论文-韩旭

本科毕业论文

张集矿11-2煤工作面无线电波透视资料分析研究

RADIO WAVES PERSPECTIVE MATERIAL

ANALYSIS RESEARCH FOR THE MINE 13-1 FACE IN

ZHANGJI COAL

学院（部）：地球与环境学院 专业班级： 地质工程08-4 学生姓名： 韩旭 指导教师： 吴荣新教授

2012年 05 月 30 日

张集矿11-2煤工作面无线电波透视资料分析研究

摘要

本文介绍了无线电波坑透仪的原理、测量方法、数据处理及分析方法。通过在张集煤矿1122（1）和1212（1）综采工作面进行坑透试验，圈定出该工作面存在的地质异常区域，揭示了该工作面隐伏的小构造的位置。资料显示了赋存于张集矿11-2工作面的17个异常区，异常区内大于1个煤厚和大于1/2小于1个煤厚的断层对煤矿回采有较大的影响。通过回采对比，揭示了该工作面所有地质异常区的存在，且位置准确，综合解释准确率在80%以上，很好的指导了煤矿安全生产工作,为工作面的采掘工作提供有效的保障。

关键词:无线电波，地质构造，地质异常区

I

RADIO WAVES PERSPECTIVE MATERIAL

ANALYSIS RESEARCH FOR THE MINE 13-1 FACE IN

ZHANGJI COAL

ABSTRACT

This paper introduces the radio waves pit, the principle of the

instrument through measurement, data processing and analysis method. Through ZhangJi coal mine in 1122 (1) and 1212 (1) fully mechanized working face to pit through test, the face of the existing delineating the geological anomaly area, revealed the face of the small structure concealed location. Material shows hosted by 11-2 predictted the 17 abnormality area, More than 1 in abnormal coal thick and greater than 1/2 less than 1 a thick coal mining coal mine of fault on a major influence. Through the recovery contrast, reveals the mining face all the existence geological anomalies, and accurate position, Comprehensive interpretation accuracy of 80% or more. Very good guidance to the work of safety production in coal mine, in the working face mining provide effective security work.

KEYWORDS：Radio waves ，Geological structure ，Geological anomaly area

II

目录

摘要 .............................................................................................................................. Ⅰ ABSTRACT ................................................................................................................. Ⅱ 绪论 ................................................................................................................................ 1 1 概论 ............................................................................................................................ 1 1.1无线电波技术简介 ............................................................................................ 1 1.2无线电波基本原理 ......................................................................................... 1-2 1.3无线电波发展历史 ............................................................................................ 2 1.4无线电波应用现状 ......................................................................................... 2-3 2 资料处理 .................................................................................................................... 3 2.1综合曲线法 ..................................................................................................... 3-4 2.2 CT成像法 ...................................................................................................... 4-5 3 施工方法技术 ............................................................................................................ 5 3.1 同步法 ............................................................................................................ 5-6 3.2 定点法 ............................................................................................................ 6-7 4 仪器设备 ................................................................................................................. 7-8 5 张集矿1122（1）工作面应用实例分析 ................................................................. 9 5.1现场工作条件 .................................................................................................... 9 5.2质量评述 .......................................................................................................... 10 5.3实测场强值曲线图 ..................................................................................... 10-11 5.4无线电波透视实测场强交会成像 .................................................................. 12 5.5无线电波透视CT成像 .................................................................................. 12 5.6探测结论 ..................................................................................................... 12-24 6 张集矿1212（1）工作面应用实例分析 ............................................................... 25 6.1工程概况 .......................................................................................................... 25 6.2实测场强曲线图 ......................................................................................... 25-27 6.3无线电波透视实测场强交会成像 .................................................................. 27 6.4无线电波透视CT成像 .................................................................................. 27 6.5探测结论 ..................................................................................................... 27-35 7 结论 .......................................................................................................................... 36 参考文献 ................................................................................................................. 36-37

谢辞................................................................................................................................................. 38

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绪论

为了正确指导煤矿的采掘工作,要求随着采掘巷道施工及时了解其构造发育特征,以便进行指导采煤工作。运用无线电波坑道透视技术探测煤层工作面内地质构造分布情况 ,是依据电磁波穿越工作面内部后的衰减趋势。电磁波穿越途中遇到断层 、陷落柱或煤层变薄带时均可形成 “阴影区” [3-7,16-17],有时断层和陷落柱的特征比较明显 ,可以准确分辨其构造性质。

