无线电波透视技术在煤矿生产中的

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1、无线电波透视技术在煤矿 生产中的应用无线电波透视法及特点1、无线电波透视法介绍 将0.55MHz的高频发射机置于钻孔或坑道中 ，由它发射的高频电磁波通过地下岩石介质向四 周空间传播。如在传播过程中遇到具有不同电学 性质的矿体时，电磁波的传播规律将大大改变。 在不同电性介质的分界面上，电磁波能量将有一 部分被反射回来，称为反射波。另一部分穿过界 面，在矿体中穿行，称为透射波。若测量的是穿 过矿体的那部分电磁波，并根据矿体与岩石吸收 电磁波能量的差异来推断矿体的存在与否，称为 无线电波透视法。 2、坑道无线电波透视法的物理基础 坑道无线电波透视法是一种地下电磁波法。电 磁波在地下岩层中传播时，由于

2、各种岩、矿石电性 不同，它们对电磁波能量的吸收有一定差异，电阻 率低的岩、矿石具有较大的吸收作用。另外，伴随 断裂构造所出现的界面，能对电磁波产生折射，反 射等作用，也会使电磁波能量衰减和损耗。因此， 如果在发射机和接收机之间，电磁波穿越煤层的途 径中，存在与煤层电性不同的地质体，如陷落柱、 断层或地质构造，电磁波能量就会被其吸收或完全 屏蔽，信号显著减弱，甚至接收不到，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”交绘的地方，就是异常的位置 。研究煤层、各种岩石及地质构造对电磁波传播的 影响所造成的各种异常，从而进行地质推断解释， 就是坑道无线电波透视法的

3、物理基础。3、现状与应用效果 采矿是地下作业，受地质条件的制约。 “查明地质条件，搞清小构造”无论是对于预 报还是事故发生后的处理，都是必须的。 预先探明采煤工作面内的地质构造以保 证采煤，特别是是综采的顺利进行，是矿井 地质工作的重要任务。但是随着采煤机械化 程度的提高，要求在开矿前、开采中提前查 清地质构造及其它地质异常的程度越来越高 。因此，必须寻找新的手段，采用原有地质 手段和方法已不能很好地解决小构造的探测 问题。4、特点与应用条件 坑道无线电波透视法的主要特点 1、仪器轻便 2、所需工作人员少 3、透视距离可达150220米 坑道无线电波透视法的局限性 1、只能做透射测量，不能做反

4、射测量 2、测量时干扰因素比较多 3、透视探测的距离还不够大 无线电波透视法的工作方法n 1、井下工作方法n准备工作n1）在下井进行无线电波透视工作以前，应了解 坑透工作面中电缆，金属管道、电气设备等主 要人工导体颁布以及巷道高度、支护材料、瓦 斯浓度等情况，同时要了解工作面内已揭露的 地质构造、水文地质等。n2）在地面准备好下井仪器。检查发射机和接收 机的电源、电压是否符合要求。井下观测方法可分为：同步法、定点法我们一般采用定点法观测法布点时需注意下列问题：n发射点应尽量设置在没有或少有人工导体 （电缆、金属管）的巷道中。n发射点应尽量在远离构造的位置上。n出现差错或发现明显异常时，需要重测

5、或 补设发射点，观测点也可知当加密。 2、井下干扰因素及其排除方法干扰因素n 坑道透视中，电磁波在煤矿中的传播 介质主要是煤层。由于煤层存在着各向异 性和顺层方向的不均一性以及地质体，引 起电磁波传播规律的变化，当它们超过一 定限度后，便给坑道透视的资料解释带来 困难，而成为干扰，这将影响深测效果。n煤层的各向异性n煤层的不均一性n地质体的二次场干扰n煤层顶底板层的二次场辐射人工导体的干扰n金属支架n接地的铁轨n风管、水管n电缆及其它金属导线n动力设备的干扰其它因素的干扰n n 辐射源与人体的影响干扰因素的排除n地质因素干扰的排除 1、为了避免煤层在层理方向上的不均匀性，在做条件试验 时，应尽

