工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用.
多种物探方法在煤矿回采工作面防治中的应用
多种物探方法在煤矿回采工作面防治中的应用摘要：多种物探方法在煤矿回采工作面防治中的应用具有重要的意义。
它们可以提供关键的地下信息，帮助煤矿管理者和工程师了解煤层和地下构造的情况，预测地质灾害的风险，并制定相应的防治措施，从而保障煤矿的安全生产和工人的生命安全。
基于此，文章主要分析了多种物探方法在煤矿回采工作面防治中的应用，以某矿12407工作面为例，运用三种物探方法探测工作顶板上方基岩含水层的富水性及工作面内部地质构造分布情况，为下一步防治水与工作面回采工作提供参考依据。
关键词：多种物探方法；煤矿回采工作面防治；应用1多种物探方法在煤矿回采工作面防治中应用的重要性多种物探方法在煤矿回采工作面防治中的应用具有重要性。
以下是一些重要的物探方法及其应用：（1）电法。
电法是通过测量地下介质的电阻率变化来识别和划分煤层和煤与瓦斯突出区域。
通过电法勘探可以确定煤层的厚度、位置和质量，并预测瓦斯突出的风险区域，为煤矿回采工作面的布置和防治提供重要的参考。
（2）震源地震法。
震源地震法是通过人工震源激发地下的地震波，利用地震波的传播特性和反射、折射等地震波现象来获取地下介质的信息。
在煤矿回采工作面防治中，震源地震法可以用于检测矿层的变形和断裂情况，预测煤与矿震的风险，避免灾害的发生。
（3）磁法。
磁法是利用地下介质的磁性特性来探测地下矿体和岩层的方法。
在煤矿回采工作面防治中，磁法可以用于测量煤层的磁性差异，判断煤层的走向、倾角和分布情况，以及探测煤与瓦斯突出等地质灾害的风险。
（4）雷达法。
雷达法是利用地下介质对雷达信号的反射和传播特性来获取地下结构信息的方法。
在煤矿回采工作面防治中，雷达法可以用于识别煤与瓦斯突出的裂隙和岩层的变形，帮助预测瓦斯突出的风险，并指导回采工作面的布置和防治措施。
2方法原理2.1音频电穿透法矿井音频电穿透法是一种利用电法探测技术在煤矿井下进行观测的方法。
它基于煤系地层在纵向和横向上的物理特性变化规律，并考虑到井下裂隙充水等因素对电性的影响。
无线电波透视法及特点
1、现状与应用效果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。
将0.5*106~107H2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。
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”交会的地方，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物理基础。
2、特点与应用条件坑道无线电波透视法的主要特点：坑道无线电波透视法的局限性。
由于全国各个矿区煤层的赋存情况、回采条件各不相同，故根据无线电波透视法的特点将其适用条件简单归结为以下几个方面：煤的变质程度煤层厚度煤层倾角井下工作方法准备工作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。
煤矿工作面无线电波透视技术原理与数据处理
4.2无线电波透视基本理论
无线电波透视技术原理
电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石 电性的不同，它们对电磁波能量吸收不同，低阻岩 层对电磁波具有较强的吸收作用，当波前进方向遇 到断裂构造所出现的界面时，电磁波将在界面上产 生反射和折射作用，也造成能量的损耗。 因此，在矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到断层、 陷落柱或其它构造时，波能量被吸收或完全被屏蔽， 则在接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号，形 成所谓的透视异常。 研究采区煤层、各种构造及地质体对电磁波的影 响所造成的各种无线电波透视异常，从而进行地质 推断和解释。
该方法有效缩短了坑透现场探测时间，减少了坑透探测人员的劳动 强度；但该方法人员及仪器成本增加一倍，需2套坑透仪，8人操作。
场强增量法
• 接收总场强值和背景场强值,进行增量计算.
