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煤与瓦斯突出预测方法作者：肖维信周景武来源：《中国科技博览》2014年第08期[摘要]防治瓦斯突出技术方法瓦斯地质法简单统计法综合分析法无线电波透视技术等有效的防治了瓦斯突出[关键词]煤矿瓦斯突出预测方法中图分类号：TD712一、瓦斯地质法地质构造，特别是对矿区或矿井总体上起控制作用的断层及褶皱，往往对煤与瓦斯突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响。
国内外大量资料证明，地质构造与突出关系非常密切。
大多数突出的发生与构造有关，综合分析各方面的资料，从地质力学观点来看，构造区内突出危险性相对较大的部位是：构造体系的复合部位，弧形构造的弧顶部位，褶曲构造的扭褶部位，多种构造体系的交汇部位，压扭性断裂所夹的断块，以及旋扭构造的收敛端等。
（1）简单统计法瓦斯地质统计法就是利用地质构造对煤与瓦斯突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响的特点进行区域预测，是根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造条件与突出分布的规律，划分出突出危险区域与突出威胁区域。
a、在上水平发生过一次突出的区域，下水平的垂直对应区域划分为突出危险区；b、根据上水平突出点分布与地质构造的关系，确定突出点距构造线两侧的最远距离线，并结合地质部门提供的下水平或下部采区的地质构造分布，按照上水平构造线两侧的最远距离线向下推测下水平或下部采区的突出危险区域；c、未划定的其他区域为突出威胁区。
（2）综合分析法由中国科学院地质研究所主持承担（焦作矿院、重庆大学、中国科学院声学研究所、中国科学院上海技术物理所、南桐矿务局等参与承担）的国家重点科技攻关项目“煤与瓦斯突出的综合治理”以地质为基础，以岩体工程地质力学理论为指导，对突出危险性区域预测技术进行了比较系统的研究。
a.从沉积地球化学的角度，利用同位素分析、煤成气能力的热解、穆斯堡尔效应试验、镜煤反射率测定、扫描电镜、红外光谱以及X衍射等技术，从煤的变质作用、瓦斯运移和聚集的沉积环境、瓦斯生成的热解及其与粘土矿物变质作用的关系等方面研究煤层烃类物质的组成、状态、成因、分布、储集运移及其与煤和瓦斯突出的关系。
电磁波的类型与应用范围电磁波是一种以电场和磁场作用而传播的波动现象。
按照频率分类，电磁波可分为不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。
这些不同类型的电磁波在科学、医学、通信等领域都有重要的应用。
一、无线电波无线电波是指频率低于1THz的电磁波，常用于无线通信、广播和雷达等领域。
其中，短波通信是一种利用高频的无线电波进行通讯的方法，广泛应用于海上通讯、航空通讯和卫星通讯等领域。
此外，由于无线电波的穿透能力很强，还可以用于X射线透视、金属探测等方面。
二、微波微波是指频率在1-300GHz范围内的电磁波，常用于微波炉、雷达和卫星通讯等领域。
微波的特点是能够穿透大气层，所以在卫星通讯领域被广泛应用。
而在工业领域，也有一些利用微波的加工设备，如微波干燥、微波焊接等。
三、红外线红外线是指频率在300GHz到400THz范围内的电磁波，常用于测温和红外线成像等领域。
红外线可以测量目标的温度，并且可以穿透雾、烟等不透明介质，因此在火灾探测、夜视设备等方面有广泛应用。
四、可见光可见光是指波长在400-700纳米（nm）范围内的电磁波，是人类能够直接感受到的一种光线。
可见光的应用非常广泛，包括照明、图像传输、数字显示和激光等方面。
人类利用可见光进行照明已有很长的历史，在现代工业和家庭中得到了广泛应用。
五、紫外线紫外线是指频率在700THz到30PHz范围内的电磁波，常用于荧光检测、杀菌和紫外线光刻等领域。
