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1引言
煤与瓦斯突出是煤矿生产中最严重的灾害之一，科学地预测瓦斯突出危险区对于提高采掘生产中防突措施的科学性和针对性，减少防突工作量，降低生产成本都具有重要的现实意义。煤与瓦斯突出是由瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多因素共同作用的结果。当地应力、瓦斯压力达到一定值时，是否发生突出的关键就在于各种应力与煤壁阻力间的相互关系，只有各种应力之和大于煤壁阻力时突出才会发生。而构造煤具有煤体强度低，对应力敏感性强，容易形成高的瓦斯压力梯度和储存更多的弹性潜能的特征，使构造煤更容易发生煤与瓦斯突出。大量资料表明，一定厚度的构造煤的存在是发生煤与瓦斯突出的必要条件[1-2]。为此，如何探测井田内构造煤的分布规律就显得当务之急。传统的探测构造煤的方法是跟踪观测已掘巷道的构造煤，对巷道未进入的工作面内部的构造煤分布规律无法判识。论文采用无线电波透视技术对大众矿（南翼）工作面的构造煤进行了判识，结果与生产实践具有较好的一致性，这对于该工作面防治煤与瓦斯突出具有重要的现实意义。
2 基本原理
无线电波透视技术是根据电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩层和煤层的电性（电阻率和介电常数） 的不同，它们对电磁波的吸收不一致的原理，来探测待采工作面内的地质异常体[3-4]。无线电波在煤岩体中传播时，在介质中各点的场强可以用下式来表示：
H= H0 （1）
式中：
H——实测场强值；
H0——理论初始场强值；
β——介质吸收系数；
r——发射点到接收点距离；
sinθ——方向性因子，一般可认为等于1。
在理论初始场强值恒定的情况下，煤岩体各点场强的大小主要取决于介质吸收系数，而煤岩体的电阻率是控制介质吸收系数大小的主要参数[5]。研究表明，构造煤和硬煤存在着明显的电阻率差异。对于淮南中低变质程度的烟煤而言，构造煤的电阻率在48～1050Ω.M之间，常见值为680Ω.M左右，一般值在750Ω.M以下；硬煤的电阻率值为620～5550Ω.M，常见值为2530Ω.M左右。在淮南煤田，硬煤的电阻率值一般约为构造煤的2.50倍以上[6]。在平顶山矿区，硬煤的电阻率一般为构造煤的5.39倍[7-8]。硬煤和构造煤电阻率的显著差异是利用无线电波透视技术探测构造煤的物性基础。
3 探测方法及资料解释
3.1 探测方法
在工作面圈成以后，整个工作面上下顺槽处于断电状态，使用重庆煤科分院生产的WKT-E型无线电波坑透仪，采用合理的工作频率，定点交汇法探测。发射点间距为50m，接收点间距为10m。根据工作面上下顺槽的长度合理布置测点，上下顺槽均布置发射点和接收点，其示意图如图1所示。对于倾斜长度超过100m的工作面，應采用0.5MHZ的工作频率，小于100m的工作面，应采用1.5MHZ的工作频率。探测时要同时观测记录淋水地点、裂隙发育地段及电线电缆位置，以便在进行资料解释时排除干扰因素。
图1 无线电波透视技术探测构造煤测点布置示意图
3.2 资料解释
资料解释用WKT-E型无线电波坑透仪自带的坑透系统软件完成的。比较实测场强的两极值、极值差及衰减系数的两极值、极值差，初步确定某一发射点与相应接收点之间是否存在异常，再用平面交汇法在平面图上画出异常范围；当遇单向异常时用虚线圈出可能异常范围。根据坑透解释方法和现场实测数据确定以下异常解释原则[9-10]：
①当实测场强H、衰减系数η分别呈似正态曲线型且H和η的两极值差分别小于15dB、η值大于-25dB时，该发射点与相应接收点之间无异常，或称正常区。
②当H、η曲线分别呈阶梯型、槽型、单增或单降型，且H和η两极值差分别或其中之一大于15dB、η值一般均小于-25dB时，则可认为该发射点与相应接收点间存在坑透异常。
4 现场应用
4.1 工作面概况
24051（南）工作面位于该矿井田北部二水平四采区的下部，标高为-330～-400m。该工作面上部为2403（南）的采空区，工作面下部为未开采的3201工作面，南边是煤层变薄带，北边是24F5断层。该工作面走向长244m，倾斜长149～156m，平均153m，面积37822m2。含煤地层为石炭二叠系，主采煤层为山西组底部二1煤层，煤层赋存走向NW，倾向为NE，倾角24～26°，平均25°。煤厚0.2～10m，平均煤厚6.8 m，煤层结构简单，无夹石层，煤质为贫瘦煤，容重为1.4t/m3，可采储量337460.92吨。