• 资料处理
• 软件更新：长期以来，随坑透仪配备的软 件对工作面测点、工作方式的布置要求较 为苛刻，灵活性差；现开发出新的ECT电 磁波处理系统，功能更强、实现多种方式 的数据反演；
无线电波透视技术优势
• 无线电波透视因仪器轻便、资料采集方便 迅速、所需人员较少、透视距离较大、探 测效果较为显著，已成为综采工作面有效 的物探方法之一，为目前国内外工作面内 地质构造探查最普遍采用的物探手段(于景 邨,等,2007;高一峰,2007; 韩德品,等,2009)。
无线电波透视技术存在问题
进一步研究无 线电波传播原理及煤岩电磁波吸收原理； 进一步研究坑透数据反演技术，提高坑透数据对地质异常 的分辨能力。
课题组研究进展
• 观测方式： • 传统数据采集为“一发一收”，工作效率
无线电波透视技术
0.021 0.02 0.019 0.018 0.017 0.016 0.015 0.014 0.013 0.012 0.011 0.01
10
20
30
40
50
60
0
建 筑 物
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0.009 0.008 0.007 0.006
建 筑 物
”一发双收观测系统“的井下试验
2．吸收系数与电磁参数的关系 在煤层中进行无线电波透视，具有显著的特点： 1）交替成层的含煤地层是典型的非均匀介质，但基本上都是层状介质； 2）巷道通常是沿煤层掘进的，而极少布置在煤层的顶板或底板岩层中。 考虑到1），则介质电性参数（ 、 、 ）都要用垂直层理和平行层理的X、 Y、Z三个分量，才能完整的表达透视中波的参数。这样就是使其资料解释工 作较在均匀各向同性介质复杂得多。而考虑到2），综采工作面的巷道通常 布置在煤层中（除遇断层或薄煤区外），如果在发射时，发射机和接收机均 置于同一煤层中，而在大多数情况下，煤层在一定范围内横向的变化是均匀 的，因此，仍可以利用均匀各向同性介质中应用较为简单的公式进行计算和 解释。
在井下煤、岩层中电磁波的传播，其强度、相位大小直接与煤、岩电阻率、 介电常数和磁导率等电磁参数有关。大量的现场实验和实验室煤、岩样测定结 果表明，矿区各煤层与顶底板都有明显的电磁性质的差异，这就是采用无线电 波透视的地质地球物理基础。 1．煤、岩电磁参数 煤的变质程度对其电阻率有决定性的影响。在成煤过程中，随着炭化作用 的进行，煤的变质程度增高。煤的含炭量逐渐增多，挥发物减少。煤的电阻率 也相应的减小。另外，煤与其它岩层一样其电阻率与湿度的关系密切，煤层及 其顶底板岩层中部分含有一定的水分。水溶解了煤和顶底板岩石的矿物质。呈 一种带极性分子的溶液存在于煤层及岩层空隙中，为离子导电物质，因此对电 阻率影响很大。水分越高，湿度越大，则电阻率变小，电磁能量的衰减增大。 正因如此，井下利用无线电波透视可成功地探测含水破碎带及断层裂隙带等地 质问题。
无线电坑透在综采工作面中应用
无线电坑透在综采工作面中应用摘要:坑透CT成像技术主要应用于煤矿采煤工作面隐伏地质构造、煤层厚度变化等地质异常体的探测。
通过分析潘一矿2321(3)综采工作面坑透CT的施工方法和地质构造探测成果,结合回采实际揭露资料,证明无线电坑透在淮南矿区的应用效果比较理想。
关键词:坑透地质构造异常2331(3)综采工作面位于F4正断层上盘～F5逆断层上盘之间,13-1煤层厚度4.53m～6.0m,平均煤厚5.44m。
煤层顶板为泥岩、中细砂岩,底板砂质泥岩。
按设计停采线计算,工作面上顺槽长度890m,下顺槽长920m,倾斜长160m。
巷道掘进期间共揭露7条,其中1条为逆断层,地质条件工作面由东向西从简单至复杂。
此次探测目的主要有以下三个:(1)探明工作面内落差大于1/2煤厚的断层位置及其延伸;(2)探测并圈定煤层厚度小于1/2正常煤厚的薄煤带的范围;(3)探测并圈定直径大于15m陷落柱的位置及范围。
1 无线电波坑道透视法的基本原理1.1 坑道透视法的物理基础电磁波在地下岩层中传播时,由于各种岩矿石电性(电阻率ρ、介电常数ε等)不同,它们对电磁波能量吸收有一定的差异,电阻率低的岩矿石具有较大的吸收作用。
研究煤层与各种岩石及地质构造对电磁波传播的影响(包括吸收、反射、二次辐射等作用)所造成的各种异常,从而进行地质推断解释,这就是坑道透视法的物理基础。
