多频无线电坑透技术在煤矿地质构造探测中的应用

多频无线电坑透技术在煤矿地质构造探测中的应用

王传永 

河南能源永煤公司城郊煤矿  河南永城  476600

摘要：煤矿井下回采面的煤层变薄区、断层、陷落柱等地质构造会影响煤矿开采安全。所以需要借助科学的探测技术对煤矿生产区地质构造进行准确探测。地下岩层中，电磁波在进行传播时，因为矿石电性、岩石电性存在差异，其吸收电磁波能量的程度也存在差异，低阻岩层在电磁波方面吸收作用较为突出，若是电波前进过程中遇到断裂构造截面，则电磁波就会产生折射以及反射作用，进而产生能量损失。所以，在煤矿生产井中，电磁波在煤层中传播时若是遇到陷落柱、断层以及其他构造过程中，可以完全屏蔽或是吸收电磁波能量，接受想到若是无法接受投射信号或是信号较为微弱，则可以视为透视异常。本文介绍了多频无线电坑透技术概述，阐述了技术优势，并分析了该技术的实践应用状况，希望能够为相关人员提供参考。

关键词：无线电坑透技术；煤矿；地质探测

    煤矿的地质条件非常复杂，在煤矿中顶底板岩层、主采煤层的破碎带、褶曲以及内断层地质构造发育较为广泛，周边岩媒体缺乏完整性、存在位移以及破碎，极易产生外丝异常带以及应力集中区等不良区域，在采掘作业不断发展过程中，会出现水害、瓦斯突出等问题。要想充分提升生产安全，在采掘工作面，应该对煤层中薄煤带、陷落柱以及断层等部位煤厚变化以及赋存状况进行探测，对异常范围以及异常部位进行圈定，为灾害治理以及安全生产等提供依据[1]。

1.多频无线电坑透技术概述

1.1方法原理

该技术主要是以高频无线电波对于地下各个介质传播过程差异性衰减状况为基础，对介质特征进行判断。电磁波位于地下并在介质中进行传播过程中，陷落柱、破碎带、断层以及其他异常体截面会导致电磁波出现折射现象以及反射现象，进而引发能量损耗问题，进而产生电磁波能量衰减区，借助对各个衰减区强弱、范围等忒堤岸，并根据地质资料展开综合判断分析，能够对回采面中薄煤带、陷落柱、断裂构造带具体部位以及其他岩性变化情况进行有效判断。

1.2技术工艺

对于该技术，对接收机与发射机的时间进行同步设置，接收机与发射机之间同步运行。并且，该技术选择坑道电磁波技术中定点法，该技术具有多点接收、定点发射以及其他特点。开展探测工作过程中，在一定时间中，发射机位置相对固定，同时接收机基于一定范围对其场强参数逐点观测，常用于井下观测工作中。特别在不规则形状的回采面中具有显著探测优势。选择该观测手段，能够覆盖2次回采面全面，保证不会出现盲区现象，同时可以借助两岗定点交汇法并结合坑透曲线图，对地质异常体尺寸、空间位置以及性质进行确定，能够为钻探验证提供指导与参考，效率快速，探测成本低[2]。

2.技术优势

2.1多种频率同时探测，有效保证施工效率

相比于传统单频无线电坑透手段，其一次能够开展多个频率信息采集工作，充分降低各个频率之间反复探测频率，有效减少工作量与工作强度，充分缩短物探现场实际施工时间，有效保证信息采集效率，充分提高一次性数据收集效果，降低对矿井产生的影响。

2.2多频采集能够充分提高数据多样性

自动分时段以及发射机定点、发射各种频率电波信号是该技术的核心内容，同时接收机自动分频、对应时段以及定点对相应频率电波信号进行接收，一次性开展不同频率数据信息采集任务，具有数据量大以及参数种类多等优点，为再聊精细化解释、多样化处理等提供良好依据。

2.3对比多种成果，强化探测精细度

该技术在开展一次探测工作时，可以对不同频率坑透数据进行采集，兼顾“数据分辨率高”以及“穿透距离远”等优势，可以充分防治由于采用的坑透信号煤层穿透性差、频率过高以及工作面过宽等原因对探测精度产生严重影响，通过对比分析不同频率的数据信息，充分提高原始数据质量以及数量。对比不同数据信息，不同结果之间相互校正，可以实现综合分析以及解释补充等目标，能够充分确保探测距离基础上，充分提升探测精度[3]。