1、概述

1.1无线电波技术简介

无线电波透视法：是利用探测目标与周围介质之间的电性差异来研究、确定目标体位置、形态、大小及物性参数的一种井中物探方法。所用的频率属于高频频段，一般为一百千赫至几十兆赫。无线电波透视法研究的是辐射场，它可以在真空及各种介质中传播。

无线电波透视法就是通过研究电磁波在钻孔或坑道间传播特性和被介质吸收的情况来寻找、圈定各种目标。通常情况下，煤层和顶底板岩石对高频电磁波的吸收作用是不同的。低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用大,因而接收的信号(即场强) 较弱，而高阻煤层吸收作用小，接收的信号强。断层破碎带、陷落柱等则会使电磁波产生反射、折射和吸收，属低电阻体(高电导率)。 1.2无线电波基本原理

其基本原理：无线电波透视法，又称坑透法。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和介电常数ε）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，致使接收巷道中的电磁波信号十分微弱甚至接收不到透射信号，形成所谓的透射异常（又称阴影异常，见图1） [4-9]。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，这就是坑透法的基本原理。

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图1-1 坑透法示意图

说明：坑透仪接收机测得的是发射机所发射的电磁波在水平方向上电磁波的一个分量。当发射机发送的电磁波穿越电磁性质不同的介质时, 就会造成电磁场强度的变化;因此分析电磁场强度的变化就可以预测工作面内介质的物性变化。

在无限均匀、各向同性介质中， 距电磁波辐射源距离 r处的电磁场强度H 为:

HH0

esin

H0----初始场强, 它决定于发射机功率及周围介质; β——煤层对电磁波能量的吸收系数; r——测点到辐射源原点的距离;

sinθ——方向因子, θ是天线轴线与观测方向的夹角。

1.3无线电波发展历史

该方法最初的设想是由前苏联科学院院士A· A·彼得罗夫斯基在20 年代提出的，开始称为阴影法，意即利用良导矿体对电磁波的强烈吸收造成的“阴影”来寻找井间或坑道间的盲矿体。后来又称为无线电波透视法、井中无线电波法。70 年代中期，美国已故测井专家R· J· Lytle 等人率先把层析技术应用于钻孔电磁波法的数据处理，推动了全球范围内电磁波CT 的研究和应用，也进一步促进了钻孔电磁波法的推广和提高。80 年代后期，美国劳伦斯利物莫尔国家实验室（LLNL）等单位联合开发了音频电磁波数据采集系统和层析软件，这一突破性进展预示着无线电波透视法在油气开发工程中也有着广泛的应用前景。如今，这一方法除了继续用于矿床勘探和采煤工作面地质预报外，还在水文地质、工程地质、城建地质和环境地质等众多领域大显身手。 1.4无线电波应用现状

无线电波坑道透视技术是研制最早、应用最广的一种探测技术。全国已有100多个局（矿）装备了无线电波坑道透视设备。据近3年的统计，已运用了此项技

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术探测采煤工作面700多个；探测陷落柱的准确率90%以上；断层和煤层变薄带的探测准确率达80%以上。目前，国内坑透技术水平已进入世界先进行列[13]无线电波坑道透视技术（简称坑透）是一种较为成熟的煤矿井下物探方法 。无线电波透视法以其操作方便, 成本低, 能够探测出断层等地质引起的异常, 从而得到广泛利用[18]。与其他技术相比，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、透距较大、探测效果显著，成为综采工作面有效的物探方法之一，为最普遍采用的探测方法。

自上世纪八十年代问世以来，其在仪器设备 施工方法 解释软件 应用范围等多个方面得到很大发展 然而，随着煤矿工作面规模的不断加大锚网支护技术的广泛应用，井下探测环境条件与当初发生了很大变化[1-2]，坑透技术在应用中遇到了许多新问题 新情况，坑透技术如何适应新的环境条件 如何满足煤矿生产飞速发展的需求，有许多值得思考和探讨的地方。