如表1所示。
一般情况下,煤层电阻率与煤层顶底板之间电性差异越大,异常反映越明显,坑透效果会越好。
1.2 电磁波在均匀介质中的辐射场由于采煤工作面的巷道通常都布置在煤层中(除寻找因断层断失的煤层而外)这一煤矿技术条件,如果在透视时,使发射机与接收机处在同一煤层中,可利用均匀各向同性介质中应用的较为简单的公式进行计算和解释。
1.3 电磁波在均匀介质中辐射场表达式式中:H0为决定于发射功率和天线周围介质的初始场强;β为介质对电磁波能量的吸收系数;r为观测点到辐射源的直线距离。
潘北矿倾斜工作面无线电波透视应用效果分析
煤 厚介 于 １ 厚 和 １２煤 厚 之 间（ 图 １ａｂ ｃ 。 煤 ／ 见 ， ，，）
１２ （ ） 作 面 所 采 煤 层 为 １ １１ ３ 工 ３—１煤 。工 作 面走 向长 约 ｌ３ ０ 倾 斜 长 １４ ４ ｍ， ２ ｍ。该 工 作 面 为地 质 构 造 复 杂 ， 层 与 褶 曲 发 育 。 层 厚 度 ３ ０— 断 煤 ． ６０ ． ｍ，平 均 ４ ４ ． ｍ。煤 层 倾 角 ９～４ ２度 ， 均 ２ 平 ５ 度 。该 工 作 面 共 给 出 ８个 透 视 异 常 区 ， 中 ， 道 其 巷 已揭露 的异常 区 为 ｌ （ ＃ Ｈ＜１２煤 厚 ） ５｝Ｈ＜１煤 ／ 、｝ （ 厚 ）７ （ 、＃ Ｈ＞１煤 厚 ） ８ 异 常 区 （ 和 ＃ Ｈ＞１煤 厚 ） 巷 ；
生产 。 回采 验证 表 明 ， 常 影响程 度 Ｈ ＞１２煤厚 的异 常 区， 测 准 确 性 高 ， 异 ／ 探 结果 可 靠 ； 常影 响 程度 Ｈ ＜ 异 １２煤 厚 的异 常 区 ， 测 准确性 较 差 ， ／ 探 结果 可 靠性 降低 ， 与 实际地质 异 常 区的 存在 仍 有 较好 的对 应 关 系。 但
这 说 明无线 电波透视技 术适 用 于潘 北矿 工 作 面 内构造 探 查 ， 角变化 对探 测结 果影 响较 小。 倾
关键 词 ： 工作 面 ； 线 电波透视 ； 质异 常 ；异 常影 响程度 无 地
中图分 类号 ：６ ｌ Ｐ ３ 文献 标识 码 ： Ａ 工作 面 的透 视探 测 。
究与 应用 ， 例如 ： 面三维地 震 、 地 无线 电波透视 、 地震 波透视 Ｃ Ｔ法等 。与其它探 测方法相 比， 无线 电波 透
无线电波透视法在淮南矿区工作面物探中的应用
区 。根 据上 述 资料及 掘 进期 间 实 际揭 露 资 料综 合 分
析 ， 出探 测 区 内 的地 质 解 释 ， 得 主要 有 ４个 透 视 异 常
区 ， 表 ２所示 。 如
工程师 ， 现从事矿 井地 质 与 井下 物探 工作 。Ｅ－ ａ ： ｕｏ ｇ ｍ ｉ ｌ ｙｎ — ｌｉ
ａ ＠ １ ３．ｔ ｎ 。 ｂｃ ６ ｏ ｉ
６煤 层厚 ２ ６～ ． 平均 厚 ４ ２ ｍ。ＷＫ — ． ６ ０ｍ， ． Ｔ Ｅ型 无
线 电波 坑 道透视 仪 发射 机 和接 收 机 为矿 用 本质 安 全
型 ， ３个 频 点 即 ０ ３，． ，． ｚ可 供 选 用 。 为 有 ． ０ ５ １ ５ ＭＨ 确保 仪器 的穿 透 距 离 及 探 测 精 度 ， 次 探 测 频 率 为 本
０ ５ ＭＨ ， 回风巷 （ ５ ０开 头 编 号 ） ． ｚ在 以 ０ 和运 输 巷 （ 以
０开头 编号 ） 别 布 置 ３ 分 ２个 发 射 点 ， 射 点 间距 为 发 ５ 接收 点 间距 １ ０ｍ， ０ ｍ。
２ ２ 探测 结 果 ．
１ 无 线 电 波 透 视 法探 测 基 本 原 理
层 对 电磁 波具 有 较 强 的 吸 收作 用 ， 前 进 方 向遇 到 当
断裂 构造 出现 的界 面 时 ， 磁 波 将 在 界 面 上 产 生 反 电
射和 折 射 ， 成 能 量 的损 耗 。 因此 ， 煤 矿 井 下 ， 造 在 电 磁波 穿 过煤 层 途 中遇 到断 层 、 落柱 或其 他 构 造时 ， 陷
４
关键 词 ： 线电波 透视 法 ； 质构造 ； 透解 释 ； 无 地 坑 工作 面 ； 物探
中图分 类 号 ：Ｄ ６ Ｔ １３ 文献标 志 码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ８ ４ ９ （０ ２ ０ — ０ ６ ０ １０ — ４ ５ ２ １ ） ３ ０ ６ — ３
