摘 要：为查明鹤煤六矿2141工作面内隐伏地质情况，努力实现工作面安全回采，对2141工作面进行无线电坑道工作。简介了无线电坑透技术原理、坑透仪器操作步骤、根据井下现场及该工作面地质资料对探测成果的解释工作，通过钻探及采掘验证，所提交的2141工作面无线电波坑透成果图等资料可靠，具有安全生产指导性，为探测工作面内隐伏地质构造提供了一条新的途征。
关键词：物探 坑透技术 钻探验证
中图分类号：TD6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-029-02
1 矿井及工作面概况
鹤煤六矿位于鹤壁煤田东部，南起张庄向斜，北、西至F40正断层及二1煤露头，东止煤层-800m底板等高线，南北走向长9.5km，东西倾向宽2.7km，井田面积约18.55km2。主采煤层为二叠系山西组二1煤层，平均煤厚7.48m。矿井始建于1958年，1964年投产，截止2009年底共查明资源储量19355万吨，累计动用储量5314万吨，保有资源储量14041万吨，其中可采储量7638万t。
2141北掘进工作面位于六矿二水平东翼214采区，其井下地理位置：东下部为刚回采结束的21432采空区，南部为设计的2141南段工作面，西部为2003采空区，上顺槽平行于6F4断层，距离该断层约25m，北部为设计的2142工作面及东风井保安煤柱。煤层底板标高为：-200m～-288m，煤厚变化不均，整体表现为南薄北厚的趋势，且根据下部2143工作面回采及2141下顺槽掘进揭露情况，工作面中下部有薄煤带并揭露两条小落差断层，工作面平均煤厚为8.94m，平均倾角19??
为查明2141工作面内隐伏地质情况，努力实现工作面安全回采，六矿地测技术人员决定联合鹤煤公司工程技术研究中心对工作面进行了坑透试验研究，2011年8月双方技术人员组成的坑透小组，对2141工作面进行无线电坑道透视（坑透）工作。
2 无线电波坑道透视基本原理
无线电波透视法是利用探测目标与周围介质之间的电性差异来研究确定目标体位置形态，大小及物性参数的一种井中物探方法，通过研究电磁波在坑道间传播特性和被介质吸收的情况来寻找圈定各种目标的。无线电波透视分为钻探和坑透透视两种方法，坑道透视是用于探测顺煤层两煤巷间的断层、陷落柱等地质异常体，其发射机与接收机分别位于工作面上、下顺槽中，发射机在顺槽一定时间内相对固定位置，接收机在另一顺槽前后一定范围内逐点观测其场强值（如图1）。
图1 坑道透视原理示意图
煤层与其顶底板等地层属于非均匀介质，尤其是在构造带发育的煤层附近，电磁波在煤系地层传播期间可分解为垂直与平行层理两个方向，在地层垂直层理方向其是非均匀介质，在同一稳定煤层一定范围段内平行层理方向上可近似认为其是均匀的。电磁波坑透透视是在顺煤层的上、下顺槽中进行。假设以仪器辐射源中点（中点设为O）为原点，在各向同性、近似均匀煤层中，设观测点P到O点的距离为R，P点接受的坑透电磁波强度HP可用式2-1表示：
2―1
式中：H0――在固定的发射功率下，辐射源处的初始场强；单位A/m。
――煤层对电磁波的吸收系数；
R――P点到O点的最短距离，单位m；
――方向性因子， 是偶极子轴与观测点方向的夹角，一般采用 来计算。
在辐射条件不变的情况，H0为固定常数，煤层吸收系数 是影响场强幅值大小的主要因素，它的值越大，对场强影响则越大。吸收系数与电磁波发射频率及煤层电阻率等因素有密切关系：在近似均匀煤层中，电磁波频率越高煤层吸收系数越大，电磁波穿透煤层的长度就越小；反之，吸收系数就越大。
煤层中存在的包裹体、富水区、煤厚变异带、断层破碎带、瓦斯赋存异常带等都能对坑透电磁波产生反射、折射和吸收，这就会造成电磁波能量的衰减与损耗，接收到的电磁波能量就相对微弱，从而形成坑透透视阴影(异常区)。
图2 无线电波坑道定点法透视布置示意图
无线电坑透仪的应用方法分为同步法和定点法。其中同步法（也即一对一）是指发射机与接收机同时逐点等距离移动，并在各移动点处分别发射和接收电磁场强值；定点法（也即一对多）是指发射机相对固定，接收机在其对侧前后一定范围内逐点观测其电磁场强值。由于定点法操作方便，简单易用，发射机不用频繁来回移动，故现场操作过程中常采用定点法，如图2所示。