尽管无线电波透视法为国内外广泛应用的方法，但是对于无线电波透视的工作方法及电磁波透视理论等仍进一步研究当前在现场探测中已经暴露出一些问题，例如： 对于回采退尺达2 ～ 3 km以上的大型工作面，常用的探测方式需探测 7 h 以上，而仪器的有效工作时间通常为 4 ～ 5 h，探测时间需要安排 2 d 以上，由于生产任务紧，所需探测时间时常难以安排； 其次，接收仪器人员需连续往返距离达 12 ～ 18 km 以上，劳动强度很大，探测人员常常过于疲劳，在约定的时间内不能完成规定的发射或接收信号任务，导致部分数据漏采，降低探测结果的可靠性。同时，影响探查的干扰因素也是多种多样的。如: 积水影响、电缆影响及人为因素影响等, 也会产生异常值, 这些给资料解释带来困难, 再加上主观解释的局限性, 都会影响资料解释的准确性。

目前已经提出利用“一发双收”的方法来替代传统的“一发一收”，并且收到了良好的效果。[4]

2、资料处理

无线电波透视资料的解释方法有综合曲线法和成析层像法，在各矿区主要采用综合曲线和层析成像技术相结合的方法进行处理解释。 2.1、综合曲线法

将各接收点实测场强H 值与相应的理论计算场强H0值 (经条件试验取得计算场强值)进行对比,取得的数据称为衰减系数η,即η=H/H0 或 lgη=lgH-lgH0。取接收点点位为横坐标,取H、H0和η的对数或算术值为纵坐标, 将同一发射点对应接收点的实测场强H 值,理论强场H0值和衰减系数η值按比例绘制成图,就得到关

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于H、H0、η值的3条曲线,称为综合曲线图。在均匀各向同性介质中,实测场强等于理论场强,即H = H0，η= 1，lgη= 0。但是,由于煤层的非均一性,一般η值接近1(或0)而不等于1(或0)。当遇到η值远离1或0时，即出现负分贝值, 说明在透视距离内,遇到了地质异常体,据η值的变化,并参考实测强场H和理论场强H0曲线,分析异常体的性质并对其进行解释。 2.2、CT成像法

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:

式中： H 0—决定于发射功率和天线周围介质的初始场强； β—介质对电磁波能量的吸收系数 r—观测点到辐射源的直线距离 sinθ —方向性因子, 一般可认为等于1。

erHH0sinr

图2-1 坑透CT成像单元离散示意图

把坑透工作面划分成有不同吸收系数的若干小单元(像元) , 每一小单元内可视为介质均匀的。假设电磁波的第i个传播路径为ri, 则它可以表示为若干小单

mridj1ij4

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元的距离之和:

对没有射线穿过的小单元, 可视dij= 0, 于是公式变成： m

H iH0ieidijj1i

rH0iidijln()Hirij1m若在多个发射点上对场强分别进行多重观测,便可形成矩阵方程: [X][D]=[Y] 式中：[X]—未知数矩阵; [D]— 系数矩阵;

[Y]—已知数矩阵,即实测值。

3、施工方法技术

根据工作环境，无线电波透视法分为钻孔电磁波法和坑道电磁波法。前者按工作方式，又可分为单孔、双孔、三孔和地—井方式；后者又有同步法和定点法两种.

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。关系到工作的成功与否。 3.1、同步法

发射天线和接收天线分别位于不同巷道中，同时等距离移动，逐点发射和接收，较少采用。

同步法包括2种观测方法

平行同步法：发射点与接收点在不同巷道内一一对应 ,同时做等距离移动 ,逐点发射与接收。

斜同步法 :发射点与接收点在不同巷道内错开2个或 3个点位 ,同时做等距离移动 ,逐点发射与接收。同样对整个工作面进行透视。返回测量时 ,发射与接收错开2或3个空位点 ,继续透视工作。这种方法具有交会异常的优点 。

采用同步法透视 ,可以有效准确地圈定较为简单的地质构造异常 ,如陷落柱 、煤层体 、火成岩柱体。

下见同步法示意图

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图3-1 同步法示意图

3.2、定点法

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[1-12]。

定点法又可以分为：一发一收：即在1条巷道中设置发射点，利用1台发射机发射电磁波信，在另1条巷道中布置接收信号段，利用1台接收机接收电磁波场强，对工作面内煤层形成透视探测。目前所采用的为定点法观测方式。在探测开始前设计好发射点和接收信号段，通常在探测前合适巷道位置约定仪器工作时间，对好钟表时间，到约定时间开始进行探测； 1 条巷道发射另一条巷道接收信号接束后，在开切眼位置交换发射点接收点所在巷道，再进行透视探测，完成整个工作面透视探测工作。

