坑透技术在同煤塔山煤矿中的应用研究.doc

第28卷 第1期 3 坑透技术在同煤塔山煤矿中的应用研究李斌文(同煤大唐塔山煤矿有限公司，山西 大同 037001)摘要：工作面回采过程中地质异常体的出现，如断层、侵入岩、褶曲等，一直以来困扰着煤矿生产开采。这些异常体隐伏在工作面内，轻则会导致综采停止，重则停产搬家，影响矿井产量，造成巨大浪费。文章介绍了无线电波坑透技术的原理、测试方法、数据处理及分析方法，并通过在同煤塔山煤矿一盘区8106工作面的应用，圈定了异常区域，揭示了该工作面隐伏的小构造的位置，为工作面的采掘工作提供了有效的保障。关键词：坑透；地质构造；煤矿；预测中图分类号：TD178 文献标识码：A 文章编号：The application of exploratory technique in Datong-Tashan coal mineLI Binwen(Datong Tashan coal mine Co., LTD, Datong, shanxi 037001，China)Abstract：The existence of Geologic abnormal body in working face, such as fault, intrusive rock, fold, was a constant threat to coalmine production. It could not only cause excavating work stagnated, but also lead workface removed seriously. The article showed techniques of radio-wave locator, test method and data processing algorithm. By applying them to 8106 work face, anomalous zones and Small concealed structure was defined. And therefore the regular operation of excavating was guaranteed. Key words：Hollow thorough；Geologic structure；Coal mine；Prediction1 引 言我国从20世纪70年代初期开始试验无线电波坑道透视法(简称坑透法) ，80年代将层析成像技术引入坑透资料的处理中，形成无线电波坑透层析成像技术。近10多年来，该技术主要应用于煤矿并取得了令人满意的成果1。回采前坑透探测的主要目的是查明工作面内小构造的发育程度和煤层厚度变化等情况2 ，在煤矿生产过程中，地质构造是影响煤矿生产效率的主要因素，如果可以提前了解工作面内部的煤厚变化及构造(断层)发育情况，为提前制定工作面改造方案提供科学依据，为工作面正常工作提供保障，从而避免了因工作面在不能正常回采时才进行盲目改造而造成误工误时，大大增加有效生产时间，最大限度地提高资源采出率3-4 ，是非常经济有效的一种物探手段。本文通过无线电波坑透仪在同煤塔山煤矿一盘区8106工作面的应用，圈定该工作面的异常区域,揭示了该工作面隐伏的小构造的位置，为工作面的采掘工作提供了有效的保障。2 坑道透视的基本原理2.1坑道透视法交替成层的含煤地层是非均匀介质，电磁波在含煤地层中传播可分解为垂直层理和平行层理方向，在垂直层理方向是非均匀介质，在同一煤层一定范围内平行层理方向上可近似认为是均匀的。采面巷道通常都是布置在同一煤层中，电磁波透视是在顺煤层的两巷道或两钻孔中进行，因此透视时的电磁波传播仍可利用均匀介质中的传播公式，假设辐射源(天线轴)中点O为原点，在近似均匀、各项同性煤层中，观测点P到O点的距离为r，P点的电磁波场强度Hp由下式表示： ， 式中：H0：发射功率和天线周围煤层的初始场强；： 煤层对电磁波的吸收系数；r：P点到O点的直线距离(m)；f（）：方向性因子；：是偶极子轴与观测点方向的夹角。在辐射条件不随时间变化时，H0是一常数，吸收系数是影响场强幅值的主要参数，它的值越大，场强变化就越大。吸收系数与电磁波频率和煤层的电阻率等电性参数有直接关系：在同一均匀煤层中，频率越高吸收系数就越大，电磁波穿透煤层距离就近；煤层电阻率越低，吸收系数也越大。煤层中断裂构造的界面，构造引起的煤层破碎带、煤层破坏软分层带以及富含水低电阻率带等都能对电磁波产生折射、反射和吸收，造成电磁波能量的损耗。如果发射源发射的电磁波穿越煤层途径中，存在断层、陷落柱、富含水带、顶板垮塌和富集水的采空区、冲刷、煤层产状变化带、煤层厚度变化和煤层破坏软分层带等地质异常体时，接收到的电磁波能量就会明显减弱，这就会形成透视阴影(异常区)。矿井电磁波透视技术，就是根据电磁波在煤层中的传播特性而研制的一种收、发电磁波的仪器和资料处理系统。2.2煤层与地质构造的地球物理特征根据塔山矿地层地球物理特征，煤层在煤厚变化较小的区域内，地质构造和无构造地球物理特征有明显的区别，主要表现为：1、煤层在没有地质构造的区段，其衰减系数应在相对5dB的范围内；2、煤层中有断层的区段，其衰减系数应在-5dB以下（断距和断层含水程度决定衰减系数的大小）；3、煤层中有地质构造的区段，其衰减系数应在-10dB以下。