3 井下探测工作
3.1 探测仪器和探测频率选择
本次探测工作采用重庆煤科院生产的防爆型WKT-E型无线电波坑道透视仪作为探测的设备。
鉴于2141工作面宽度平均为125m，经分析决定该次探测工作频率选用透视距离相对较大而精度较高的0.5MHz。
3.2 确定探测选取方法
根据2141工作面的地质条件及周边采掘工作面情况，在布置测点前对照图纸，依据工作面的平面形状、位置、地质构造发育、煤厚变化、瓦斯参数及含水性等特征，确定测点布置的位置、个数，探测测点布置间距设定为10m，发射点间距设定为50m，即每一个发射点对应10个接收点。探测方法采用分辨率较高的定点扫描法进行探测。
3.3 测点布置和测试时间选择
2141工作面共布置52个测点，其中8个兼为发射点。上顺槽26个测点编号：500～525号；下顺槽26个测点编号：0～25号。进行探测工作时，为确保充分发射和完全接受，每个发射点发射时间设定为5分钟，接收时间设定为5分钟；换发射点时间为3分钟。依次循环每个发射点工作时间为8分钟。
3.4 探测条件简述
由于该次物探试验采用的是无线电坑透，坑透期间工作面附近的工作电缆自身形成的电磁场对探测成果影响很大，为保证探测数据更加精确可靠，工作面在探测期间停电2个小时，保证工作面顺槽内的管路、电缆、轨道、开关、水泵等金属导体对本次探测无任何影响。
4 探测结果分析
4.1 坑透成果数据分析及评价
在工作面坑透探测实施过程中，坑透仪器性能稳定，接收数据较及时充分、完整可靠，从坑透综合曲线图（如图3）上可看出，本次探测数据采集合格。
图3 2141工作面无线电波坑透综合曲线图
4.2 探测成果分析
无线电坑透探测数据数据经导出、筛选等程序后，由计算机数据处理系统进行数据处理，形成了2141工作面无线电波坑透成果图（如图4），从本次坑透成果图初步分析，无线电波坑透对2141工作面的地质异常区域有较好的反映。在数据处理期间形成了完整的一套数据链，根据坑透经验及工作面地质概况，在计算分析处理过程中把电磁场强衰减异常设定为-5dB，初步圈定出两处较为集中的异常区，并对两异常区分别进行了编号，记为1#、2#异常区。异常区域预计是煤厚不均或是构造(顶底板凹陷隆起、小断层、褶曲)发育密集区。
图4 2141工作面无线电波坑透成果图
1#异常区：位于2141下顺槽10号测点区域；2#异常区：2141上顺槽测点515～520，下顺槽15～20号区域。
1#异常区的场强衰减整体较大，最大达到-30dB，从综合曲线图上可以看出有明显异常反应，推断可能存在小断层或煤层厚度变化所致。2#异常区整体衰减幅度达到-35dB，且较为分散，推断可能存在破碎带或裂隙发育带。
5 结论验证
2011年6月―9月，我矿抽放队对2141工作面上、下顺槽施工本煤层顺层抽放孔，在下顺槽抽放钻孔施工距切眼150m附近钻孔出现异常，在异常处施工地质孔5个，各钻孔参数如下：①②③④⑤号孔皆垂直煤墙，开孔位置在巷顶向下1.3-2.0m范围处，倾角分别为+25??22??19??17??15?，设计孔深均?0m，其中①号孔，孔深60m，先见煤50.5m，后见岩9.5m；②号孔，孔深60m，全煤；③号孔，孔深60.3m，先见煤6.5m，后见岩20.2m，又见煤33.6m；④号孔，孔深52m，先见煤5.5m，后全岩；⑤号孔，孔深45m，先见煤4.5m，后全岩。根据以上钻孔经分析该钻探地点煤墙向里约5m位置为一条落差约4m的小落差断层，且根据2141下顺槽实际掘进揭露资料，该钻探附近为煤层变薄带，煤层3～6m，该地点与1#异常区位置基本吻合。
根据2141下顺槽掘进及下部紧邻的原2143工作面回采揭露实际情况，在2141下顺槽开口向南50m附近煤层顶板较为破碎，下顺槽煤墙向上40m处原214采区皮带下山揭露一条落差3m的断层，2#异常区正处在此断层的延伸位置处。根据上述钻探及掘进实际揭露可验证，无线电坑透探测成果可靠，可作为地质资料分析依据。
6 存在问题
本次无线电波透视探测由于设备自身工作性质要求上下顺槽必须是一条直线加上工作面形状的特殊性，下顺槽至切眼存在有30米的空白盲区，物探成果和数据存在一定的局限性，探探成果的资料解释工作仍需进一步分析研究，通过实际探测对比，总结经验，提高坑透资料的准确性。