一发双收：该方法采用定点法观测方式，对一条巷道中任一发射点采用1台发射机发射电磁波信号，在另一条巷道利用 2 台接收机接收电磁波场强信号，每台接收机接收半段范围； 沿工作面巷道施工到开切眼后，交换发射和接收信号巷道，再进行探测完成现场工作。经过坑透仪器选型与调制，以及新的电磁

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波数据处理系统的开发，为“一发双收”方式的实现提供了所需的仪器及处理软件。装置为定点法观测方式，工作方式与传统的“一发一收”探测相类似，在 1 条巷道中布置发射点，采用 1 台发射机发射信号，在对面相应巷道中采用 2 台接收机同时进行场强值接收，各接收一半接收距离，接收机操作人员与发射机操作人员所走路程基本相等，为“一发一收”方式接收行走距离的1 /3 。 采用“一发双收”而不是“一发多收”，一方面是考虑无线电波探测的优势之一就在于探测需要人员少； 另一方面，采用“一发双收”装置在工作面行走时，均处于接收信号段，为最佳工作模式。而“一发多收”装置在工作面行走时，必然存在一些无需接收信号段，造成资源浪费。

图3-2 定点法示意图

4、仪器设备

目前常用的设备是wkt-6型无线电波坑道，此次实验采用的也是这种仪器。该仪器具有探测准确度高、性能稳定、操作简单、维护简单、体积小、重量轻、抗干扰性强的特点。 wkt-6型无线电波坑道简介

wkt-6 型无线电波坑道 ，简称坑透仪。其功能是利用电磁波在介质中的传播特性和探测矿井回采工作面内的地质构造，如陷落住、断层、火成岩、煤 层厚度变化、瓦斯富集区及突水构造等。可减少大量钻探工程量，节省费用，提高采煤时对事故隐患的预知性，有效避免事故发生，减少损失，增加安全系数，提高产量和效益。

仪器技术指标

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(1)接收机

防爆形式：矿用本质安全型 工作频率： 365 KHz ， 965 KHz 显示： 20*2 字符式液晶显示器 键盘： 4*4 防水防尘有感式薄膜键盘 灵敏度 : 小于 0.06 微伏 终端分辨率： 0.1db 连续工作时间：大于 4 小时 带宽：40Hz

终端测量范围： 0 — 102.1db

尺寸： 270*130*220(mm) 重量： 4.5kg （2)发射机

防爆形式：矿用本质安全型 工作频率： 365 Khz ， 965 Khz

显示： 4 位半数字表头，可显示发射调谐值及电池电压值 输出功率： 1-2w

连续工作时间：大于 4 小时 尺寸： 270*130*220(mm) 重量： 4.5kg

图4-1 WKT-6型无线电波实物图

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5、张集矿1122(1)工作面应用实例分析

接下来让我们分别对1122(1)工作面的坑透资料进行分析解释。本次无线电波透视CT工作采用WKT-6型无线电波坑道，发射机和接收机为矿用本质安全型。WKT-6型无线电波坑道，有2个频点0.365MHZ和0.965MHZ可供选用。根据工作面的实际情况，采用0.365MHZ。

交会平面图：在采区平面工程图上，标定各发射点和对应的接收点。根据综合曲线确定边界点，将该点与对应的发射点连线，于是由不同发射点所对应的接收点绘出相应的边界射线，各射线所围定的范围便为异常体的平面位置。

图5-1 无线电波透视曲线交会法解释示意图

在运输巷和回风巷发射点布置发射点，对每个发射点接收22个实测场强值。发射点间距平均为80m，接收点间距10m。现场发射及接收射线，如图所示，共布置48个测点。对工作面覆盖程度高，采集数据满足交会及反演要求。

图5-2 无线电波透视曲线交会法解释示意图

5.1现场工作条件

回风巷和运输巷均铺设有电缆、金属管路，工作面为封闭的金属锚网支护。测量时对电缆采取了停电处理，干扰现象不明显。总体上测量数据较稳定，效果较好。

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5.2质量评述

为了采集到高质量的第一手资料，现场采取如下技术措施：

A． 本次坑透工作在采面内采用对发对收，每10米一个接收点，即一个物理测点，每80米布设一个发射点。

B． 对应每个发射点，在另一巷的扇形对称区间接收21个点，以确保面内各物理测点有两次以上的覆盖。 C． 采天线离开电缆0.5m以上。 D． 检查点不少于5%。

E． 严格按照计划表施工，作好记录并标注出实际发射时间和实际接收时间。为确保原始资料质量，施工严格按照“煤田电法勘探标准”进行，检查点不少于5%的要求，原始资料质量准确可靠。 5.3实测场强值曲线图