紫外线可以杀死许多细菌和病毒，因此在餐厅、医院、实验室等领域被广泛应用。
六、X射线X射线是一种频率高、波长短的电磁波，通常被用于影像学和医学诊断。
X射线可以透过人类皮肤，使得人体内部的组织和骨骼显现在X射线片上，从而帮助医生诊断疾病。
在工业中，X射线可以用于无损检测材料的缺陷和内部结构。
七、伽马射线伽马射线是指在极短波段（波长短于0.1nm）内的一种电磁波，由于其高能量，可以穿透很厚的物质。
ICS73.020D81备案号：MT 中华人民共和国煤炭行业标准MT/T 693—2021代替MT/T 693-1997矿用无线电波透视仪通用技术条件The general technical condition of the underground electromagnetic wave penetrator201X-XX-XX 发布201X-XX–XX 实施国家煤矿安全监察局发布目次前言 (II)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 型号、组成与防爆型式 (2)5 技术要求 (2)6 试验方法 (4)7 检验规则 (7)8 标志、包装、运输和贮存 (8)前言本标准按GB/T 1.1《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的要求进行编写。
请注意文件的某些内容可能涉及专利。
本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准是对MT/T 693-1997《矿用无线电波透视仪通用技术条件》的修订，本标准替代MT/T 693-1997。
本标准与MT/T 693-1997相比主要变化如下：a)删除GB3836.2-83爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备“d”；b)增加术语和定义（见3）；c)增加产品型号（见4.1）；d)更改“大气压力 86~106 kPa”为“大气压力 80 kP a~110 kPa”（见5.2，1997年版3.2）；e)增加工作频率“透视仪应至少具有3个可选工作频率。
”（见5.4.1）；f)更改“频率稳定度优于5×10-5”为“工作频率偏差≤±25 Hz”（见5.4.1，1997年版3.9）；g)更改“输出功率不小于1W，其输出功率的误差应不大于规定值的±10%”为“具体发射功率由防爆检验确定，其发射功率的误差应不大于产品规定值的±10％。
”（见5.4.2，1997年版3.9）；h)增加“透视仪接收机灵敏度应优于0.03 μVrms”（见5.4.3）；i)更改“透视仪接收机相邻两次的指示值绝对差应小于0.5 dB”为“透视仪接收机连续十次的测量值绝对差应小于测量范围的0.5%”（见5.4.4，1997年版3.10）；j)更改“坑透仪应能连续工作3h”为“透视仪应能连续工作5 h以上”（见5.4.5，1997年版3.11）；k)增加了“接收机显示功能”、“接收机数据存储功能”、“接收机数据传输功能”和“选频功能”要求(见5.5）。
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。
当在工作面的一侧向另一侧发射电磁波,若其间存在着低于煤层电阻率的地质构造时，电磁波能量就会被吸收或完全屏敝，使信号显著减弱或收不到信号，从而形成一个“阴影区”，交换发射机与接收机的位置,测得同一个异常体的“阴影区”，即为所要探测的异常体的位置和范围。
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。
2无线电波透视法的特点及局限性仪器轻便，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。