3 研究区概况3.1区域概况塔山煤矿位于山西省北部大同市西南约30km处，地跨大同市和朔州市，是同煤集团第一座进行石炭二叠系煤层开采的年产1500万t的具国内领先水平的特大型矿井，于1991年开始建井，2006年7月开始进行试生产。塔山煤矿井田东西长约20km，南北宽约12.50km，面积170.9024km2。塔山井田东南部一、二盘区为首采区，见图1。塔山井田位于大同煤田的中东缘地段，总体为一走向北10-50东，倾向北西的单斜构造，局部发育规模较小的背向斜构造。本井田断层共有75条，多为正断层。大部分地区的地层产状平缓，背、向斜只是一种宽缓的褶曲。 图1 塔山煤矿区域位置图3.2 8106工作面概况8106工作面位于35#煤层一盘区中部，东邻8105工作面正在回采，南接1070回风巷联通1070皮带巷与1070辅运巷，西邻8107工作面正在开拓，北为口泉铁路保护煤柱。从一盘区回风巷起算，8106巷走向长为2712.3米，倾向长217.5米，面积593079。对应地面为双井沟村部分住宅区，南部为双井沟支沟、胡芦沟沟谷与山梁。北为口泉铁路。对应上覆为同煤麻地湾侏罗系14、15号煤层采空区，14号煤层盖山厚度为22.0108.0米，与石炭系35号煤层层间距为326414米。3.3 探测方法探测通过在一个巷道发射一种固定频率的电磁波，在另一条巷道接收电磁波这样一个原理来分析煤层中的地质构造。本次在回风巷进行的三种不同频率的试验:频率为0.3MHZ时的数据在4650dB之间；频率为0.5MHZ时的数据在4245dB之间；频率为1.5MHZ时的数据在4043dB之间。三种不同频率信号的穿透距离均能达到250300米，但是1.5MHZ的信号信噪比和分辨率较高，有利于解释，为了达到良好的探测效果，因此本次勘探工作采用1.5MHz的频率进行坑透。工作中采用定点法（一对多）：就是发射机相对固定，接收机在一定范围内逐点分析其场强值。在皮带巷发射一次，在回风巷进行接收。然后在回风巷进行发射，在皮带巷进行接收。这样可以提高数据的质量。在8106巷05号进行第一次发射，每次发射时间为5分钟，（3分钟发射，2分钟搬家），每次增加5点位，即每50米一个发射点，8106巷共计43个发射点。根据工程设计每个发射点对应11个接收点。3.4 数据处理和分析坑透的数据处理和分析工作，主要是由坑道透视法专家系统来处理，具体流程图如下：开始数据通信数据编辑校验收验理论场计算，背景场选择工作面衰减系数计算煤厚等值线绘制煤层系数校正工作面衰减系数CT图绘制NNYY图1 坑道透视法专家系统处理流程图1、理论场强确定通过对全部的发射点综合曲线图进行分析，选择37-40号扇面进行理论场计算，共计4组，44个数据参加计算，37号扇面实测场强平均值38.86(dB)，理论场强平均值38.50(dB) ，拟合系数值1.01；38号扇面实测场强平均值38.7(dB)，理论场强平均值38.50(dB)，拟合系数值1.01；39号扇面实测场强平均值38.45(dB)，理论场强平均值38.50 ，拟合系数值0.99；40号扇面实测场强平均值39.1(dB)，理论场强平均值38.50(dB) ，拟合系数值1.03；因此将初始场强值（Ho）184.00(dB)，衰减系数值（）-0.45作为全区的背景参数。2、异常区分析（以CT图距离为准）根据CT图分析结果来看，在工作面内共有4个异常区，两个低阻异常区两个高阻异常区。（1）测区内4078号点之间场强值相对较低，该区域的衰减系数在-0.24dB到-20.21dB的范围。通过分析两巷背景场分析图和上述数据可以看出低阻区对应良好，因此将此曲划为I号异常区。结合地质资料中42号点附近揭露的断层资料，分析得出断层内部含水可能性较大；在 5561号点之间工作面内存在断层破碎带，破碎带范围较宽，破碎带内可能含水，因此建议打钻验证，加大防排水力度，加强预测预报工作。（2）测区内592608号点之间场强值相对较高，该区域的衰减系数在0.89dB到7.79dB的范围。通过分析两巷背景场分析图和上述数据可以看出两巷高阻区对应良好，因此将此曲划为II号异常区。根据CT图和发射点综合曲线图，结合地质资料分析II号异常区为火成岩侵入影响。建议打钻验证，做好预测预报工作。（3）测区内159165号点之间两处场强值相对较低，衰减系数在-4.64dB到-16.11dB之间。通过分析两巷背景场分析图和上述数据可以看出两巷低阻区对应良好，因此将此曲划为III号异常区。根据CT图和发射点综合曲线图，结合地质资料分析III号异常区存在着两个低阻异常体，它们分别位于靠近160161和163165号点之间，根据上述数据分析此处异常为低阻异常区。建议打钻验证，加强预测预报工作。（4）测区内200214号点之间场强值相对较高，衰减系数在0.78dB到11.76dB之间。通过分析CT图和上述数据可以看出200214号点之间高阻效应明显，因此圈定此区间为IV号异常区。结合地质资料分析IV号异常区为火成岩侵入影响。4结语1.对8106工作面坑透测试结果进行了处理和分析，对工作面异常区域进行了圈定和推断解释，得出工作面内共有4个异常区，两个低阻异常区两个高阻异常区。2.建议对在报告中分析的异常区进行钻探验证工作，在生产回采过程中收集地质资料，为以后的坑透工作提供分析依据。3.对于反映不明显的异常区域也要引起足够重视，加强预测预报工作。4.为了提高测试的准确性,在测试过程中应注意发射天线、接收天线的放置,以及两条巷道的测点布置,以便取得更好的效果。参考文献(References)：1 侯恩科,