无线电波透视实测场强值如附图5-3所示，总体上该煤层实测场强值变化范围很大。最高场强值约55~65，最小值仅10~15左右，透视性较强。从实测数值来看，背景测试值很低，与最高场强值相比，均有较大的变化范围，说明本次采集数据信噪比较高，采集数据较可靠。下见附图。

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图5-3 张集矿1122（1）面无线电波透视CT实测场强图

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5.4无线电波透视实测场强交会成像

无线电波实测场强几何交会成像见附图5-4，蓝绿色调区越深代表场强值越低。

图5-4 张集矿1122（1）面无线电波透视CT实测场强交会成像图 5.5无线电波透视CT成像

无线电波透视CT成像图表达参数为煤岩层电磁波吸收系数值图，数据值大小如图上色标所示：蓝绿（冷）色调为高电磁波吸收系数值。本次反演采用SIRT反演（附图5-5），更为形象直观地反映地质异常变化情况。

10#异常区 11#异常区

10#异常区

6#异常区 4#异常区

9#异常区

7#异常区

8#异常区

5#异常区

3#异常区

2#异常区

11#异常区 1#异常区

9#异常区 8#异常区

6#异常区 4#异常区

7#异常区

5#异常区

2#异常区 3#异常区 1#异常区

图5-5 张集矿1122（1）面无线电波透视SIRT反演电磁波吸收系数成像图 5.6探测结论

根据实测场强值变化特征和岩石吸收系数CT成像图综合分析，得出探测区地质解释如附图5-6所示，主要有11个透视异常区（品红线圈定范围），对实见较大断层的延展进行了分析(蓝线为异常中心区)

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11#异常区

10#异常区

6#异常区

9#异常区 8#异常区

4#异常区 7#异常区 5#异常区

3#异常区

1#异常区

2#异常区

图5-6 张集矿1122（1）面无线电波透视CT成像资料解释图

探测结果见表5-1

表5-1异常区说明

序号 退尺位置 (m) 1#异常区 0~130 为断层影响区。实见断层Fy201（H=1.0m），Fs216(H=0~2m)在该异常区内，切眼段反映该范围煤层与夹矸结构变化较大。该异常区内断层或裂隙带发育，局部煤层可能变薄，影响程度H<1/2煤厚。对回采影响较小，异常区较可靠。 2#异常区 310~380 为断层影响区。实见断层Fg201（H=2.0m），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度50m； Fg202（H=1.0m），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度120m；异常区内局部煤层有所变薄1.5~2m。对回采影响较大，异常区可靠。 3#异常区 380~430 为断层影响区。实见断层Fy202（H=1~3m），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度150m。异常区内断层及裂隙发育，局部煤层变薄为0~2m。对回采影响较大，异常区可靠。 4#异常区 680~710 为断层影响区。实见断层Fg204（H=1.2m），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度100m。对回采影响小，异常区较可靠。 5#异常区 740~770 为断层影响区。实见断层Fy204（H=0.5~0.8m），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度120m。对回采影响小，异常区较可靠。 6#异常区 760~810 为断层影响区。实见断层Fg205（H=1.5~1.8m），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度60m。异常区内断层及裂隙发育,局部煤层有所变薄。对回采影响较大，异常区较可靠。 13

说明

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7#异常区 800~1030 为断层影响区。实见断层Fg207（H=2.0m），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度180m； Fg208（H=2.0m），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度200m；异常区内局部煤层有所变薄M=0.5~2.0m。对回采影响很大，异常区可靠。 8#异常区 1360~1400 为断层影响区。实见断层Fy207（H=1.2~1.6m），异常影响程度H<2/3煤厚，面内延伸长度150m；异常区内局部煤层有所变薄M=0.5~2.0m。对回采影响较大，异常区可靠。 9#异常区 1410~1440 为隐伏异常区。异常区内小断层或裂隙发育，局部煤层可能变薄，异常影响程度H<1/2煤厚。对回采影响小，异常区较可靠。 10#异常区 1690~1780 为断层影响区。实见断层Fg210-1（H=0.8m），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度150m；实见断层Fg210-2（H=0.6~0.7m），贯穿工作面，异常影响程度H<1/2煤厚；异常区内局部煤层有所变薄M=0.5~2.0m。对回采影响较大，异常区可靠。 11#异常区 1840~1880 为隐伏异常区。异常区内小断层或裂隙发育，局部煤层可能变薄，异常影响程度H<1/2煤厚。对回采影响较小，异常区较可靠。

