YDT88矿用无线电波透视仪在大面宽急倾斜煤层中的应用

一 工程概况

1942回采工作面位于广旺集团赵家坝矿104采区一阶段东翼，上部为+340m水平3948（2）、3948、31248（2）、31248平巷及采空区，下部为未采区。工作面所采煤层为9号煤，9号煤为焦煤，煤层厚度在0.90m到1.30m之间，平均煤厚1.15m，夹矸1-2层，煤层厚度与煤层结构都较稳定，煤层平均倾角43.5°，属稳定煤层。该回采工作面走向长1050m，倾斜均长170m，最长202m左右。1942工作面顶为粉砂岩，直接底为泥质粉砂岩，见综合柱状图1-1。

图1-1 综合柱状图

本次采用无线电波透视法来探测1942工作面内地质异常体的赋存情况。主要探测任务为： （1）采用无线电波透视CT技术探测工作面内地质构造赋存情况； （2）查明巷道揭露落差大于1/3煤厚的断层延展情况； （3）查明工作面内落差大于1/2煤厚的隐伏断层赋存情况； （4）查明工作面内小于1/2煤厚的薄煤区赋存情况。 二 坑透基本工作原理方法 1、原理

电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性的不同，它们对电磁波能量吸收不同，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，也造成能量的损耗。因此，在矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其它构造时，波能量被吸收或完全被屏蔽，则在接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号，形成所谓的透视异常。研究采区煤层、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，从而进行地质推断和解释。 工作面电磁波透视法通过天线发射电磁波，在介质中任意点的磁场表达式可 表示为：

式中：H0—决定于发射功率和天线周围介质的初始场强； β—介质对电磁波能量的吸收系数； γ—观测点到辐射源的直线距离； sinθ—方向性因子，一般可认为等于1。

由于θ为发射天线轴与接收点方向间的夹角，现场工作时，发射天线轴采用垂向布置，与对面巷接收点的夹角，对于水平煤层

来说，θ始终为90°；对于倾斜煤层来说，发射点与接收点间连线的倾角相当于煤层的伪倾角，θ为90°与伪倾角之差，在偏心角α≤30°（偏心角为发射接收点连线与两巷垂线的夹角）的条件下，由于伪倾角变化很小，θ值可近似为常数。因此，对同一接收巷中实测场强值来说，sinθ可视为常数，因此任意点磁场：

把坑透工作面划分成有不同吸收系数的若干小单元（像元），每一小单元内可视为介质均匀的。根据多个发射点上所测场强值，利用SIRT算法(Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques，同时迭代重构技术)，计算矩阵方程可以反演各像元吸收系数值，从而实现工作面成像区内吸收系统反演成像。利用反演计算结果可以绘制成像区吸收系数等值线图和色谱图。 2、工作方法

本次井下探测（观测）方法为定点法，定点法是发射机相对固定于某巷道事先确定好的发射点位置上，接收机在相邻巷道一定范围内逐点沿巷道观测场强值。又称定点交会法。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11~21个点。如图2-1所示。

图2-1 无线电波坑道透视定点法发射与接收范围示意图

3、仪器设备

本次勘探使用YDT88矿用无线电波透视仪，YDT88矿用无线电波透视仪是由福州华虹智能科技股份有限公司联合相关高校院所，引进先进的数字通信调制、高速采集、嵌入式系统等技术开发完成的新一代无线电波透视仪。该仪器具有轻便灵活、智能高效、透视距大、抗干扰能力强、续航时间长等特点。同时基于仪器所形成的“一发双收”“一发一收”等现场工作方法，极大提高现场施工效率和探查精度。图2-2为YDT88矿用无线电波透视仪系统组成图。 三 施工布置与数据采集 1、现场观测系统布置

本次无线电波透视工作采用YDT88矿用本安型无线电波坑道透视仪发射机和接收机为矿用本质安全型。YDT88无线电波坑道透视仪采用158KHZ的工作频率，观测方式为定点法。在观测前，预先安排好观测约定时间顺序，列出时间表格，观测时严格按时间表执行，发射机天线平行巷道，悬持成多边形，接收天线环面对准发射机的方向。测点布置情况见图3-1，在1942风巷共布置20个发射点，对每个发射点在1942运输巷接收11个实测场强值；在1942回风巷布置20个发射点，对每个发射点在1942运输巷接收11个实测场强值。