6、量选择地质条件简单，煤层和顶底板岩层比较 稳定，巷道干扰因素比较少的地段进行，而且应多测几 条曲线，以选取吸由系数的平均值。 2、测量时各测点应尽量设置在与发射点同一分层的位置上 ，尤其是在厚煤层中测量时更要注意这一点。 3、对测量的曲线进行分析对比，确定是地质异常区，还是 因工作的差错或者地质因素干扰造成的曲线变化。 4、对巷道周围的地质情况作详细调查、记录，并结合矿区 地质构造的发育特点，进行资料的综合分析以便测量资 料的解释结果更符合实际。人工导体干扰的排除1、拆除人工导体 2、远离金属导体 3、测量中合理安排测点，注意接收机天线环的位 置 4、对于有绝缘外皮的导体若是多条，应尽可能使

7、其平行排，并归拢一起，采用金属网分段覆盖 屏蔽接地 5、采用另外一些措施 6、偏离人工导体仍不能消除干扰，如果探测的工 作比较规则，则可采用同步法测量 7、在巷道掘进过程，边掘边探也有利于消除干扰 措施的实施资料整理与解释v资料的整理归纳为二种方法：第一种是人工运算绘图的方法第二种是计算机绘图方法解释方法v坑道无线电波透视法资料解释的目的是根据 探测工作面内的地质构造、地球物理特性及 透视区段电磁参数的分布规律，发现并预测 有意义的异常，进而确定已知构造的发育规 律，未知构造的空间位置、范围和大小，以 及他们之间的相互关系，提供相对的定性、 定量解释结果。 解释方法v 主要的解释方法有场强对比

8、法，平面交 绘法，实测场强法和计算层折成像法。场强 对比法是坑透法中基本，最主要的解释方法 ，而计算机层析成像法，则是近年来发展起 来的新方法。1、场强对比法 v一般来说，场强的异常现象有以下三种：1）、阴影异常:实测场强曲线的异常部分低于理论场强曲线 ，这是由于围岩或煤层的吸收系数小于构造体，所以异常的 特征是阴影，场强值因异常体的屏蔽而小于正常场。 2）、透明异常:实测场强曲线的异常部分高于理论场强曲线 ，形成这种异常有2个原因，一是煤层的吸收系数大于异常 体，如有规律的火成岩侵入体等；二是透视范围内有规律的 干扰场大于正常场。3）、干涉条纹:实测场强曲线相对于理论场强曲线，出现有 规律的

9、震荡现象，呈类似正弦波曲线的形式，但曲线比较尖 、陡。这主要是由于层面反射波与直达波互相干扰引起的。 2、平面交绘法 v 交绘是根据观测到的异常，在确定异常 的边界后，进一步圈定异常体范围大小的重 要方法。他的优点是简便、直观。v 平面交绘法的应用条件是需要具备2条以 上的平行巷道，即穿透面可以视为平面。3、实测场强法将井下测得的场强值，逐点绘制 在同一张直角坐标系中，连成实测场强 曲线，横坐标为测点号，纵坐标为实测 场强值（dB）。测点编号与比例尺大 小应与工作面的平面图一致。4、CT层析成像解释法坑道无线电波透视的层析成像根据衰减 系数分为2大类。通过测量场强值计算出被测 区域内的衰减系数

10、，这样取得的二维成像图 称作绝对衰减层析成像；还有一类称作相对 衰减层析成像。我们大多时候采用绝对衰减 层析成像。 v 我们通过计算机处理，用绝对衰减法得 到绝对衰减层析成像色块图。在复杂的地电 条件下，计算机层析成像色块图效果明显， 透视异常突出，醒目，异常体易于解释。各种地质构造反映的异常特征 陷落柱异常曲线的特征v 由于煤系底部可溶性岩体中岩溶空洞塌 形成的落陷柱破坏了煤层的结构，使煤层缺 失，而以大小不一、棱角分、零乱的上覆岩 层堆积物代之，使其和周围煤层的电性有明 显差异，而且，陷落柱的形成往往伴随着邻 近煤层的产状变化、裂隙发育、小断层增多 ，甚至大量充水等，这样的构造能够大量地

11、吸收电磁波能量，反映在透视曲线上有明显 特征。v 电磁波遇到陷落柱，其衰减系数与实测 场强曲线呈漏斗形或因透视距离关系呈半漏 斗或“V”字形。接近陷落柱昌，值开始减小 ，进入陷落柱中，降至最小，实践中发现， 进入陷落柱状时往往0.1煤与陷落柱的交界 面曲线上反映出一个拐点。当发射机靠近陷 落柱一侧透视时，就会出现大范围的阴影区 ，曲线在低值区摆动，这是曲线反映陷落 柱的又一种形式。断层异常曲线的特征v 断层是普遍发育的一种地质构造。由于断层破 坏了煤层的正常结构，它使煤层发生错动与位移， 在断层面附近煤层破碎、节理裂隙节育。而电磁波 遇到各种规则或不规则的界面早就会发生折射、反 射或散射等物理