接下来让我们对这11个异常区域进行详细具体的分析 接下来让我们首先分析1#异常区，下见1#异常区附图

图5-7 张集矿1122（1）工作面图 图5-8 张集矿1122（1）坑透图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线围成的区域为坑透实验圈定的1#异常区。1#异常区的场强值在22~35db之间，1#异常区周围场强值在40~50db之间。从中我们还可以看到Fs216断层和Fy213断层。异常影响程度H<1/2煤

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厚，Fs216(H=0~2m∠45~500), Fy213(H=1.0m∠500)。从工作面的图可以看出，由于异常影响程度H<1/2煤厚，对回采影响不大。

1#异常区为断层影响区。实见断层Fy213（H=1.0m），Fs216(H=0～2m)在该异常区内，切眼段反映该范围煤层与夹矸结构变化较大。该异常区内断层或裂隙带发育，局部煤层可能变薄，影响程度H<1/2煤厚。向工作面内延伸走向长度约130m，影响回采长度约140m。

经回采验证，异常区内煤层厚度受Fy213（H=1.0m）断层影响，局部地段有所变薄，最薄处煤厚有2.0m，面内三维地震解释的隐伏断层Fs216(H=0～2m)并不存在，此异常区对回采影响不大。

接下来让我们分析2#异常区 下见2#异常区附图

图5-9 张集矿1122（1）工作面图 图5-10 张集矿1122（1）坑透图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的2#异常区，2#异常区的场强值在21~37db之间，2 #异常区周围场强值大于40db。从中我们可以发现断层Fg212（H=2.0m∠400），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度50m； Fg211（H=1.4 m∠40~500），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度120m。

经回采验证异常区内局部煤层有所变薄1.5～2.0m。由于影响程度H<1/2煤厚，因此在回采的过程中并没有发现明显的异常区域。向工作面内延伸走向长度约150m，影响回采长度约80m。经回采验证此异常区比预计的影响范围

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要小，实际影响面积1865m2。

接下来让我们分析3#异常区 下见3#异常区附图

图5-11 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的3#异常区，3 #异常区的场强值在21~35db之间，3 #异常区周围场强值大于40db。由粉红色实线围成的区域则为实践揭露的煤层变薄的异常区域。

在此异常区域中实见断层Fy212（H=1～3m∠0~400），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度150m。异常区内断层及裂隙发育，局部煤层变薄为0～2m。向工作面内延伸走向长度约210m，影响回采长度约45m。

从图中我们也可以辨认出实验圈定的区域和实践揭露的区域形状面积相似，仅仅是位置上有所不同。经回采验证此异常区比预计的影响范围要大致一致，位置稍微有点变化，异常区预计较准确，实际影响面积7343m2。

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接下来让我们分析4#异常区域 下见4#异常区附图

图5-12张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的4#异常区，4 #异常区的场强值在30~35db之间，4 #异常区周围场强值在45~60db之间。由粉红色实线围成的区域则为实践揭露的煤层变薄的异常区域。

从图中实见断层Fg209（H=1.2m∠40~500），异常影响程度H<1/2煤厚，向工作面内延伸走向长度约100m，影响回采长度约30m。异常区内煤层的厚度在1.7m左右。

从上图中可以看出，实验圈定的异常区域和实践揭露的异常区域形状面积相似，仅位置不同，经回采验证此异常区与预计的影响范围大致一致。

下面让我们分析5#异常区域

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下见5#异常区附图

图5-13 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的5#异常区，5 #异常区的场强值在15~20db之间，由粉红色实线围成的区域则为实践揭露的煤层变薄的异常区域.

