坑透探测在矿井实际中的应用.pdf

圆型蕉丝堡 地 质构造 尤其是矿 井小 型构造 ， 是影 响煤 矿正常生 产 的主要 因素 ， 特别 是 在综 采工 作面存 在小构造 时 ， 如果巷 道没 有揭 露 ， 而是 隐伏 在 工作 面 内 ， 则会 导 致 综采 停 产搬家 ， 影 响矿井产 量 ， 造成 巨大浪 费 ， 因此 ， 对 小 构造 的探 测 ， 是 摆 在矿 井 地质 工 作者面前 一大难 题 ， 利用坑透 仪探 测综 采 工作 面内的断层 ， 是 非常经 济有 效的一 种物探手 段 ， 它有便 于携带 ， 便 于探测 ， 资 料处理方便等优 点。 l 、 方法原理 电磁 波在地 下岩层 中传播 时 ， 由 于各 种岩 矿 石电性 电 阻率 r ， 介 电常数 ￡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 ， 另 外 ， 伴 随着 断 裂构 造所 出现 的界 面 ， 能对 电磁 波产生折 射 、 反 射等 作用 ， 也 会 造成 电磁 能量 的损耗 ， 因此 ， 在 发 射机 与接 收机 之 间 ，电磁 波穿 越煤 层 的 途径 中 ，存在着 与煤层 电性不 同的 良导体 ， 如 陷落柱 、 断层 、 火 成岩体 、 厚层 夹石 等地质 构造 ，电磁 能量 就会 被 其吸 收或 完 全屏 求解导 电介 质 ￡不等于 零 中的波动方 程 ，即可求 P点 的电磁 场强度 H p 1 H r H o e _ B r ／ I f 中 式 中 H o 一决定 于发射 功率 和天线周 围介质 的初始 强度 ； B 一 介质对 电磁波 能量的吸收 系数 ； r _ _ P点到 A点 的直线距离 ； I -- -- 中 方向因子 。 Z A r 图 l 中是 偶极 子轴与 观测方 向的夹 角 ， 实 际工 作 中 ， 当煤 层 为缓 倾 斜煤 层 煤层 倾 角 7 0 。 ，而 天 线 直 立 时 f 中 s i n -I 则公式 1 简化 为HP Ho e - 13 r ／ r 2 坑透 的 资料 解 释 ，采 用 了场 强对 比 法 ， 就是 将各点 的实测 场强 值 H 与各 点 按公 式计算 出 的理 论场强 值 H a 进行对 比 ， 用 T 1 来 表示 两个 场强 的 比值 ， 称 T 1 为 升 ， 脱离断层尖点后 ， T 1 值接近于 0 d b 。 如 收发情 形相反 ， 接 收距离 的增 大方 向和断 层落差增 大方 向一致 ， 则 T 1 的负值 越来越 大 ， 甚 至达无信 号 。 这样 可以断定 ， 断层 在工 作面 的延伸 情况 ， 以及落差 的变化 。 3 、 龙湖矿坑透探测成果分 析 3 ． 1 龙 湖 矿 l l 层 4 1 0层 区 8 1 0 3综 采工作 面 8 1 0 3工 作面长 7 7 0 m，宽 1 0 8 m 煤层 厚 度为 3 ． 7 - 4 ． 2 5 m，为顶 0 ． 1 - - -0 ． 3 m厚粉砂 层 ，直 接 顶为 3 ． 4 6 - 4 ． 2 2 m厚 的砂 质 岩 页 岩 、 粉 沙岩 ， 老顶为 7 ． 3 7 - 9 ． 6 m 厚粉砂岩 与 细砂岩互层 。 直接底 为 3 ． 6 ． 6 ． 