应用坑透法探测采煤工作面内的含水构造.pdf

应用坑透法探测采煤I 工作面内的含水构造 刘世勋 ( 神华能源股份有限公司神东煤炭分公司生产技术部神木7 1 9 3 1 5 ) 摘要坑透法( 亦称无线电波透视法) 广泛应用于煤矿井下采煤工作面内含水构造的探测，井 取得了较好的地质效果作者介绍了坑透法探测工作面内含水地质构造的原理、方法技术以及资 料处理解释方法，并通过应用实例来说明其应用效果． 美键词坑透法含水构造探漫i 引言 预先探明采煤工作面内的含水构造以保证安全采煤．特别是综采的顺利进行．是矿井地 质工作的首要任务坑透法( 亦称无线电波透视法) 作为一种矿井物探手段，在我国煤矿已 经得到了比较好的推广和应用多年的实践表明，坑透法在条件适宜地区，能够发现和确定 引起电性变化的一些地质构造，为煤矿生产提供比较准确的地质资料 在陕西韩城矿区的应用表明，采用坑透法探测采煤工作面内地质构造特别是含水构造，其 效果是明显的 2 坑透法探测原理及方法技术 电磁波在地下介质中传播时，由于各种岩、矿石电性的不同，它们对电磁波能量吸收不 同在高阻岩层中，电磁渡能量损失较小} 而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 量损耗。

因此在煤矿井下，当在采煤工作面的回风巷或运输巷中布置发射点，向煤层中发 射某一频率的电磁波，电磁渡穿过煤层途中遇到含水断层、陷落柱或其他地质构造时，其能 量被吸收或完全被屏蔽，则在采煤工作面的另一巷道中只能收到微弱信号甚至收不到透射信 号．形成所谓的透视异常( 阴影区) 研究采煤工作面内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，从而进行地质推断及解释这就是坑透法的基本原理 通常，坑透法测量的是某一固定频率的透射电磁波的磁场或电场的振幅分量电磁波在 地下介质中传播除随距离几何衰减外，不同介质对电磁波吸收作用的强弱也不同对于井下 坑透法采用偶极子天线发射，在介质中任意点的磁场为 Ⅳ= H 譬s i n 口 ( 1 ) 式( 1 ) 中H 为介质中某点的实测场值，p y ；H o 为初始场强，P 矿；．9 为介质的吸收系数， 奈培／m ；0 为发射天线轴与观测点方向间的夹角 显然，Ⅳ随r 、p 而变化，卢是使H 发生变化的主要因素经推导可以得出卢的表达式为 一】0 4 — 卢一Ⅲ√卢e √l ／2 [ ( 1 + ∥／“一) “2 一1 ] ( 2 ) 由式( 2 ) 可知，卢是介质电磁参数d 、e 、卢及角频率叫( Ⅲ一2 n f ) 的函数。

当工作频率- r 较 低时，卢随，的增加变化明显；在高频情况下，卢值变化不明显，达到某一极限值后趋于饱和， 且P 越大，其极限值越小当介质电阻率P 较低时，p 值主要取决于P 和， 因煤层与其顶、底板岩层的介电常数差异较大，所以在煤层与岩层的交替处或煤层厚度 变化处．会发生p 的显著变化，进而引起H 的变化 坑透法的井下观测方法有同步法和定点法两种方式同步法是发射天线和接收天线分别 位于不同巷道中，同时等距离移动，逐点发射和接收同步法发射点移动频繁，不易做到发、 收同步，工作效率低，较少使用定点法是发射相对固定于巷道中预定的发射点位置上，接 收机在相邻巷道一定范围内逐点沿巷道观测场强值，也可以交抉发射与接收位置进行观测定 点法工作效率高，是通常使用的方法 3 坑透法资料处理与解释 坑透法资料处理主要有综合曲线法和交会法在神东矿区我们主要采用综合曲线法 将各接收点实测场强H 与相应的理论计算场强凰进行对比，取得数据称为衰减系数7 ，即 口一H ／Ⅳo ( 3 ) 在无限均匀、各项同性介质中，实测场强等于理论场强，7 一l 但由于地层的不均匀性，即使 在正常的地层中．7 只是接近于1 而遇到异常情况，7 值将远离1 。

因此，可以根据々值的大 小，曲线形态．结合地质情况，分析异常的性质，作出相应的推断解释 以接收点点位为横坐标，以H 、H o 和_ 为纵坐标，将同一发射点对应接收点的实测场强 值、理论场强值及衰减系数按比例绘制成图，可得到3 条曲线，由这3 条曲线组成的图称为 透视综合曲线图根据图中曲线上显示的异常，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．此线就表示异常体的几何阴影范围根据多条连线交汇，就 可以圈定出异常体的轮廓 4 应用实例 下面介绍一个在陕西韩城矿区探测含水陷落柱的实例 探测工作面长9 6 0m 、宽1 7 0m ，煤层稳定，倾角6 平均厚度3 ．5m 为探测采煤工作 面内的含水构造，采用坑透法进行探测 井下探测工作布置如图1 所示现场工作发射点距2 0m 、接收点距1 0m 、工作频率1 M H z ，采用1 6 次定点覆盖测量图2C a ) 、( b ) 、( c ) 、( d ) 分别为不同点发射得到的场强曲 线可见，图2 ( a ) 、( b ) 、( d ) 均有低阻异常反映；而图2 ( c ) 的曲线近似于理论曲线，表 明在发射到接收范围内不存在低阻含水构造。

图3 是用综合曲线法对图z 中的曲线进行分析 解释推断的结果后来，在采煤过程中，在坑透圈定位置存在直径约3 5m 的充水陷落柱由 于矿方根据坑透资料在圈定异常范围采取了防治水措施，保证了工作面的安全回采可见， 坑透法在该工作面的安全回采中起到了指导作用 i 0 5 —— 1 0 6 帆巷 圉l 井下坑透法工作布置围 ＼，．m， 、 ⋯／ ＼ ／ 7 ＼／ 1 ／ ～／～7＼ ／ ＼ } i l 沮 ，一7 一＼J 一、 ／ ／ ／ ／ 、 ／ i ／ 、／ 图2 井下坑透法实测场强曲线 ¨4 1 ¨¨i ⋯⋯¨1 ⋯¨I l lz “ 】¨ 围3 井下坑透法推断解释成果 。