从图中可实见断层Fy209（H=0.5～0.8m∠650），异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度120m。异常区内煤层厚度变薄1.0～1.8m。

从上图可以发现实验圈定的区域和实践揭露的异常区域发生一定偏差，而且实验圈定的异常区域要明显大于实践揭露的异常区域。

经回采验证，异常区位置发生较大偏差，实际异常区内煤层厚度变薄1.0～1.8m，实际影响面积4324m2。

下面让我们分析6#异常区域

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下见6#异常区附图

图5-14 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的6#异常区，6 #异常区的场强值在15~20db之间。由粉红色实线围成的区域则为实践揭露的煤层变薄的异常区域。

从上图的异常区可见断层Fg208（H=1.5～1.8m∠400），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度60m。异常区内断层及裂隙发育,局部煤层有所变薄。

从图中实验圈定的异常区域对比实践揭露的区域来看，位置面积相差不大，基本吻合。经回采验证，该异常区与预计的影响范围一致。

接下来让我们分析7#异常区域 下见7#异常区附图

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图5-15 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的7#异常区。7#异常区的场强值在15~20db之间。 从图中可见断层Fg206（H=3.0m），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度180m；Fg205（H=2.0m），异常影响程度H<1煤厚，面内延伸长度200m。异常区内局部煤层有所变薄M=0.5～2.0m。

通过上图可以看出，实验圈定的异常区域影响范围要大于实践揭露的异常区域，不过位置验证准确。经回采验证，此异常区实际影响范围较小，异常区内煤层变薄M=0.8～1.8m，实际影响面积2839m2。

接下来让我们分析8#异常区 下见8#异常区附图

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图5-16 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的8#异常区，8 #异常区的场强值在20~33db之间，8 #异常区周围场强值在35~50db之间。由粉红色实线围成的区域则为实践揭露的煤层变薄的异常区域。

图中可见断层Fy202（H=1.2～1.6m∠400），异常影响程度H<2/3煤厚，面内延伸长度150m；异常区内局部煤层有所变薄M=0.5～2.0m。

从图中可以清晰辨认出实验圈定的范围无论是位置还是面积和实践揭露的异常区域影响范围相差无几。位置和范围均验证准确。经回采验证，此异常区的影响范围与预计影响范围大致一致，但煤层变薄程度要更为严重M=0.2～2.2m，实际影响面积7884m2。

下面让我们分析9#异常区域 下见9#异常区附图

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图5-17 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的9#异常区，其中9#异常区为隐伏异常区。9#异常区的场强值在30~35db之间，9 #异常区周围场强值大于40db。

坑透资料显示：异常区内小断层或裂隙发育，局部煤层可能变薄，异常影响程度H<1/2煤厚。从图中可以清晰看出，由于H<1/2煤厚，因此并不会对回采造成影响。经回采验证，此异常区不存在。

下面让我们分析10#异常区 下见10#异常区附图

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图5-18 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围

成的区域为坑透实验圈定的10#异常区。10#异常区的场强值在25~35db之间。

从图中可见断层Fg203（H=0.8m∠300）和Fg202（H=0.8m∠40~500），其中Fg202（H=0.8m∠40~500）贯穿工作面，异常影响程度H<1/2煤厚，面内延伸长度150m。异常区内局部煤层有所变薄M=0.5～2.0m。

经回采验证，异常区内Fg203（H=0.8m）断层对回采影响不大，横跨整个工作面的Fg202（H=0.6～0.8m）断层对回采几乎没造成影响，回采很顺利通过。

接下来让我们分析11#异常区 下见11#异常区附图

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图5-19 张集矿1122（1）工作面图

从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线围成的区域为坑透实验圈定的11#异常区。其中11#异常区为隐伏异常区。11#异常区的场强值在25~35db之间。

坑透资料显示：异常区内小断层或裂隙发育，局部煤层可能变薄，异常影响程度H<1/2煤厚。图中可见断层Fd202(H=1.5m∠570)。

因为异常影响程度H<1/2煤厚，所以在回采过程中不会造成明显的影响。经回采验证此异常区不存在。

综上所述，坑透资料根据三维地震提供的并经顺槽实际揭露的断层所圈定的异常区及顺槽实际揭露的断层所圈定的异常区，解释的准确率高；隐伏构造所圈定的异常区解释的准确率低，如9#异常区不存在，有可能是受煤层顶板破碎影响，在回采时没有实见到。

