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煤矿井下坑透结果异常区偏差原因分析及解决方法

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第21期作者：谢枫孟庆彪毛杰李磊

[导读] 摘要：煤矿井下坑透探测成果所划分的异常区，经常与实际回采揭露后的异常区范围有偏差，本文阐述了异常区出现偏差的的原因，指出了现有坑道透原理方法和观测系统上存在的缺陷；在此基础上提出了从施工设计上提高探测精度的有效方法。

        淮河能源集团安徽省淮南市 232001
        摘要：煤矿井下坑透探测成果所划分的异常区，经常与实际回采揭露后的异常区范围有偏差，本文阐述了异常区出现偏差的的原因，指出了现有坑道透原理方法和观测系统上存在的缺陷；在此基础上提出了从施工设计上提高探测精度的有效方法。
        关键词：坑透异常区；偏差的原因；存在缺陷；有效方法
        1.引言
        无线电磁波坑道透视是目前探测煤层内部地质异常较为成熟的探测方式，其原理是利用不同介质，不同电阻率的岩层对无线电波能量吸收的不同；进而直观的将煤层中的地质异常以电磁参数（电场异常，吸收系数异常）的形式表现；再将坑透成果和已有的地质揭露情况相互结合分析，判断出异常区对实际生产中的影响程度，圈定出影响生产的地质异常区及其隐伏构造。
        但是在实际的工作中，总是出现异常区划分精确度不够的问题，这些问题产生的原因一直困扰着数据处理人员。
        2.坑透异常区验证对比
        在已收作12个工作面中共划分50个坑透异常区，回采揭露45个异常区，5个异常区未验证，其中与回采基本吻合的异常区40个。
        其中17246工作面见多个走向断层，另揭露一个隐伏断层异常区；1622（1）工作面4#异常区见多个走向断层，有多个坑透异常区比实际揭露的较大，也有多个坑透异常区较实际揭露的小，本文就这个问题将做总结与阐述。
        3.坑透异常区偏差原因分析
        引起坑透异常区偏差的原因既有坑透原理、方法及观察系统缺陷引起的，也有人为布设发射点不当导致的；分析设计人员在了解引起物探偏差成因的基础上，尽量避免发射点人为布设不当引起的异常区失真。
        3.1坑透原理、方法及观察系统缺陷
        3.1.1异常区偏大的原因
        1）观测系统是引起异常区偏大的主要成因
        坑透异常区的偏差主要源于自身观测系统的布置，如图所示，坑透探测只能在两巷内进行，在现有双巷对角定点采集方式下，如图1（左图）所示异常区与数据采集点关系，回运两巷的1、2、10、11接收射线没有经过异常区，上下两巷道3～9接收射线经过异常区，无异常射线与有异常射线形成明显的数值差异，形成了有异常射线的阴影区域，异常射线阴影区域形如菱形，因此圈定的异常区范围往往比实际揭露的范围大，而形如菱形也是等值线（长轴垂直于巷道）似椭圆的成因。
        2）难以区分引起物性差异是物探异常区偏大的次要成因
        坑透的异常区的圈定是以一个确定的阙值作为划分异常区的标准，而引起异常的原因有煤质变化，煤厚变化，地质构造等成因，现有坑透技术尚不能区分上述物性异常的成因。
        3.1.2异常区偏小的原因
        难以区分引起物性差异也是物探异常区偏小的成因；坑透的异常区的圈定是以一个确定的阙值作为划分异常区的标准，而引起异常的原因有煤质变化，煤厚变化，地质构造等成因，现有坑透技术尚不能区分上述物性异常的成因；而有地质构造煤质较差的射线和有地质构造煤质较好射线在同一回采异常区域场强值变化较大，这就出现了物探异常区变小的情况。
        3.2设计发射点布设不当引起坑透偏差
        观测系统设计时，常常出现发射点无原则加密现象，这使得人为坑透偏差影响到物探结果，又降低了坑透工作效率。因此物探人员应充分了解设计缺陷引起的坑透误差的原理，从而避免人为坑透设计误差。
        1）发射点布置到地质构造异常带中
        由于设计人员缺乏经验，常把坑透发射点布置到地质构造异常带中，这种情况导致该发射点在相应接收巷道的场强值人为的变为了低值，在场强曲线图上表现为该发射点接收的场强值突然跳水为低值曲线，这种曲线组合，极容易在场强图中形成一个明显的三角扇形；假如异常阙值大于发射点对应接收巷道的场强值，就会出现低值扇形异常区域。
        如图1综合曲线图（左图）中曲线有跳水现象，场强图（右图）明显有一扇形低值异常区，虽巷道素描图没有异常情况，但可以认为该发射点布置不当。

        图1 1612（1）工作面坑透24#接收曲线及场强图
        2）无原则加密导致的无效加密发射点
        坑透发射点加密时，不是发射点越密越好，加密过度，同一网格单元内的不同路径数据越多，数据打架现象就越严重，对异常区边界的确定也就越难以估计，极容易出现异常区范围扩大或者缩小。
        2）断层附近发射点的布设间距问题
        与巷帮成67.5～112.5°的断层处，发射点应尽量布设到巷道素描图断层左右两侧煤层正常处20m以上，既两个发射点间距最小40m以上；发射点距离断层过近时，发射点极容易布设到断层破碎后物性异常区中。
        与巷帮成0～67.5°和112.5～180°的断层，发射点应离断层发育方向的反方向煤层正常处20m以上；顺断层发育方向，发射点应尽量采用正常间距布置；原因是这种角度的断层超过了发射观测角22.5°，发射点丧失了高精度控制边界的能力，采用加密已经失去控制边界的意义，此时异常区边界主要靠另一巷道的发射扇形射线控制该断层的边界。
        4.坑透设计布点原则
        坑透设计时，设计人员应在了解掌握坑透异常区偏差成因的前提下，重点关注发射点布设质量，同时兼顾坑透工作效率；因此，设计人员在设计阶段要注意以下几个要点：
        1)坑透发射点应尽量布置在巷道素描图中无构造、煤厚正常处。
        2)对煤厚发生变化的工作面，发射点可左右挪移10～20m布置在煤厚较厚处，而接收点不发生改变
        3)对已知构造的断层：
        ①与巷帮成0～67.5°和112.5～180°的断层，断层发育方向的反方向发射点布设离煤层正常处20m以上，顺断层发育方向，发射点应尽量采用正常间距布置。
        ②与巷帮成67.5～112.5°的断层，发射点应尽量离左右两侧煤层正常处约10～20m处，既两个发射点间距最小在40～50m左右。
        5.展望
        坑透技术是一种较为成熟的技术，然坑透的载体-电磁波是一个六维矢量，而现有的坑透技术仅应用了频率、场强矢量；因此坑透技术的进步应在相位，极化方式等矢量上做深入研究，并进一步通过电子技术深入应用，逐步解决坑透中效率问题。
        参考文献
        [1]刘天放,李志聃.矿井地球物理勘探[M].北京:煤炭工业出版社,1993.
        [2]褚绍良.矿井物探应用[M].北京:煤炭工业出版社,1995.
        [3]董守华,王琦.层析成像在巷道无线电波透视法的应用[J].中国矿业大学学报,2003,32(5):579-582.
        [4]王琦.坑道无线电波透视层析成像中数字模型的设计与特殊处理[J]物探化探计算1998.20,（2）：156-160.
        [5]王琦.电磁波坑道透射资料中走向构造的特殊处理[J]煤田地质与勘探,1995,23(6):57-61.