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无线电波透视法及其应用摘要:预先探明待采工作面的地质构造以保证采煤特别是综采的顺利进行, 是矿井地质工作中的重要任务。
随着采煤机械化程度的提高, 要求在采前探清待采工作面内的地质构造及地质现象的程度越来越高。
只局限地应用传统的地质手段和方法已不能很好地适应现代化采煤的要求。
无线电波透视法是利用无线电波在钻孔和坑道中的发射和接收来确定地下介质特性和地质构造的一种物探方法。
当电磁波在地下有耗介质中传播时，遇到岩性不同的分界面就会产生不同的电磁波反射、折射、透射和频散、吸收等，通过研究接收到的电磁波的性质达到探测地下目标物的目的。
本文简述了该方法的理论，描述了方法的分类，概述了目前使用的发射天线、接收天线和常用的仪器，总结了井下工作方法和解释方法，最后给出了应用实例说明其应用效果。
关键词: 综采无线电波透视法发射接收资料解释1无线电波透视法技术原理1.1点电流元在无限均匀有耗介质中的场点电流元是指长度无限小或较波长甚小的线性电流单元，又称电偶极子或基本电阵子。
它本身不能单独存在，但是组成实际天线的基本单元。
设电偶极子位于球坐标系的原点，且沿坐标系的z 轴方向放置。
电偶极子的电流强度为I，是常数；dl 是电偶极子的长度，且电偶极子的长度dl≤el 和dl≤r(这里el 是导电介质中的波长，r 为收发距)，因此，可以近视地认为电偶极子是位于坐标原点的点电源。
在钻孔无线电波透视法的实际应用中，一般要求接收天线位于发射天线的远区场，即当kr≥1 或r≥el 时，电场分量和磁场分量可由下式表示它们是电偶极子在远区场条件下产生的电磁场分量。
Hϕ表示的是磁场分量，E ϒ、Eϴ表示的是电场分量，电场分量与磁场分量之比为：η称为介质的波阻抗。
在自由空间中，ε= ε0，μ=μ0，易于求出η=η0=120π。
1.2无线电波透视法工作原理无线电波透视法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ρ和介电常数ε) 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。
无线电波透视仪在实际生产中的应用在煤矿生产过程中，预先探明采煤工作面的地质构造以保证采煤，特别是综采的顺利进行，是矿井地质工作的重要任务。
随着采煤机械化程度的提高，要求在开采前探清地质构造及地质现象的程度越来越高。
而原有的地质手段和方法已不能很好地解决煤层中小构造的探测问题。
无线电波坑道透视仪携带轻便、易于操作、所需工作人员较少（只需４～５人）、智能化操作，并有分辨能力强、工作效率高的特点，一直以来受到人们的重视，被广泛应用于煤炭及工程勘探等领域。
通过在一些矿区的推广应用，为各个生产矿井的采煤工作面提供了比较准确的地质预测预报结果，受到煤矿生产单位的重视和欢迎。
我矿于今年六月购进一台WKT—E坑透仪，经过厂家培训后，对我矿020703工作面进行了坑透，需在实际生产中对坑透结果进行验证。
无线电波坑道透视（简称坑透仪）是用来探测：顺煤层两煤巷、两钻孔或煤巷与钻孔之间的各种地质构造异常体。
发射机与接收机分别位于不同巷道或钻孔中，同时做等距离移动，逐点发射和接收。
或发射机在一定时间内相对固定位置，接收机在一定范围内逐点观测其场强值。
无线电波坑透仪探测的工作原理及目的（一）工作原理电磁波在地下煤岩层中传播时，由于各种岩、煤层电性差异, 它们对电磁波能量的吸收也有一定的差异，电阻率低的岩石具有较强的吸收作用。
另外，伴随断裂构造所出现的界面，能对电磁波产生折射、反射作用，也使电磁波穿越煤层的途径中，存在与煤层电性不同的地质体（如断层、水体、夹矸、无煤带等）时，电磁波能量会被其吸收或完全屏蔽，信号显著减弱，甚至接收不到，从而形成透视异常段，变换发射机位置，测得同一异常，这些异常交绘的地方，就是异常区域的实际位置，也就是与煤层电性不同的地质体或构造带的位置。
（二）探测的目的利用WKT—E型无线电波坑透仪可以提前了解工作面内部的煤厚变化、直径10米以上的陷落柱及构造（断层）发育情况，提前制定工作面改造方案，为工作面提前改造提供科学依据，最大限度地提高资源回收率，避免因工作面在不能正常回采时才进行盲目改造而造成误工误时，大大增加有效生产时间，为工作面正常回采提供保障。
无线电波坑道透视法一、无线电波坑道透视法的定义无线电波坑道透视法（又称坑透法）是一种电磁波探测方法。
是在钻孔或坑道中,利用无线电波在岩、矿媒质传播过程中观测到的一些现象，来探测地下目标物的一种方法。
由于电磁波在煤层中传播时，不同电阻率的介质对电磁波的吸收不同，电阻率小的介质,对无线电波吸收强，接收到的无线电波强度就小，和理论场强相比较，会形成“阴影区”.根据“阴影区"的情况,就可以判断出地质异常体的存在。
二、无线电波坑道透视法的基本原理电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性（电阻率P和介电常数E）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，当波在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，从而造成能量的损耗。
在实际工作中，电磁波在穿过煤层途中遭到断层、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（又称阴影异常）。
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，这就是无线电波透视的基本工作原理。
三、无线电波坑道透视技术的应用范围应用无线电波透视技术，可以对煤层的地质构造、煤层的赋（完整）无线电波坑道透视法存与煤层结构等方面做较系统的探测研究，通过在两条巷道对工作面进行探测的实践证明，该项技术目前能探测的范围及精度为：1、探测煤层中落差大于三分之一煤层厚度的断层;2、探测富含水区域的大致范围；3、探测煤层顶底板起伏变化情况，起伏变化的幅度大于三分之一的煤层厚度；4、探测陷落柱，直径大于10米以上。
就晋城矿区而言，通过多年的实践,坑透可以达到的探测目的包括：1、探测出工作面煤层中长轴大于20m的陷落柱.2、探测出工作面煤层中落差大于或等于1/3煤层厚度的断层。
3、探测出工作面煤层中大于等于1/3煤厚的冲刷带、煤层变薄带及无煤区.四、无线电波坑道透视法的特点和局限性1、特点:⑴仪器轻便，接收机与发射机一般都在5kg左右，加上辅助设备总重要也不很大，有利于在煤矿井下工作.⑵所需工作人员比较少，一般4〜5人即可正常开展工作。
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。
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。
