摘要：无线电波透视技术作为探测煤层工作面内地质构造常用的一种技术手段，其具有快速、轻便、成本低的特点。本文从分析坑透反演所需原始实测场强值数据量的角度出发，在等接收范围内减小测点间距以丰富实测数据量,结合张集矿某工作面现场探查，将常规接收间距由10米缩短至5米，探测结果表明基于5米小接收间距的无线电波探测方式较10米常规接收间距具有更好的探测效果。
关键词：煤层工作面；接收间距；无线电波透视
引言
在现代化煤矿的生产过程中，随着综合机械化采煤技术的不断发展，对工作面地质构造异常的准确定位、发育程度以及影响范围的认知必须得到相应的提高[1-3]。同时，伴随着开采水平的延伸和开采深度的不断加大，地质条件变得越来越复杂。矿井无线电波透视技术是煤矿中常用的一种地球物理勘查方法，常用来对煤层回采工作面内的地质构造进行探查，其具有快速、轻便、透距大、精度高的特点，对工作面内陷落柱、断层、薄煤区等地质异常体探查效果良好[4]。因此研究无线电波透视向高精度反演以此来提高地质异常体精确定位，对煤矿安全生产有着重要意义。
1无线电波透视原理及其工作方式
1.1无线电波透视原理
无线电波透视法又称坑透，属于地下电磁波法的一类。电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩矿石的电性（电阻率ρ、介电常数ε）存在差异，不同介质对电磁波吸收能力不同。在电磁波穿越煤层的途径内，当遇到与煤层电性不同的地质构造时，诸如断层、薄煤层、陷落柱等，电磁波能量会被其吸收或完全屏蔽，信号强度会明显下降甚至接收不到信号，进而形成透射异常区。电磁波在煤层中场强衰减规律可利用其在均匀介质中的传播公式表时，
1.2无线电波工作方法
无线电波透视观测方式包括定点法观测和同步法观测两种方式，常采用定点法观测，即在一条巷道中设置发射点，利用坑透仪发射机发射电磁波信号，在另一条巷道中布置接收段信号段，利用坑透仪器接收机逐点接收电磁波场强，观测射线呈扇形分布。对回风巷和运输巷中发射点及对应接收段逐站进行探测，完成整个工作面的透视探测。
2工作面探测及对比分析
2.1工作面地质条件概况
本次探测选取淮南矿区张集矿某煤层工作面，位于-600m水平东一上采区，工作面斜长2450m,，走向长度为160m，该工作面所处区段主采煤层13-1煤在构造上呈宽缓的一背斜，并发育次一级小褶曲，煤层产状变化不大，倾角为2～6。主采煤层为13-1层煤，上部局部赋存一两层厚约0.2～0.5m的煤线以及一层夹矸。煤层稳定，局部手构造影响，煤层变薄、变软。煤层厚度为3.1～5.8m，平均厚度为4.1m。煤呈一块状为主，弱玻璃光泽。煤层直接顶为灰色～深灰色泥岩及砂质泥岩，局部夹一两层厚约0.2～0.5m的煤线，其中Fg5断层附近直接顶板缺失，厚度0～6.0m；煤层直接底厚度9.5～16.8m，为灰～深灰色泥岩或砂质泥岩,发育13-1下煤,其厚为0.4～1.3m，距13-1煤层法距0.2～1.6m。
2.2施工布置与现场数据采集
本次无线电波探测现场采用两种接收间距进行数据采集，分别为常规接收间距10m和小接收间距5m，发射点间距均为50m，发射频率为0.365MHZ。本次探测采用定点发射的观测方式，按照事先安排好观测约定时间序列，列出时间表格，现场探测时严格按时间表执行。两种接收间距的探测方式均在回风顺槽布置、运输顺槽布置25个、23个发射点，在等接收段距离内，10米接收间距对应的数据采集量为21个，5米接收间距对应的数据采集量为41个。
2.3数据处理
本次探测分别采用接收点距为5米和10米、发射点距为50米的工作方式，在现场探测记录每一测站对应的实测场强值，探测结束后，通过录入数据和无线电波透视处理软件ECT的初步处理，获得如下射线分布图，如图1所示。从图中射线分布密度可知，基于5米的接收间距的探测方式的射线密度明显大于10米的接收间距探测方式，从数据实测场强数据数量上可得知，5米接收间距探测方式获得的数据量是10米接收间距的两倍，这为后期电磁波资料处理提供了更为丰富的数据，尤其是对于层析成像反演解不定方程所需的数据量。除此之外还获得了基于10米和5米不同接收间距探测方式所对应的实测场强综合曲线图，5米接收接收间距和10米接收间距探测方式所获得的工作面实测场强分布图，如下图2所示。
2.4坑透数据解释
比较5米、10米接收间距分别对应的实测场强分布可知，两种间距探测对工作面内的异常构造都有明显的反映，说明了无线电波透视对构造探测的有效性。其中前者对确定异常构造分的位置、分布范围较后者更加精确。在分别获得不同接收间距的实测场强分布图的基础上，经过基于SIRT反演算法的层析成像获取不同网格划分尺度下的层析成像图，并叠加在工作面实际开采所揭露的构造分布图上可定量分析异常构造的位置、分布范围，如下图3所示。如图3所示:单元网格边长为5m的SIRT反演结果：对落差≥1/2煤厚断层F2、F6、F7、F8反映显著，位置控制较好，断层影响区表现为显著的高吸收系数值0.025~0.05dB/m；对落差<1/2煤厚断层F1及薄煤区反映较显著；对落差≤1/3煤厚断层F3、F5、F9、F10及F11有一定反映；对落差≤1/3煤厚断层F4反映不明显。如图所示：单元网格边长为10m的SIRT反演结果：对落差≥1/2煤厚断层F2、F6、F7、F8反映显著，位置控制较好，断层影响区表现为显著的高吸收系数值0.025~0.05dB/m；对落差<1/2煤厚断层F1及薄煤区反映较显著；对落差≤1/3煤厚断层F3、F5、F9、F10及F11有一定反映；对落差≤1/3煤厚断层F4反映不明显。综合比较分析可得知，单元网格边长为5m的SIRT反演结果反演结果中F6与F7、F8与薄煤区界线较清楚，对地质异常的分辨明显优于单元网格边长为10m的SIRT反演结果。
3结论
针对本次将不同接收间距应用到具体工作面构造探测实验研究，结果表明：（1）煤层工作面无线电波探测对圈出工作面内异常构造确切有效，且能圈出异常区的位置、展布范围。（2）对于两种不同接收间距的探测方式所获取的实测场强层析成像均能对工作面内构造异常有所响应，其中小间距5米探测较10接收接收间距更能精确的确定断层的位置。
参考文献：
[1]吴荣新,刘盛东,肖玉林,徐翀.工作面无线电波透视实测场强分析及应用[J].岩土力学,2010,31(1增刊):435-440.
[2]岳洪波,李东会.矿井小构造与瓦斯的坑道无线电磁波透视法应用分析[J].矿业快报,2007(04):65-66.
[3]高一峰.无线电波透视在煤矿中的应用[J].农村经济杂志物探与化探,2007,31(增刊):105-108.
[4]张旻舳,师学明.电磁波层析成像技术进展[J].工程地球物理学报,2009(04):418-422.
作者：左汪会 吴荣新 单位：安徽理工大学地球与环境学院
