YDT88礦用無線電波透視儀在大面寬急傾斜煤層中的應(yīng)用

1、YDT88礦用無線電波透視儀在大面寬急傾斜煤層中的應(yīng)用一 工程概況    1942回采工作面位于廣旺集團趙家壩礦104采區(qū)一階段東翼，上部為+340m水平3948（2）、3948、31248（2）、31248平巷及采空區(qū)，下部為未采區(qū)。工作面所采煤層為9號煤，9號煤為焦煤，煤層厚度在0.90m到1.30m之間，平均煤厚1.15m，夾矸1-2層，煤層厚度與煤層結(jié)構(gòu)都較穩(wěn)定，煤層平均傾角43.5°，屬穩(wěn)定煤層。該回采工作面走向長1050m，傾斜均長170m，最長202m左右。1942工作面頂為粉砂巖，直接底為泥質(zhì)粉砂巖，見綜合柱狀圖1-1。 圖1-1 綜合柱

2、狀圖     本次采用無線電波透視法來探測1942工作面內(nèi)地質(zhì)異常體的賦存情況。主要探測任務(wù)為：（1）采用無線電波透視CT技術(shù)探測工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造賦存情況；（2）查明巷道揭露落差大于1/3煤厚的斷層延展情況；（3）查明工作面內(nèi)落差大于1/2煤厚的隱伏斷層賦存情況；（4）查明工作面內(nèi)小于1/2煤厚的薄煤區(qū)賦存情況。二 坑透基本工作原理方法1、原理    電磁波在地下巖層中傳播時，由于各種巖、礦石電性的不同，它們對電磁波能量吸收不同，低阻巖層對電磁波具有較強的吸收作用，當(dāng)波前進方向遇到斷裂構(gòu)造所出現(xiàn)的界面時，電磁波將在界面上產(chǎn)生

3、反射和折射作用，也造成能量的損耗。因此，在礦井下，電磁波穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其它構(gòu)造時，波能量被吸收或完全被屏蔽，則在接收巷道收到微弱信號或收不到透射信號，形成所謂的透視異常。研究采區(qū)煤層、各種構(gòu)造及地質(zhì)體對電磁波的影響所造成的各種無線電波透視異常，從而進行地質(zhì)推斷和解釋。    工作面電磁波透視法通過天線發(fā)射電磁波，在介質(zhì)中任意點的磁場表達式可 表示為：式中：H0決定于發(fā)射功率和天線周圍介質(zhì)的初始場強；介質(zhì)對電磁波能量的吸收系數(shù)；觀測點到輻射源的直線距離；sin方向性因子，一般可認(rèn)為等于1。    由于為發(fā)射天線軸與接收點

4、方向間的夾角，現(xiàn)場工作時，發(fā)射天線軸采用垂向布置，與對面巷接收點的夾角，對于水平煤層來說，始終為90°；對于傾斜煤層來說，發(fā)射點與接收點間連線的傾角相當(dāng)于煤層的偽傾角，為90°與偽傾角之差，在偏心角30°（偏心角為發(fā)射接收點連線與兩巷垂線的夾角）的條件下，由于偽傾角變化很小，值可近似為常數(shù)。因此，對同一接收巷中實測場強值來說，sin可視為常數(shù)，因此任意點磁場：    把坑透工作面劃分成有不同吸收系數(shù)的若干小單元（像元），每一小單元內(nèi)可視為介質(zhì)均勻的。根據(jù)多個發(fā)射點上所測場強值，利用SIRT算法(Simultaneous Iterati

5、ve Reconstruction Techniques，同時迭代重構(gòu)技術(shù))，計算矩陣方程可以反演各像元吸收系數(shù)值，從而實現(xiàn)工作面成像區(qū)內(nèi)吸收系統(tǒng)反演成像。利用反演計算結(jié)果可以繪制成像區(qū)吸收系數(shù)等值線圖和色譜圖。2、工作方法    本次井下探測（觀測）方法為定點法，定點法是發(fā)射機相對固定于某巷道事先確定好的發(fā)射點位置上，接收機在相鄰巷道一定范圍內(nèi)逐點沿巷道觀測場強值。又稱定點交會法。一般發(fā)射點距50m，接收點距10m。每一發(fā)射點，接收機可相應(yīng)觀測1121個點。如圖2-1所示。圖2-1 無線電波坑道透視定點法發(fā)射與接收范圍示意圖3、儀器設(shè)備  &

6、#160; 本次勘探使用YDT88礦用無線電波透視儀，YDT88礦用無線電波透視儀是由福州華虹智能科技股份有限公司聯(lián)合相關(guān)高校院所，引進先進的數(shù)字通信調(diào)制、高速采集、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)開發(fā)完成的新一代無線電波透視儀。該儀器具有輕便靈活、智能高效、透視距大、抗干擾能力強、續(xù)航時間長等特點。同時基于儀器所形成的“一發(fā)雙收”“一發(fā)一收”等現(xiàn)場工作方法，極大提高現(xiàn)場施工效率和探查精度。圖2-2為YDT88礦用無線電波透視儀系統(tǒng)組成圖。三 施工布置與數(shù)據(jù)采集1、現(xiàn)場觀測系統(tǒng)布置    本次無線電波透視工作采用YDT88礦用本安型無線電波坑道透視儀發(fā)射機和接收機為礦用本質(zhì)安全型