所需工作人员比较少，一般4~5人即可正常开展工作。
透视距离一般可达150~220m，抗干扰大透距仪器有可能达320 m。
坑透法局限性在于只能做透射测量，不能做反射测量，其主要工作必须在两条巷道内进行，探测两条巷道之间同一煤层内的地质异常体（地质构造），在只有一条巷道的情况下开展坑透工作要采用钻孔透视法。
坑透仪测量时干扰因素比较多，金属支架、接地铁轨、风管、水管、特别是电缆及其他金属导体以动力设备都可能造成干扰，坑透工作时，必须采取其它抗干扰的措施。
3无线电波坑道透视法的应用条件无线电波坑道透视法的应用条件主要取决于煤、岩层对电磁波的吸收系数β。
不同的煤层和岩层，由于它们的电性不同，因此对电磁波的吸收程度（即吸收系数）也不相同。
这就是说，介质（煤层或岩层）的吸收系数越大，透视的距离越小，适用条件越差。
当透视距离不能满足一般采煤工作面对透射的需要时，无线电透视法就失去其使用价值。
当然，在降低工作面频率的情况下，探测距离就会有所增大，但探测精度也将降低。
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的特点将其适用条件简单归结为以下几个方面：⑴煤的变质程度。
从褐煤到无烟煤，随着变质程度的不同，其电阻率也不相同，烟煤系列各种牌号的煤电阻率都比较高，吸收系数β小，因此坑透的透视距离大。
褐煤与无烟煤的电阻率比较低，吸收系数大，因此透视距离小。
当然，各地无烟煤的电性也不相同，例如阳泉的无烟煤电阻率比较高，使用坑透法就比较好，而北京、邯邢地区的无烟煤电阻率低，因此透距只达数十米。
⑵煤层厚度。
一般情况下，厚度在1m以下和10m以上的煤层都不适于采用无线电波透视测量。
因为薄煤层的开采条件差，影响坑透的探测距离和探测效果。
在厚煤层中，则往往由于小构造不显著，透视异常不明显，难以做出正确的判断。
⑶煤层倾角。
煤层倾角大、构造复杂的工作面使用坑透法受到限制。
由于透视异常往往由多种小构造叠加形成，因此无线电波透视法很难做出较准确的定性定量解释。
因此，坑道无线电波透视仪应针对抗干扰能力，透视距离的难题进行研究，并应进一步研究电磁层析成像探测技术（电磁CT技术）的研究与应用。
4无线电波透视在井下的工作方法4.1井上准备工作和坑透观测方法在透视工作前，要做一些准备工作。
首先对坑透工作面中的干扰体进行调查, 了解坑透工作面中的电缆、金属管道、电器设备, 主要人工导体的分布以及巷道高度、支护材料、瓦斯浓度等情况，并针对干扰体制定出一套有效的抗干扰措施。
其次要对工作面内已揭露的地质体进行调查。
如调查工作面内已揭露的地质构造、水文地质条件等，在分析坑透资料时可参考这些已知的地质因素。
在实际透视工作前, 还要选择一种适合实际情况的观测方法，这一点很重要。
关系到坑透工作的成功与否。
井下观测方法有同步法和定点法2种。
（1）用同步法观测时, 发射天线和接收天线分别位于不同的巷道中，同时作等距离移动, 逐点发射和接收。
当工作面长度较大, 且两条巷道基本平行，人工干扰体又不能彻底消除的情况下，就可以选择用同步法进行观测。
采用这种观测方法, 因为透视距离大体相等，各处干扰情况相近，接收的又是穿煤层而过的直接波，避免接收各种干扰体形成的绕射、反射、散射波，可确保接收场强值的真实可靠性，有利于资料的分析。
但是用这种方法观测，容易形成盲区，有漏测的可能。
同步观测方法（2）用定点法观测时，发射机的位置在一定的时间内相对固定，接收机在一定的范围逐点观测其场强值，即定点发射，多点接收。
当工作面长度不大，形状不规则，人工干扰体又可排除的情况下,就可以选择用定点法进行观测。
采用这种观测方法，可对工作面全面覆盖两次，不留盲区，并能运用两巷定点交汇法，根据坑透综合曲线图，具体确定地质异常体的性质和空间位置及大小，便于有目的地进行钻探验证，且投资少，见效快。
定点法是井下常用的观测方法。