0 m厚 的粉砂 岩 ， 煤层结 构稳定 ， 基 本呈一单 倾构 造 ， 在 掘上 下顺 槽 切 眼时 ， 只见 一 条断 层 ， 落 差 H-- - 0 ． 6 m， 另 外 ， 在 2 l 0 o巷 道 8 ． 观察 点 后 2 m， 见一门帘石 ， 高 2 m， 宽小于 0 ． 2 m， 为黑 色 中细砂 岩 ， 结构疏松 。 坑透探测 采用定 点法 ， 两 巷各 布置测 点 6 6个 ，间隔 1 0 m，本 次探测 所用 接收 机 、 发射 机 频率 为 0 ． 5 1 -1 z ， 分 析时 选 择 H 坑 透 探 测 在 矿 井 实 际 中 的 应 用 七煤集 团龙 湖矿韩明新 蔽 ， 信号显 著减弱 ， 甚 至收不 到 ， 形 成透 视 异常 ； 变换 发 射机 与接 收机 的位 置 ． 测 得 同一 异常的 “ 阴影 区” ； 这 些“ 阴影 区” 交 会 地方 ，就是异 常位置 。通过研 究煤层 、 岩 石 、 地 质构 造 对 电磁波 传播 的影 响 包 括 吸收 、 反射 、 二次辐 射等作 用 所造 成 的异 常 ， 可进行 地 质 异常 推断 解 释 ， 这 就是 坑 透法 的物理基 础。 应该 指 出 和 金属 矿相 比 ， 在煤 层 中 进行 无线 电波透视 的条件 ， 具有显 著 的特 点 ， 第 一 ， 交替 成层 的含煤 地层 是 典 型 的 非均 匀介质 。第二 ， 巷道 通常是 沿着 生产 煤 层掘进 的 ， 极 少数巷道 布置在煤 层 的顶 板或底 板岩层 中。 考虑 到第一 点 测介 质电性 常数 r 、 ￡ 都要 用垂 直层理 和 平行层 理 的 X、 Y、 Z三 个 分量 ，才能 完整 地 表达 透视 中波 的参 数 ， 这样 使得 资料解释工 作较其 均匀 各 向 同性 介质来说复杂得多 。 但是考 虑到第二 点 ， 针对采 煤工 作面 的巷 道 ， 通 常都是布 置在煤层 中 除寻找 因 断层 、 断失 的煤层而 外 的， 如果在透视 时 ， 使发射机与接收机处在同一煤层 中， 仍然可 以利用均匀各 向同性介计 算和解释 。 如图 l ， 假设原 点 A在 辐射 天线轴 中点 ，处在无 限均 匀各 向同性 介质 中 ， 观 测点 P到 A的距离 为 r 测 点如 图 1 ， 假 设原 点 A在辐射源 天线轴 中点 ， 处 在无 限均 匀各向 同性 介质 中， 观测点 P到 A 的 距离 为 r 测点在辐 射场 内 ， 在 此条件下 ， 衰 减系数 ， 即 T 1 H 或 H p - H 。 在 无 限均 匀 ， 各 向同性 介 质 中 ， 实 测 场强等 于理论 场强 ， T 1 l或 0 ， 但 由于煤 层 的不均一 及测量误 差 ， 即使 在认 为是正 常 煤 层 中， 实际上 T 1 只是 近于 l 或 0 ， 而遇 到异 常 ， T 1 值远 离 l ， 出现 负分 贝 值 ， 可 根 据值大 小 、 曲线形态 ， 结合地 质条件 ， 来 分 析异常 的性质 ， 作 出相对 的推断解释 。 2 、 龙湖地 区的异常曲线特征 2 ． 1陷落柱异常 曲线 特征 由于 陷落 柱对 电磁 波具 有 强 烈 吸收 作用 ， 反 映在透视综 合 曲线 上 就有 明显 的 特征 ， 电磁 波遇 到陷落柱 其值 及实测 场强 曲线呈漏 斗形 式或 因透距关 系 ， 呈半 漏形 或呈“ V ” 字形 ， 挠近陷落柱时 ， T 1 值开始减 小 ；当进入 陷落 柱 中心 ， T 1 值 降至最 小 ， 实 践中发珊 ， 进入 陷落柱时 ， T 1 一 2 0 d b ， 煤与 陷落 柱 侧 透视 时 ， 就 出现 大 范 围的 “ 阴 影 区” 。