无线电波透视技术在煤矿安全生产中的应用——以双柳煤矿为例
＼ ＼
＼
折 射 、 射 和吸 收 ， 反 造成 电磁 波 能量 的损 耗 。如果 发射 源 发 射 的 电磁波穿 越煤 层途 径 中 ， 存在 断层 、 落柱 、 陷 富含 水带 、 顶 板垮 塌 和 富集 水 的采 空 区 、 冲刷 、 层 产状 变 化 带 、 煤 煤层
ｆ ｆ 删 ｛ Ｉ ｛
煤 层 中断 裂构 造 的界 面 ， 造 引起 的煤 层破 碎带 、 层 构 煤
删 ｆ 嘲 Ｉ ｌ ｆ ＼ｊ ＼＼＼ ＝ ｛ 中 ｌ ｜ ｜ 、 … ｆ ｔ ＝ ＝
一
破 坏 软 分 层 带 以 及 富 含 水 低 电 阻 率 带 等 都 能 对 电 磁 波 产 生
ｔ
矿 井 电磁 波透 视 技 术 ， 是根 据 电磁波 在 煤层 中 的传 播特 就
生 产提 供 相 应 的指 导 。 关键 词 ： 线 电 波坑 透 ； 据 采 集 ； 井 构 造 ； 文 地 质 无 数 矿 水
中 图分 类 号 ： ９ １ Ｃ ３
文 献 标 志 码 ： 文章 编 号 ：０ ０ ８ ７ （０ ２ ０ — １ １０ Ａ １０ — ７ ２２ １ ）２ ０ ７ — ２
Ｈ ｐ由 下 式 表 示 ：
ＨＩＨ 一 ［ ｆＯ ） 。－ （） ＝ ｅ３ ｒ
ｒ
式 中： 决定于发射功率 和天线周围煤层 的初始场强 ； Ｈ厂・
Ｂ 煤层对电磁波的吸收系数 ； Ｐ 一 ｒ —＿ 点到 ０点的直线距离（ ； ｍ）ｆ （） ０ 一方 向性因子 ， ０是偶极子轴与观测点方向的夹角 。 在 辐射 条 件 不 随 时 问变 化 时 ， Ｈｏ是 一 常数 ， 收 系数 吸 Ｂ是 影 响 场 强 幅值 的主 要 参 数 ， 的值 越 大 ， 强 变 化 就 它 场 越 大 。 收 系数 与 电磁 波 频率 和 煤层 的电 阻率 等 电性参 数 吸 有 直接 关 系 ： 同一 均 匀 煤 层 中 ， 在 频率 越 高 吸 收 系数 就 越 大， 电磁 波 穿透 煤 层距 离 就 近 ； 层 电阻率 越 低 ， 收 系数 煤 吸
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第31卷增刊1 岩土力学 V ol.31 Supp.1 2010年8月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2010收稿日期:2010-02-22基金项目:国家科技支撑计划资助项目(No. 2007BAK28B03;国家重点基础研究发展计划(973项目(No. 2007CB209400。
第一作者简介:吴荣新,男,1972年生,副教授,主要从事矿井地质及工程物探方向的教学与研究。
E-mail: rxwu@文章编号:1000-7598 (2010 增刊1-0435-06工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用吴荣新1,刘盛东2,肖玉林1,徐翀3(1. 安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南 232001;2. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州 221008;3. 淮南矿业集团,安徽淮南 232001摘要:为提高坑透数据解释效果,通过对工作面无线电波透视磁场强度的理论分析与公式推导,表明在正常煤层范围,场强值的变化主要受观测点几何位置控制;而在观测点场强路径穿过地质异常区时,主要影响因素为地质异常区内路径长及电磁波能量吸收系数值。
将场强值H 与观测点路径长R 的乘积命名为M ,则正常煤层段M 可视为常量,而在地质异常存在范围,M 值显著降低。
将工作面划分为若干小单元,进行M 值层析成像反演,可求取工作面各单元M 值,再除以工作面平均宽度,得到各单元格场强值,从而获得工作面实测场强成像图。
张集矿探测表明,该方法较好地反映了工作面内地质异常区的平面分布情况,回采验证探测结果可靠。
作为新的解释手段,正在实际坑透探测中广泛应用。