7、。YDT88無線電波坑道透視儀采用158KHZ的工作頻率，觀測方式為定點法。在觀測前，預(yù)先安排好觀測約定時間順序，列出時間表格，觀測時嚴(yán)格按時間表執(zhí)行，發(fā)射機天線平行巷道，懸持成多邊形，接收天線環(huán)面對準(zhǔn)發(fā)射機的方向。測點布置情況見圖3-1，在1942風(fēng)巷共布置20個發(fā)射點，對每個發(fā)射點在1942運輸巷接收11個實測場強值；在1942回風(fēng)巷布置20個發(fā)射點，對每個發(fā)射點在1942運輸巷接收11個實測場強值。其中發(fā)射點間距為50m，接收點間距10m。圖2-2 YDT88礦用無線電波透視儀系統(tǒng)組成圖圖3-1 無線電波透視法現(xiàn)場探測布置2、數(shù)據(jù)質(zhì)量評述    本次數(shù)據(jù)采集

8、嚴(yán)格按照計劃施工，作好記錄并標(biāo)注出實際發(fā)射時間和實際接收時間。為確保原始資料質(zhì)量，施工嚴(yán)格按照“煤田電法勘探標(biāo)準(zhǔn)”進行，檢查點不少于5%的要求，原始資料質(zhì)量準(zhǔn)確可靠。    YDT88礦用無線電波透視儀采集數(shù)據(jù)評價：    本次所采集數(shù)據(jù)實測場強值總體上在5060db，最小值僅405db。從實測數(shù)值來看，背景測試值很低，在5db左右，與最高場強值相比，有很大的變化范圍，說明本次采集數(shù)據(jù)信噪比高，采集數(shù)據(jù)可靠。四 探測結(jié)果    本次YDT88礦用無線電波透視儀采集的數(shù)據(jù)用礦用無線電波透視CT軟件進行反演，

9、反演結(jié)果以實測場強曲線圖、實測場強分布圖和SIRT法反演（CT成像）圖表示。實測場強分布圖中數(shù)值大小用不同色標(biāo)值表示，其中淺（白）色調(diào)為高場強值，冷（藍）色調(diào)為相對低場強值；SIRT法反演CT成像圖為煤巖層電磁波吸收系數(shù)值圖，數(shù)據(jù)值大小用不同色標(biāo)值表示，其中淺（白）色調(diào)為低電磁波吸收系數(shù)值，冷（藍）色調(diào)為高電磁波吸收系數(shù)值。1 無線電波透視實測場強值曲線圖    YDT88坑透儀探測實測場強曲線圖見圖4-1，由此可見：    1）055#點段總體場強值較高，在50-60db之間，說明該段煤層無線電波透視能力強，煤層電阻率值較高，工作面

10、煤巖層對無線電波的吸收系數(shù)值較小，代表了正常煤巖層無線電波場強的典型值。    2）5595#點區(qū)段為場強低值區(qū)段，其場強值多小于50db，相比穿透性差。這種現(xiàn)象表明，該段煤巖層對無線電波的吸收性強。（實際情況為工作面變寬導(dǎo)致）    3）95105#點段總體場強值較高，在50-60db之間，說明該段煤層無線電波透視能力強，煤層電阻率值較高，工作面煤巖層對無線電波的吸收系數(shù)值較小，代表了正常煤巖層無線電波場強的典型值。圖4-1 1942工作面實測場強曲線圖2 無線電波透視實測場強分布圖    YDT88礦

11、用無線電波透視儀實測場強分布圖見圖4-2，其中藍色調(diào)區(qū)越深表明其場強值越低，即該段煤層無線電波穿透能力低，為潛在的構(gòu)造異常區(qū)。圖中各段情況反映結(jié)果與實測場強曲線結(jié)果基本一致，在此不再贅述。圖4-2 1942工作面實測場強分布圖3 無線電波透視SIRT反演吸收系數(shù)(CT成像)圖    YDT88礦用無線電波透視儀SIRT反演吸收系數(shù)(CT)成像圖，見圖4-3，該圖中吸收系數(shù)的強弱表明煤巖層介質(zhì)的差異，圖中藍色色標(biāo)表示強吸收系數(shù)值，其藍色越深表示存在異?？赡苄栽酱螅虼丝梢詫?nèi)部構(gòu)造及其特征進行判定。圖4-3 1942工作面SIRT反演吸收系數(shù)(CT成像)圖五 結(jié)論與

12、建議    根據(jù)YDT88礦用無線電波透視儀探測實測場強曲線值變化特征和巖石吸收系數(shù)CT成像圖綜合分析，由于是不規(guī)則工作面，綜合分析得出探測區(qū)地質(zhì)解釋如圖5-1所示，有2個透視異常區(qū)(圖中圈定范圍)，對線狀的異常區(qū)中心位置進行了標(biāo)識并加以分析。圖5-1 YDT88礦用無線電波透視儀探測地質(zhì)異常解釋圖1 結(jié)論    據(jù)實測場強值變化特征和SIRT反演吸收系數(shù)(CT成像)圖綜合分析，本工作面主要有2個探測異常區(qū)，各個異常區(qū)探測結(jié)果見表5-1所示。表5-1 探測解釋異常區(qū)特征分析2 建議    (1)針對本次探查的2個異常區(qū)，建議礦方在工作面回采前，采取鉆探等手段進一步排查，工作面回采過程中接近各個異常區(qū)時要做好頂板管理，同時做好過地質(zhì)