在 中心位置 ， 一般 出现无信号 区。 2 ． 2断层异常 曲线特 征 透 视 曲线 对断 层 的反映 ，一般 是 T 1 0 d b的低值异常 ，如果煤 层在 沿层 理方 向 上电性 变化不 大 ， 而正常 场强 确定 比较 准 确 ， 则 - 5 d b ， 即 可能 进入 异 常 区 ， 导 电 磁波穿 越煤层 时 ， 衰减增 大 ， 曲线 变 陡 即 “ 拐点 ” 或 “ 突变 点 ” ， 该 特点 往往 是 反 映 进入断层 的重要依 据 。 如 果收发 之间 电磁波 穿越途 径 中 ， 接 收距 离 的加 大 和断 层落 差 减 小 的方 向 一 致 ， 则 电磁波穿越断层后 ， T 1 曲线会慢慢 回 l l 1 2 ． 2 d b 、 b -- - 0 ． 3 0 ，工作 面探测 结果 经计算机处 理结果 为 巷 道所见断 层 ， 由于落 差较小 ， 小于 煤厚 3 ． 9 m 的三分之 一 ，且 5 l 0 o巷也未 揭露 ， 综合 曲线衰 减也 不明显 ，故推断该一 断层在工作 面 内延伸 不长 ，落差 不 会 增大 ，对 回采影 响较 小。探测 异 常 ， 范围为 5 5 _ 7 5号测点 间共 7 6 0 m 长 ， 在 两巷 的 5 5 7 5号点分别 发射 、接收 时 ， 综 合 曲线衰减值 较大 ， - - 4 2 3 d b ， 分析推 断 认 为 ， 该处有 异常。 2 l 0 o巷揭 露一 门帘石 ， 宽 0 ． 1 - - 0 ． 2 m， 高 2 m， 为 中细 砂 岩 ， 延 伸 工 作面 ， 在工 作 面 内展 布较 大 ， 由于 衰减 较 大 ， 故对 回采有一定影响 。 在 回采实 际工作 中 ， 从 切 眼开始采 到 2 6 m， 揭需 了三条 门帘 石 ， 其走 向与工 作面 上下顺槽平行 ， 分别叙述如 下 第 一条 距 2 l 0 o巷皮带头 部 4 8 m处 ， 厚 0 ． 2 - 0 ． 3 m， 高 2 3 m， 岩 性 为 中细 砂 岩 ， 含 大量煤 悄 及 黄铁 结核 ， 硬 度大 ， 全 长为 8 0 m。 第 二条 距 2 l 0 o巷皮带 头部 6 3 m 处 ， 厚 0 ． 1 5 - 0 ． 3 m 高 2 3 m 岩性 为 中细 砂岩 ， 含 煤屑 及黄 铁 矿结 构 ， 硬度 大 ， 与第 一 条 门帘石 相连通 ， 全长约为 2 1 4 m。 第 三条 距 2 l 0 o皮带 头部 8 6 m处 ， 厚 O ． 2左右 ， 高 2 3 m， 岩 性 为中细砂岩 ， 全 长 为 1 6 0 m。 另外 ， 在 2 l 0 o巷所 揭 露的 门帘石 ， 只 延 伸至工作 面 8 m 就消失 了，因为 门帘石 的硬度较 大 ， 故对 回采有一 定影 响 。由此 可见 ，用 坑透探测 来 圈定工作 面的异 常 ， 是 十分准确 的。 坑 透探 测 工作 是 煤矿 生 产 中不可 缺 少的物探 手段 ， 让 我们相信 坑透 成有 更加 准确可靠为矿 井探测 提供准确 地质资料 。 l I 维普资讯