12、现象，比起正常煤层一般会对电磁 波能量有更大的吸收，而断层带又常常充水，也会 使断层近电阻降低，吸收系数增大。如果断层的断 距大于煤厚，则会使断层一盘的煤层完全与另一盘 的煤层顶板或底板接触，而一般顶、底板岩性电阻 率相对煤层而言为低阻。 v 因此，当电磁波在穿越煤层的途径中有 断层存在时，就会不同程度地被屏蔽，形成 透视低值异常，只要发射点和接收点的布置 适当，根据透视异常曲线的特征，综合分析 资料，就可以利用无线电波透视法圈定工作 面内的断层，确定某些断层相互关系。 v 断层在透视曲线上的反映一般是0的低 值异常。如果煤层在沿层理主向的电性变化 不大，而正常场确定比较正确，则-5dB即 可

13、进入异常区。但由于断层的产状复杂，大 小、长短悬殊，而且落差随走变化，发射点 ，接收点与断层之间的相互位置关系多变， 所以反映在透视曲线上，虽然衰减不如陷落 柱那样显著，但情况却比较复杂。v现初步分析，归纳如下。v落差有变化断层的异常特征：当电磁波穿越 断层时，衰减增大，曲线变陡，出现拐点或 突变点，这个特点往往是反映进入断层的重 要依据。但根据断层落差的不同变化，曲线 将有以下三种情况：v1、发射与接收间电磁波穿越途径中，断层落 差变化不大时，如图所示，接收按实线箭头 方向进行，在单条巷道中进行透视，断层落 差基本不变。电磁波穿越断层时，衰减增大 ，曲线变陡；而穿过断层后，场强又基本按 正常

14、煤层吸收系数衰减，曲线在正常煤层中 近于0dB ，过断层衰减一定数量后，又在某 一值上下摆动。v2、发射与接收间电磁波穿越途径中，接收距 离的增大与断层落差减小的方向一致时，接 收按实线箭头方向进行，接收距离的增大与 断层落差减小的方向一致。这时，可以看到 穿过断层后曲线会慢慢回升，脱离断层尖灭 点后，值将接近于0dB。v3、接收距离的增大与断层落差增大的方向一 致时，接收按实线箭头方向进行，接收距离 的增大与断层落差增大的方向一致。这时， 穿过断层后曲线上的负值将越来越远离0dB 。隐伏断层的异常特征v 隐伏断层的存在常给煤矿造成严重影响 ，地质人员一般无法预料和推断，坑透探测 隐伏断层有比

15、较明显的效果。v1、相对于一个发射点而言，接收范围完全在 断层的另一盘时，这时实测场强曲线低于理 论场强曲线，而值的大小则与断层的落差、 性质有关。v2、落差较大，走向不长的隐伏断层，当隐伏 断层（尤其是走向断层）走向不长，能在一 个发射点所对应的接收范围内时，断层的实 测场强曲线呈不规则的槽形。v当然，上面2种情况是比较典型的，图形也是 比较理想化的，而实际情况却要复杂得多。 煤层厚度变化异常曲线的特征v 煤层厚度的变化，无论是原生沉积不均 匀，还是后生构造变动，均会使煤层结构、 层理的均匀性和连续性遭到不同程度的破坏 ，而电磁波在穿越变化区时就会受到不同程 度屏蔽和衰减。v煤层变化异常曲线

16、的特征：v1、煤厚变化不太大（当然也不是微小的变化 ），而影响范围较大或呈条带状时，在透视 综合曲线上的异常与断层相似；v2、而当煤层完全或接近完全被冲刷、但影响 范围较小时，其异常曲线与陷落柱相似。褶曲线引起的曲线异常特征v工作面内存在小褶曲构造时，在透视综合曲 线上亦有明显的反映。若发射与接收处在褶 曲轴部的两侧，则曲线会出现类似陷落柱异 常曲线的特征，值的变化较大。火成岩异常曲线的特征v 由于火成岩与煤层的电性差异较大，用 无线电波透视法探测工作面内的火成岩体， 从理论上讲是可能的。但由于煤层中的火成 岩体种类多，产状复杂，电性变化大，反映 在透视曲线上的变化也大，既有可能出现低 值异常，又有可能出现高值异常，给资料的 分析解释带来一定困难。因此，用坑