定点法示意图综上所述，2 种方法各有优缺点, 在选择观测方法时，一定要根据所调查的实际情况，选择一种合理的观测方法。
只有方法选择得当，获得的坑透资料才准确可靠。
选择好了观测方法后, 就可以布置发射点和观测点了。
同步法的布点方法简单，首先在透视工作面平面图(1：1000或1:2000)上布点，从巷道口起始，点号从1、2、，,标到另一巷道口止，不得有漏号和重号，上下巷道点号对应布置。
观测点间距一般为10 m，发射点间距一般为50 m，也可根据需要加密或加大间距，每个发射点可相应观测1 0 ~ 15个点, 呈扇形观测网，每个发射点都有若干重复观测点，以便交汇异常区。
4.2井下实际工作井下实际工作时一般需发射机操作员1 人，辅助人员1~ 2 人，接收机操作人员1人，记录员1人。
发射与接收开始工作时，准确对好工作时间表，作好记录。
在透视工作之前，先选择地质条件正常, 无干扰和干扰因素少的地段，布置1~ 2个发射点进行透视条件试验，以求取该发射机的电磁波在工作面的初始场强值H0和最大穿透距离及煤层的吸收系数β0透视工作时, 把发射机框形天线与巷道平行，悬挂成四边形，接收机环形天线直立( 注意接收机应放置在远离金属导体的地方)，环面始终面向发射机方位，即观测场强最大值方向，把观测到的数据记入已设计好的表格内。
1、坑透时间一般在工作面圈出，未安装设备前。
2、编制《工作面坑透安全技术措施》。
坑透前应编制《工作面坑透安全技术措施》。
主要内容包括：施工设计（观测点的布置、井下实测、作业要求）、安全技术措施。
3、透视观测点的布置在透视工作面平面图（1：1000或1：2000）上布点，从切眼开始布点，点号为1、2、3……直至巷口为止。
不得有漏号或重号,进、回风巷道的点号要对应。
接收点间距一般为5m或10m，发射点间距一般为40 m或50 m，可根据需要加密或者加大距离。
成庄矿一般采用接收间距5m，发射间距40 m。
每个发射点可相应观测15-21个点，呈扇形观测网，每个点都应有若干个重复测量数值，这样在整个透视平面上，射线分布越密、平面覆盖的次数越多，越有利于交汇异常区。
5资料的处理和解释（1）正常场参数的估算无论资料是计算机处理还是人工地质解译，都需要事先知道一些参数，如波源的振幅因子，围岩的吸收系数和位相常数、正常场等等。
由于介质的不均匀性，要精确地确定这些常数是困难的，通常采用一些行之有效的估算方法估算参数，如估算波源振幅因子和围岩吸收系数的两点法、图解法、线性叠代拟合方法等。
（2）异常的划分要从观测曲线上划分出异常场，必须首先考虑构成异常的量的标准，即超过正常场的最低限度。
随着探测对象地质条件的改变，这个标准有所不同。
划分异常的方法有阴影法、比较法、射线法等等。
（3）异常的定位异常的定位是指粗略地勾画出异常的轮廓，或者异常的中心位置。
限于目前钻孔电磁波法的实际水平，要准确地确定异常的位置和形态还比较困难。
异常的定位主要有交会法和综合平面法。
（4）干扰的识别与消除在解释资料的全过程中，要时时注意识别干扰或非目标体造成的异常，尤其是在划分异常阶段。
干扰主要分为两大类，一类是人文干扰，一类是地质干扰。
6无线电波透视技术在煤矿中应用的研究方向无线电波透视技术虽然在矿井应用中已趋于成熟但还有些方面有待改进，通过仪器和探测方式的改善能使其探测更加完善成熟。
下面将说明坑透未来的一些研究趋势与展望。
6.1提高无线电波透视技术的探测精度无线电波透视技术用于探查采煤工作面内隐伏地质小构造虽已取得良好效果,但由于现有仪器设备只能测量单一场强值,获取信息量少;测量方法上只能进行二巷间探测,一般只能沿层倾向而不能沿走向进行探测; 在探测效果上只表现出有无地质构造异常,其异常的位置和大小误差大,而且不能分辨相互平行或近似平行的2个或多个地质构造的存在。
为使无线电波透视技术能在煤矿探查地质小构造中发挥更大更好的作用，关键是要提高探测精度。