在24051（南）工作面上下顺槽巷道掘进期间，对掘进巷道的构造煤进行了跟踪观测，观测结果如图2、图3所示。总体上，工作面内煤体层理比较清晰，煤体较硬，构造煤呈带状分布，软煤加厚带主要位于切眼附近，范围为上顺槽距切眼75m左右，下顺槽距切眼100m左右，软煤厚度在1.0m以上，破坏类型基本为Ⅲ类。
4.2无线电波坑透
为准确掌握工作面内部的构造煤分布规律，在工作面圈成后，采用WKT-E型无线电波透视仪定点交会法对工作面实施了探测，工作频率0.5MHz。接收点间距为10m，发射点间距为50m，两巷共布置10个发射点，50个接受点，共接受412个无线电波坑透数据，其中上顺槽接受206个数据，最大值为68.8dB，最小值为20dB，多为50dB左右，下顺槽接受206个数据，最大值为58.4dB，最小值为24.7dB，多为50dB左右。巷道采用工字钢支护，探测过程中仪器工作状态良好，工作面采取了停电措施，干扰因素不大，不发射时，测量干扰因素在10dB以下，总体接收效果较好。
（上接第173页）
资料整理用仪器自带的坑透软件完成的，绘制了CT分析平面图1幅（见图4）作为资料解释的基础。依据各发射点的综合曲线形态，比较实测场强和衰减系数的两极值、极值差，初步确定某一发射点与相应接收点间是否存在异常，再用交绘法在平面图上画出异常区范围；当遇单向异常时用虚线圈出可能异常范围。由图4可看出，工作面切眼附近场强衰减严重，衰减在20dB以上，向北则基本在15dB以下，这反映了工作面切眼附近的构造煤较北部发育。结合巷道无线电波跟踪观测，认为衰减达30dB以上的区域属于构造或构造煤异常带，因此，如图5所示，距切眼70m范围内该工作面的构造煤异常带，与巷道跟踪观测结果具有较好的一致性。
图4 工作面无线电波透视CT图
图5 24051（南）工作面构造煤造预测结果示意图
5 结 论
（1）煤岩体的电阻率是控制介质吸收系数大小的主要参数，构造煤和硬煤电阻率差异明显，这是利用无线电波透视技术探测构造煤的物性基础。
（2）采用无线电波透视技术，探测了未采工作面内部的构造煤发育规律，提高了防突措施的有效性和针对性，保障了突出矿井的安全生产，经济效益和社会效益十分显著。
煤与瓦斯突出是煤矿生产中最严重的灾害之一，科学地预测瓦斯突出危险区对于提高采掘生产中防突措施的科学性和针对性，减少防突工作量，降低生产成本都具有重要的现实意义。煤与瓦斯突出是由瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多因素共同作用的结果。当地应力、瓦斯压力达到一定值时，是否发生突出的关键就在于各种应力与煤壁阻力间的相互关系，只有各种应力之和大于煤壁阻力时突出才会发生。而构造煤具有煤体强度低，对应力敏感性强，容易形成高的瓦斯压力梯度和储存更多的弹性潜能的特征，使构造煤更容易发生煤与瓦斯突出。大量资料表明，一定厚度的构造煤的存在是发生煤与瓦斯突出的必要条件[1-2]。为此，如何探测井田内构造煤的分布规律就显得当务之急。传统的探测构造煤的方法是跟踪观测已掘巷道的构造煤，对巷道未进入的工作面内部的构造煤分布规律无法判识。论文采用无线电波透视技术对大众矿（南翼）工作面的构造煤进行了判识，结果与生产实践具有较好的一致性，这对于该工作面防治煤与瓦斯突出具有重要的现实意义。
2 基本原理
无线电波透视技术是根据电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩层和煤层的电性（电阻率和介电常数） 的不同，它们对电磁波的吸收不一致的原理，来探测待采工作面内的地质异常体[3-4]。无线电波在煤岩体中传播时，在介质中各点的场强可以用下式来表示：
H= H0 （1）
式中：
H——实测场强值；
H0——理论初始场强值；
β——介质吸收系数；
r——发射点到接收点距离；
sinθ——方向性因子，一般可认为等于1。
在理论初始场强值恒定的情况下，煤岩体各点场强的大小主要取决于介质吸收系数，而煤岩体的电阻率是控制介质吸收系数大小的主要参数[5]。研究表明，构造煤和硬煤存在着明显的电阻率差异。对于淮南中低变质程度的烟煤而言，构造煤的电阻率在48～1050Ω.M之间，常见值为680Ω.M左右，一般值在750Ω.M以下；硬煤的电阻率值为620～5550Ω.M，常见值为2530Ω.M左右。在淮南煤田，硬煤的电阻率值一般约为构造煤的2.50倍以上[6]。在平顶山矿区，硬煤的电阻率一般为构造煤的5.39倍[7-8]。硬煤和构造煤电阻率的显著差异是利用无线电波透视技术探测构造煤的物性基础。
