤层 中近于 0，过断层 衰减一定数量后 ，又在某一值上下摆动。 30 当接收距离增大方向与断层落差减小方向一致 时 ，电磁波穿过断层 ，l g 7 曲线突然下 降 ，随着远 离断层 ，l g 曲线又慢慢 回升 ，接收距离进一步加 大 ，收 、发问电磁波途径脱离断层尖 灭后 ，l g叼曲 线又近于 0。 当接 收距 增大 方 向与 断层 落差 增大 方 向一 致 时，lg田曲线负值越来越大，甚至无信号。 5 ． 2 ． 3 隐伏断层在综合 曲线上 的异常特征 发射点和接收点分别在断层的两盘时 ，实测场 强 日低于理论场强 值 ，l g卵出现低值反应 ，其 大小与断距大小有关。对于走 向不长 ，断距较大的 隐伏断层 ，呈现明显的槽形曲线。 5 ． 3 煤层厚度变化的探测 5 ． 3 ． 1 煤层厚度变化在综合曲线上的异常特征 当煤层厚度变化不大 、影响范围较大时 ，在综 合 曲线上 的异常与断层相似。当煤层完全或接近完 全被冲刷 、影响范围较小时 ，在综合 曲线上 的异常 与陷落柱相似。 5 ． 3 ． 2褶 曲在综合 曲线上的异常特征 工作面内的小褶曲构造，透视曲线也有明显的 异常反应。如发 射点 与接收点 分别 位于褶 曲两翼 时，则 l g 7 曲线会 出现类似 于陷落柱 的异常 曲线 特征 ，l g叼值变化 比较大。 5 ． 4 火成岩在综合曲线上的异常特征 火成岩与煤层的电性差异大，火成岩体的种类 又多 ，产状复杂 ，电性变化大 ，反映在透视 曲线上 的变化也大，即有可能出现低值异常，又有可能出 现高值异常，给资料的分析带来一定的困难。因此 坑透探测火成岩 ，在推断解释时 ，应根据具体情况 具体分析。 6结 语 无线 电波透视中 ，对于造成电磁场变化 的各种 地质构造，都反映出异常，但有的构造如陷落柱 ， 透视异常曲线特征明显 ，有的构造在某些条件下 ， 异常曲线较难分辨。因此，要想确定异常体的性质 及具体位置，还得结合各矿区构造发育特征，结合 传统手段和已揭露 的情况 ，综合分析 ，找 出规律 。 作者简介张红果 1 9 6 7一 ，女，山西怀仁人 ，工程师，从 事水文地质工作。 收稿 日期2 0 0 2 0 2 0 9 ；责任编辑王宗禹 维普资讯