无线电波透视与槽波地震勘探在煤矿生产中的综合应用

    吴春秋

    

    摘? 要：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，融合2项物探技术所取得的物探成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;煤矿生产

    中图分类号：TD76? ? ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A

    1 物探探测原理

    1.1 无线电波透视简介

    坑道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。

    1.2 槽波地震勘探简介

    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。

    2 0253工作面采前探测情况

    2.1 地质概况

    0253工作面煤层走向大体为NW—SE，倾向NE，煤层倾角为11°～39°，平均倾角30°，煤层厚度在1.8 m～3.0 m，平均2.6 m工作面走向长632 m，倾斜长136 m。0253工作面为南五区5煤层回采工作面，工作面范围为煤层向斜一翼，煤层倾角变化较大，介于17°～39°，在掘进过程中共揭露7条断层，全部为正断层，落差0.4 m ～3.2 m，对工作面回采均有一定影响，其中0253-F4 正断层N338°，落差1.2 m，倾角41°，掘进期间破顶板较多，0253-F7正断层 N351°，落差3.2 m，倾角75°，掘进期间巷道破板全岩对回采影响较大。

    2.2 无线电波透视探测

    2.2.1 工作面数据采集

    0253工作面無线电波透视探测井下共布置136个测点，风道68个，运道68个，测点间距10 m，发射点间距50 m，共26个发射点，探测方法采用定点法探测，即发射机相对固定，接收机移动100 m，每10 m读取一个数据，每个发射点接收11个数据。

    2.2.2 无线电波透视探测成果

    从坑透有关成果结果来看，整个工作面有异常反应区域有4处。Ⅱ#区域：风道545号测点附近，溜子道46-49号测点，所圈定区域实测场强值在-15左右，场强衰减值不大，分析受Ⅰ#区域内断层在采面延伸影响所致。

    Ⅲ#区域：风道540号测点，溜子道41-44号测点，所圈定区域实测场强值为-10～-15，场强衰减值不大，推测工作面内部存在煤层厚度变化情况。

    其余溜子道附近2处范围较小的异常区域是受探测时现场条件（如积水、电气设备）所致。

    Ⅳ#区域：风道535号测点附近，溜子道35-49号测点，从实际资料看是受2条断层影响，预计同时受采面内部煤层沉积影响。

    2.3 槽波地震探测

    0253槽波数据采集采用西安研究院自主研发的存储式无缆遥测地震仪（YTZ-3），采用反射与透射2种方法进行探测，共收集67炮数据。

    0253工作面槽波地震勘探共解释断层10条，新发现断层3条（CF1、CF2、CF3），修正掘进期间揭露断层7条（0253-F1至F7），修正了其在工作面内的延伸方向及长度，如图1所示。

    3 探测对比与结论

    3.1 无线电波透视与槽波地震探测成果对比

    综合2种物探探测成果，无线电波透视Ⅰ号区域与槽波修正断层0253-F4、F5、F6、F7位置相对重合，根据这2处探测成果0253-F7断层的延展方向较掘进期间推测成果向南偏移，2次物探探测结论一致。

    无线电波透视Ⅱ号区域在槽波地震成果图上无明显显现，与0253-F4、F5位置较近，所以Ⅱ号区域为Ⅰ号区域内断层在采面内延伸所致是比较符合实际的。

    无线电波透视Ⅲ号区域在槽波成果中无明显显现，靠近溜子道附近场强较低，综合认为受溜子道该区域煤层顶板破碎影响。

    无线电波透视Ⅳ号区域与槽波新增断层CF-2位置一致，但无线电波透视衰减强度不大，认为断层存在可能性较小，煤层厚度变化可能性较大。槽波成果中新增断层CF-1及CF-3在无线电波透视中无明显显现，预计其存在可能性较小。

    3.2 无线电波透视与槽波地震探测优缺点

    3.2.1 无线电波透视

    优点：从成果中可以看出场强衰减情况绝对值，根据其衰减强弱来判定构造影响还是煤层沉积影响;其操作简单，仪器轻便，数据处理自动化程度较高。无线电波透视属于电磁波探测，既可以探测地质构造及煤层赋存状况，又可以探测区域内的水文地质条件，其应用范围广，探测成果与其他物探成果对比性强。

    缺点：无线电波透视依然为电磁波探测，易受现场环境制约，现场电磁场干扰、皮带运转及水坑的存在等因素都制约着探测结果的准确性。另外，无线电波透视叠加次数较少，其探测成果精确度相对较低。

    3.2.2 槽波地震勘探

    优点：槽波地震数据叠加次数多，探测精度较高，对断层分辨性较强，对实践资料有较好的修正，现场条件对探测结果影响较小。

    缺点：因其属于地震波探测范畴，对水文等其他适合电磁波探测的地质体无明显显现，其探测结果与电磁波等探测结果难以对比。

    4 结语

    总体来说，将2种物探成果相结合，可以清晰掌握探测区域内地质构造发育情况，有效提高了物探探测成果准确率，去除伪异常。

    参考文献

    [1]孙吉益.无线电波坑道透视技术地质解析的局限性[J].河北煤炭，2008（3）：3-4， 10.

    [2]史勇，孙学国，任志浩.槽波地震看眼技术的实践与应用[J].山东煤炭科技，2014（1）：151-153.