关键词:无线电波透视;实测场强;吸收系数;层析成像;地质异常中图分类号:P 631 文献标识码:AImaging analysis of measured magnetic field intensity from radio wavepenetration for coal face and its applicationWU Rong-xin 1,LIU Sheng-dong 2,XIAO Yu-lin 1,XU Chong 3(1. School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanicsand Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China;3. Hainan Coal Mining Group Corporation, Huainan, Anhui 232001, ChinaAbstract: In order to get better interpretation effect, based on the theoretical analysis and formula deduction of magnetic field intensity from radio wave penetration for coal face, it is found that the variation of magnetic field intensity values are mainly controlled by the geometric positions of observation spots within the normal range of coal face, but are mainly controlled by the path length of geologic anomaly and the absorption coefficient of magnetic wave energy when the observation path of field intensity through the area of geologic anomaly. The product of magnetic field intensity H and its path length R can be named as M . Thus, the M values can be regarded as constant within the normal range of coal face, but will be greatly lowered within the abnormal range. The coal face can be divided into many units in order to carry out the computerized tomography inversion of M value; then the M values of every units will be acquired by the special software. Subsequently, with all of the inversion values divided by the average width of coal face, the image of measured field intensity for coal face can be gotten. The surveying results from Zhangji Mine had given clear geologic anomaly areas of coal face, which have been well testified by coal mining. As a new interpretation means ,it has been broadly applied to radio wave penetration for coal faces.Key words: radio wave penetration; measured field intensity; absorption coefficient; computerized tomography; geologic anomaly1 前言目前综采机械化采煤技术已在全国煤矿得到广泛应用,由于断层、煤层变薄带和陷落柱等地质异常,给综采面带来不同程度的影响,造成回采进度变缓、煤质变差,甚至造成工作面停产,严重影响矿井的高产高效生产。