3 探测方法及资料解释
3.1 探测方法
在工作面圈成以后，整个工作面上下顺槽处于断电状态，使用重庆煤科分院生产的WKT-E型无线电波坑透仪，采用合理的工作频率，定点交汇法探测。发射点间距为50m，接收点间距为10m。根据工作面上下顺槽的长度合理布置测点，上下顺槽均布置发射点和接收点，其示意图如图1所示。对于倾斜长度超过100m的工作面，應采用0.5MHZ的工作频率，小于100m的工作面，应采用1.5MHZ的工作频率。探测时要同时观测记录淋水地点、裂隙发育地段及电线电缆位置，以便在进行资料解释时排除干扰因素。
图1 无线电波透视技术探测构造煤测点布置示意图
3.2 资料解释
资料解释用WKT-E型无线电波坑透仪自带的坑透系统软件完成的。比较实测场强的两极值、极值差及衰减系数的两极值、极值差，初步确定某一发射点与相应接收点之间是否存在异常，再用平面交汇法在平面图上画出异常范围；当遇单向异常时用虚线圈出可能异常范围。根据坑透解释方法和现场实测数据确定以下异常解释原则[9-10]：
①当实测场强H、衰减系数η分别呈似正态曲线型且H和η的两极值差分别小于15dB、η值大于-25dB时，该发射点与相应接收点之间无异常，或称正常区。
②当H、η曲线分别呈阶梯型、槽型、单增或单降型，且H和η两极值差分别或其中之一大于15dB、η值一般均小于-25dB时，则可认为该发射点与相应接收点间存在坑透异常。
4 现场应用
4.1 工作面概况
24051（南）工作面位于该矿井田北部二水平四采区的下部，标高为-330～-400m。该工作面上部为2403（南）的采空区，工作面下部为未开采的3201工作面，南边是煤层变薄带，北边是24F5断层。该工作面走向长244m，倾斜长149～156m，平均153m，面积37822m2。含煤地层为石炭二叠系，主采煤层为山西组底部二1煤层，煤层赋存走向NW，倾向为NE，倾角24～26°，平均25°。煤厚0.2～10m，平均煤厚6.8 m，煤层结构简单，无夹石层，煤质为贫瘦煤，容重为1.4t/m3，可采储量337460.92吨。
在24051（南）工作面上下顺槽巷道掘进期间，对掘进巷道的构造煤进行了跟踪观测，观测结果如图2、图3所示。总体上，工作面内煤体层理比较清晰，煤体较硬，构造煤呈带状分布，软煤加厚带主要位于切眼附近，范围为上顺槽距切眼75m左右，下顺槽距切眼100m左右，软煤厚度在1.0m以上，破坏类型基本为Ⅲ类。
4.2无线电波坑透
为准确掌握工作面内部的构造煤分布规律，在工作面圈成后，采用WKT-E型无线电波透视仪定点交会法对工作面实施了探测，工作频率0.5MHz。接收点间距为10m，发射点间距为50m，两巷共布置10个发射点，50个接受点，共接受412个无线电波坑透数据，其中上顺槽接受206个数据，最大值为68.8dB，最小值为20dB，多为50dB左右，下顺槽接受206个数据，最大值为58.4dB，最小值为24.7dB，多为50dB左右。巷道采用工字钢支护，探测过程中仪器工作状态良好，工作面采取了停电措施，干扰因素不大，不发射时，测量干扰因素在10dB以下，总体接收效果较好。
（上接第173页）
资料整理用仪器自带的坑透软件完成的，绘制了CT分析平面图1幅（见图4）作为资料解释的基础。依据各发射点的综合曲线形态，比较实测场强和衰减系数的两极值、极值差，初步确定某一发射点与相应接收点间是否存在异常，再用交绘法在平面图上画出异常区范围；当遇单向异常时用虚线圈出可能异常范围。由图4可看出，工作面切眼附近场强衰减严重，衰减在20dB以上，向北则基本在15dB以下，这反映了工作面切眼附近的构造煤较北部发育。结合巷道无线电波跟踪观测，认为衰减达30dB以上的区域属于构造或构造煤异常带，因此，如图5所示，距切眼70m范围内该工作面的构造煤异常带，与巷道跟踪观测结果具有较好的一致性。
图4 工作面无线电波透视CT图
图5 24051（南）工作面构造煤造预测结果示意图
5 结 论
（1）煤岩体的电阻率是控制介质吸收系数大小的主要参数，构造煤和硬煤电阻率差异明显，这是利用无线电波透视技术探测构造煤的物性基础。
（2）采用无线电波透视技术，探测了未采工作面内部的构造煤发育规律，提高了防突措施的有效性和针对性，保障了突出矿井的安全生产，经济效益和社会效益十分显著。