[其他]煤层结构成象的电磁仪器及勘测方法

说明书

本发明一般关系到探测煤层中地质异常的仪器和方法，明确地说，这件发明是利用连续波中频无线电成象技术和计算机辅助构图技术来得出辐射产生的煤层异常图。

成层的煤层或煤床由于种种地质机理都是变了形的。周围几层压紧程度的不同，会引起煤层的断裂、曲折和隆起。古代河流刷去了煤床上的煤，留下沙子和岩石沉积。这种沉积，亦就是河道沙土冲刷，能够引起冲蚀和薄弱的顶部。这种煤层变形和岩石沉积，都是采煤的物理障。在采煤工业中，广泛采用两种地下采煤技术，一种叫房柱式连续采煤，这种开采法可以绕过许多障碍进行开采。连续开采技术化费少并且只需少量人力。例如，开采时通常只需八个人开三班。然而，连续开采每班只能生产约300吨煤。另一种广泛采用的技术叫长壁开采。长壁技术在开采均匀煤床时很有效，生产率平均可达每班1500吨。

在美国，采矿安全和健康管理局要求采用后退式长壁，而不希望采用前进式长壁。但在欧洲，前进式长壁用得很多。后退式长壁是向着主巷道方向开采，而前进式长壁是离开主巷道方向开采。在建立后退长壁时要用到连续开采技术。从主巷道、与主巷道成直角方向和在长壁采区的任一侧，可以开采出两条巷道路线。这些巷道路线，各为首巷和尾巷道，延长成长壁采区的长度。在长壁区的尽头，在首巷道和尾巷道之间掘一横巷，对着主巷道的横巷的壁是长壁的面，长壁采煤机就沿这面掘进，其头就指向着主巷道。长壁向前移动时，挖出区上方的顶部就坍陷下来。在挖掘的尽头要留未开采煤的阻挡块，以支持主巷道上方的顶部。

在有长矿区可以开采的情况下，由于长壁采矿的高产量，采用长壁开采在经济上是有利的。一个典型的长壁采区可包括500，000至一百万吨煤。长壁采煤的初始投资和建立费用都很高，设备费用平均数百万美元，长壁的建立最少要30天，每天三班，每班十二至十四人。因此，建立费用非常大，而要得到长壁方法的低价生产利益，需要煤层是均匀的，以保持长期生产。煤层的异常，例如断裂、冲蚀、矿床交错和遇到岩脉，都能使长壁生产提早终止。在许多例子中，遇到异常后，长壁设备要换成“坚硬”的钻头，或者用炸药炸开，这可能破坏设备并使矿工处于危险之中。因此，如果在开采以前能检测和分析出煤层的异常，那么开采工艺就可计划得使生产成本为最少。如果能勘测到一个长的连续的煤层，那么就可采用低成本的长壁技术。如果发现有长壁采矿的障碍，那么，采矿工程部门可以采用连续采矿法绕过这些障碍，或者例如采用冲刷或爆破办法，把这些异常冲掉或炸掉。

对于有潜在生产价值煤矿的地质勘探，已知有多种方法。这些方法采用了各种各样的技术。卫星成象和摄影给出过全球的数据供采矿地质学家使用。然而，由于这种数据只能提供一个概貌，在决定煤层能否开采上，这种数据起不了作用。地表层和露头的客观勘查（踏勘），根据地质学家的光验知识，可以预报出形成的特性，地表的地震和电磁波传播方法，对于经济矿包括石油和天然气，在地球物理勘探中也广泛采用，然而，这些微观勘测技术，在调查煤层的详细结构上并不可靠。

为了得出关于煤层异常的有用数据，目前采用的是各种微观勘查的矿层内的地震法。在欧洲，有一种正在发展的技术，它是从16个地点爆炸，用120组地音探测器收听，每组有36个地音探测器。所得的地震数据用计算机处理，结果能发现断裂。直到现在，这种方法需要在5英尺间隔处放置炸药并需要安装相当长的电线。地震法主要对前进长壁法而没有想对后退长壁法使用。此外，还没有证明这个方法有解决沙床异常的能力，特别对于部分冲蚀和不重要的小的异常。这个方法也不能探测顶部或底部岩石的状况。基于用控制源的地磁方法来浮现地表，也有看到地壳的能力。这个方法在探测矿层的主要断裂时看来是有用的，但也不能解决详细的矿层结构。

钻井对探测长壁障碍是有用的，在采矿区钻600英尺的10×12个孔，以便对煤层那样，然而，这方法的缺点是只复盖障碍的一小部分。因为复盖面积有限，所以这个方法在探测和解决钻孔与钻孔之间可能存在的矿层异常时是没有用的。从地表钻探岩心和测井记录仍然是煤矿信息的最可靠来源，岩心样本提供了描绘地层的有用数据，测井记录能够探测到钻孔附近的组成。但是，如果钻井与钻井之间的距离超过约50英尺，目前所用的测井记录方法都不能探测和解决矿层的异常。矿层内的水平钻探能够探测到矿层异常，但它和垂直钻探同样受到复盖面的限制。此外，水平钻探很费钱，平均每生产一吨煤要化20美分。