为提高地质构造预报的准确性,前人已采用多种地球物理勘探方法在矿井进行研究与应用[1-10],例如地面三维地震、无线电波透视、地震波透视CT 法、音频电透视法、直流电法透视等。
与其他探测方法相比,无线电波透视因仪器轻便、资料采集方便迅速、所需人员较少、透视距岩土力学 2010年离较大、探测效果显著,成为综采工作面有效的物探方法之一,为最普遍采用的工作面内地质异常物探手段[2-4]。
无线电波透视资料解释主要参数为实测场强值和煤岩层电磁波能量吸收系数。
对于实测场强值,主要通过实测场强曲线值变化来判断构造的覆盖范围,通常利用直尺等工具在纸质采掘平面图上进行几何交会法分析,得出异常区范围[4]。
这种方法使用参数为实际测量数据,发射接收位置关系明确,深受矿井地质人员青睐。
但是,该分析过程繁琐,需要手工绘制,不适合计算机处理,特别对于场强值存在跳跃性变化的时候,有很大的主观性,难以准确地把握异常范围。
至于电磁波能量吸收系数反演图像[11-13],由于不是直接采集场强值的反映,尽管对异常边界的控制较为直观,但许多技术人员还是感到难以理解,而倾向于采用实测场强值来分析。
因此,如何采用实测场强值作出平面图,直观地体现工作面内地质异常区范围,以达到较为准确预报地质异常,对安全全产具有重要的指导意义。
通过理论分析和现场实验,本文提出采用实测场强反演成像,并在实际探测中应用,取得了良好的效果。
2 无线电波透视工作方法无线电波透视通常采用定点法观测方式,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信号段,利用坑透仪接收机逐点接收电磁波场强,观测射线呈扇形分布如图1所示。
对风巷和机巷中设计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[2-4, 11-13]。
矿井工作面的宽度通常为100~ 250 m,工作面长度最大可达3 000 m以上。
接收点距一般为10 m,发射点距根据工作面长度和宽度以及构造复杂情况,可适当调整,通常为50~80 m。
对于工作面宽150 m以下,典型的设计为发射点距为50 m,接收段长100 m,而对于工作面宽在150 m 以上,工作面长度在800 m以上情况,通常设计为发射点距80 m,接收段长160 m;对地质构造较复杂地段,适当加密发射点数,确保有足够射线覆盖,保证透视成像质量。
目前国内采用的坑透仪器主要有WKT-E型,为煤炭科学研究总院重庆分院生产,工作频段有0.3、0.5、1.5 MHz。
WKT-6型为河北廊坊中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究仪器研制中心生产,工作频段有0.365 MHz和0.965 MHz。
图1 工作面无线电波透视工作方法示意图Fig.1 Sketch of radio wave penetration method for coal face 3 实测场强反演理论分析工作面电磁波透视法采用偶极子天线发射, 在介质中任意点的磁场表达式可表示为[2-4]1e sinrH H rβθ−−=(1式中:H为决定发射功率和天线周围介质的初始场强;β为介质对电磁波能量的吸收系数;r为观测点到辐射源的直线距离;sinθ为方向性因子。
由于θ为发射天线轴与接收点方向间的夹角,现场工作时,发射天线轴采用垂向布置,与对面巷接收点的夹角,对于水平煤层来说,θ始终为90°;对于倾斜煤层来说,发射点与接收点间连线的倾角相当于煤层的伪倾角,θ为90°与伪倾角之差,在偏心角α≤30°的条件下,由于伪倾角变化很小,θ值可近似为常数。
因此,对同一接收巷中实测场强值来说,sinθ可视为常数,因此式(1可简化为1e rH H rβ−−=(2下文针对正常煤层范围和穿过地质异常区两种情况下来分析理论磁场中场强值变化规律。