井下观测观测方法同步法：定点法布点时需注意下列问题：1、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。
2、发射点应尽量在远离构造的位置上。
3、出现差错或发现明显异常时，需要重测或补设发射点，观测点也可知当加密。
接收机、发射机环形天线直立，环面法线沿着巷道方向。
当巷道内有电缆和金属管道时，应尽量远离导体观测站。
干扰因素坑道透视中，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。
煤层的各向异性煤层的不均一性地质体的二次场干扰煤层顶底板层的二次场辐射人工导体的干扰金属支架接地的铁轨风管、水管电缆及其它金属导线。
动力设备的干扰其它因素的干扰辐射源与人体的影响干扰因素的排除地质因素干扰的排除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。
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。
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。
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拆除人工导体。
远离金属导体测量中合理安排测点，注意接收机天线环的位置对于有绝缘外皮的导休若是多条，应尽可能使其平行排，并归拢一起，采用金属网分段覆盖屏蔽接地。
采用另外一些措施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。
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。
主要的解释方法有场强对比法，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。
场强对比法一般来说，场强的异常现象有以下三种：。
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。
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。
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。
平面交绘法：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。
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。
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。
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，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。
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、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吸收电磁波能量，反映在透视曲线上有明显特征。
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，η值开始减小，进入陷落柱中，η降至最小，实践中发现，进入陷落柱状时往往η<0.1煤与陷落柱的交界面η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，η曲线在低值区摆动，这是η曲线反映陷落柱的又一种形式。
断层异常曲线的特征断层是普遍发育的一种地持构造。
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。
而电磁波遇天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，也会使断支，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方为低阻。
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。
断层在透视曲线上的反映一般是η<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η<-5dB即可进入异常区。
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。
现初步分析，归纳如下。
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：1、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，场强又基本按正常煤层吸收系数衰减，η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。
2、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η曲线会慢慢回升，脱离断层尖灭点后，η值将接近于0dB。
3、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η曲线上的负值将越来越远离0dB。
隐伏断层的异常特征：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较明显的效果。
1、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η值的大小则与断层的落差、性质有关。
2、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。
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：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。
煤层变化异常曲线的特征：1、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；2、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：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η曲线会出现类似陷落柱异常曲线的特征，η值的变化较大。
火成岩异常曲线的特征：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。