其中发射点间距为50m，接收点间距10m。

图2-2 YDT88矿用无线电波透视仪系统组成图

图3-1 无线电波透视法现场探测布置

2、数据质量评述

本次数据采集严格按照计划施工，作好记录并标注出实际发射时间和实际接收时间。为确保原始资料质量，施工严格按照“煤田电法勘探标准”进行，检查点不少于5%的要求，原始资料质量准确可靠。 YDT88矿用无线电波透视仪采集数据评价：

本次所采集数据实测场强值总体上在50~60db，最小值仅40~5db。从实测数值来看，背景测试值很低，在5db左右，与最高场强值相比，有很大的变化范围，说明本次采集数据信噪比高，采集数据可靠。 四 探测结果

本次YDT88矿用无线电波透视仪采集的数据用矿用无线电波透视CT软件进行反演，反演结果以实测场强曲线图、实测场强分布图和SIRT法反演（CT成像）图表示。实测场强分布图中数值大小用不同色标值表示，其中浅（白）色调为高场强值，冷（蓝）色调为相对低场强值；SIRT法反演CT成像图为煤岩层电磁波吸收系数值图，数据值大小用不同色标值表示，其中浅（白）色调为低电磁波吸收系数值，冷（蓝）色调为高电磁波吸收系数值。 1 无线电波透视实测场强值曲线图

YDT88坑透仪探测实测场强曲线图见图4-1，由此可见：

1）0~55#点段总体场强值较高，在50-60db之间，说明该段煤层无线电波透视能力强，煤层电阻率值较高，工作面煤岩层对无线电波的吸收系数值较小，代表了正常煤岩层无线电波场强的典型值。

2）55~95#点区段为场强低值区段，其场强值多小于50db，相比穿透性差。这种现象表明，该段煤岩层对无线电波的吸收性强。（实际情况为工作面变宽导致）

3）95~105#点段总体场强值较高，在50-60db之间，说明该段煤层无线电波透视能力强，煤层电阻率值较高，工作面煤岩层对无线电波的吸收系数值较小，代表了正常煤岩层无线电波场强的典型值。

图4-1 1942工作面实测场强曲线图

2 无线电波透视实测场强分布图

YDT88矿用无线电波透视仪实测场强分布图见图4-2，其中蓝色调区越深表明其场强值越低，即该段煤层无线电波穿透能力低，为潜在的构造异常区。图中各段情况反映结果与实测场强曲线结果基本一致，在此不再赘述。

图4-2 1942工作面实测场强分布图

3 无线电波透视SIRT反演吸收系数(CT成像)图

YDT88矿用无线电波透视仪SIRT反演吸收系数(CT)成像图，见图4-3，该图中吸收系数的强弱表明煤岩层介质的差异，图中蓝色色标表示强吸收系数值，其蓝色越深表示存在异常可能性越大，因此可以对内部构造及其特征进行判定。

图4-3 1942工作面SIRT反演吸收系数(CT成像)图

五 结论与建议

根据YDT88矿用无线电波透视仪探测实测场强曲线值变化特征和岩石吸收系数CT成像图综合分析，由于是不规则工作面，综合分析得出探测区地质解释如图5-1所示，有2个透视异常区(图中圈定范围)，对线状的异常区中心位置进行了标识并加以分析。

图5-1 YDT88矿用无线电波透视仪探测地质异常解释图

1 结论

据实测场强值变化特征和SIRT反演吸收系数(CT成像)图综合分析，本工作面主要有2个探测异常区，各个异常区探测结果见表5-1所示。

表5-1 探测解释异常区特征分析

2 建议

(1)针对本次探查的2个异常区，建议矿方在工作面回采前，采取钻探等手段进一步排查，工作面回采过程中接近各个异常区时要做好顶板管理，同时做好过地质构造异常区的防治水工作，完善工作面排水系统，确保了工作面的高效安全回采。

(2)矿方应加强工作面地质调查及地质预报工作；回采过程中对出现的地质异常详细记录，并及时反馈给我公司，及时进行动态解释，通过实际探采对比，进一步提高资料解释的精度。

(3)本报告未尽事宜，请参照《煤矿安全生产规程》等相关制度确保矿方安全生产。