3.工程实例

2020年7月31日对C矿井Z201回采工作面开展多品无线电坑坑透探视，在进风巷以及回风巷进行发射点以及接收点布置，接受点距设计为10m、发射点距设计为50m，发射点可以对应11个接收点，在一条巷道中进行定点发射处理，另一条巷道同步接受，在一条巷道完成发射任务之后，对接收机和发射机进行对调，再次开展探测工作。

现场数据信息的采集工作，由停采线方向不断朝着切眼方向开展。在一个顺槽发射工作与接收工作完成后，在切眼位置展开交换，之后对另一个顺槽开展发射以及接收工作，开展交汇处理，嘴周实现Z201回采面坑透采集工作。

选择无线电波透视CT软件反演探测数据，通过场强分布图与曲线图表示反演结果。见下图。

图1  Z201进风巷场强曲线

图2  Z201回风巷场强曲线

其中，红色调属于大测试值，蓝色调属于小测试值。

图3 测试解释图

上图是Z201回采面多频无线电波坑透测试数据结施图，随着蓝色区域深度不断增加，场强数值不断减小，体现出该部位煤层的无线电波不具备良好穿透能力，差异性问题较为突出，所以能够科学判定其内部构造与特征。其中各段结果和测试曲线之间并无较大差异

[4]。

通过图1、图2以及图3能够发现：（1）Z201回采面的进风巷327m—365m、回风巷327m—365m区间，场强数值基本上保持在50db范围内，说明该位置煤岩层的无线电波并不具备较强穿透能力，回采面煤岩层可以吸收大量无线电波，设定为YC-1（物探异常区），根据地质资料与现场情况，分析确定YC-1是由于煤岩层破碎造成的影响，会严重影响回采面。第二，Z201回采面的进风巷、回风巷在470m—530m之间，场强数据基本上在50db以内，体现出该位置无线电波不具备较强的透视能力，回采面煤岩层会稀有大量无线电波，设定为YC-2（物探异常区），根据地质资料与现场情况，分析确定YC-2是由于煤岩层破碎造成的影响，会严重影响回采面。第三，Z201回采面的进风巷、回风巷在570m—615m之间，场强数据基本上在50db以内，体现出该位置无线电波不具备较强的透视能力，回采面煤岩层会稀有大量无线电波，设定为YC-3（物探异常区），根据地质资料与现场情况，分析确定YC-3是由于煤岩层破碎以及陷落柱造成的影响，会严重影响回采面。

4.结语

因为无线电波坑透技术是一种间接物探技术，分析成果主要依据围岩视电阻、工作面煤层等电性特征进行推断，井中环境可以造成围岩电性以及煤层变化的问题较多，所以解释成果可能会出现误差与多节性现象。以坑透探测信息角度分析，虽然Z201回采面地质构造与煤层赋存较为简单，然而根据“以物探为基础，结合化探，通过钻探验证”的原则，应该在接近坑透异常区基础上展开钻探验证工作，进而对异常区具体范围与地质性质进行确定，以此为基础科学制定安全回采策略。

参考文献：

[1]赵倩. 综合地质勘探在回采工作面构造发育区域精细探查中的应用[J]. 山西能源学院学报, 2021, 34(02):3-3.

[2]张良;. 浅析钻探技术在寸草塔煤矿地质构造探测中的应用[C]// 中国煤炭学会钻探工程专业委员会2017年钻探工程学术研讨会论文集. 2017.

[2]林烜立. 第二型频率范围中新无线系统信道状态信息参考信号为基础之波束故障侦测及无线电链结监视技术:, CN112425253A[P]. 2021.

[4]王一伟. 塔山矿二盘区地质构造的研究分析——基于大透距无线电坑道透视技术[J]. 能源与节能, 2016(04):3-3.

作者简介:王传永，男，汉族，1985年10月出生，安徽蒙城人，本科，高级工程师，现从事煤矿地质、防治水工作。