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6、张集矿1212（1）工作面应用实例分析

6.1 工程概况

1212(1)工作面北以F217断层防水煤柱为界,南至11-2煤层三条主要大巷。东与1211(1)已回采工作面为邻。所采煤层为11-2煤，以块状为主，局部片状及粉末状；煤岩类型以暗煤为主，含有镜煤和亮煤条带，属半暗～半亮型。煤层结构较简单，局部含有0～1层夹矸(厚0~0.3m)，岩性以碳质泥岩、泥岩为主。受断层、层滑等构造影响，局部煤层可能有变薄现象。本面煤层厚度为1.4～3.5m,平均煤厚2.8m。工作面退尺长约2200m，面宽为240m。

本次采用无线电波透视CT成像法来探测工作面内地质异常区的赋存情况。主要内容为：

（1）采用无线电波透视CT技术探测工作面内地质构造赋存情况； （2）查明巷道揭露落差大于1/2正常煤厚断层的延展情况； （3）查明工作面内落差大于1个正常煤厚的隐伏断层赋存情况;

（4）查明工作面内煤厚小于1/2正常煤厚的薄煤区赋存情况。

6.2实测场强值曲线图 各段情况为：

退尺0~120m段：最高场强值多小于35，最小值15~20，穿透性较差。这种现象表明，该段煤岩层对无线电波的吸收系数较大，运输巷道及切眼实际揭露为断层影响。

退尺120~400m段：最高场强值45左右，最小值多大于30，穿透性好，仅个别数据较小。基本代表了正常煤岩层无线电波场强的典型值。工作面内无显著地质异常体。

退尺400~1200m段：最高场强值多小于35，最小值15~20，穿透性较差。这种现象表明，该段煤岩层对无线电波的吸收系数较大，部分地段很低，为较大断层带影响；总体来说，该范围煤岩层裂隙较为发育。

退尺1200~1800m段：最高场强值45左右，最小值多大于30，穿透性好，仅个别数据较小。基本代表了正常煤岩层无线电波场强的典型值。工作面内无显著地质异常体。

退尺1800~2100m段：最高场强值多小于35，最小值15~20，穿透性较差。这种现象表明，该段煤岩层对无线电波的吸收系数较大，为较大断层带影响，该范围煤岩层裂隙较为发育。

实测场强值曲线图见附图6-1

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图6-1张集矿1212（1）面无线电波透视CT实测场强图

6.3无线电波透视实测场强交会成像

无线电波实测场强几何交会成像见附图6-2，蓝色调区越深代表场强值越低，各段情况反映结果基本与实测场强曲线结果一致，不再叙述。 0100200 300400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020002100运输巷回风巷

5045403530282624222018 图6-2 张集矿1212（1）面无线电波透视CT实测场强交会成像图 6.4无线电波透视CT成像

无线电波透视CT成像图表达参数为煤岩层电磁波吸收系数值图，数据值大小如图上色标所示：蓝绿（红）色调为高电磁波吸收系数值。本次反演采用SIRT反演（附图6-3），更为形象直观地反映地质异常变化情况。

回风巷 0100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020002100

运输巷

图6-3 张集矿1212（1）面无线电波透视SIRT反演电磁波吸收系数成像图 6.5探测结论

根据实测场强值变化特征和岩石吸收系数CT成像图综合分析，得出探测区地质解释如附图6-4、附图6-5所示，主要有6个透视异常区（粉红色线圈定范围），对实见10条较大断层的延展进行了分析。

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1#异常区

5#异常区

6#异常区

2#异常区

3#异常区

4#异常区

附图（16）张集矿1212（1）面无线电波透视CT成像资料解释图

图6-4张集矿1212（1）面无线电波透视CT成像资料解释图

1#异常区

5#异常区

6#异常区

4#异常区

2#异常区 3#异常区

附图（17）张集矿1212（1）面无线电波透视地质异常解释图

图6-5张集矿1212（1）面无线电波透视地质异常解释图

探测结果如表6-1：

表6-1异常区说明

序号 退尺位置 (m) 1#异常区 0~100 为断层影响区，沿工作面倾向展布。异常区内裂隙发育或小断层，局部煤层有所变薄，底部煤层夹矸发育。切眼及运输顺槽实见小断层相连，为Fjs1断层(H=1~1.6m)，影响程度H=1~2m。对回采影响较大。 2#异常区 400~500 为断层影响区，沿工作面倾向展布。Fjs2断层，为轨顺实见Fg13断层（H=0.5~1.6m），影响程度H=0~2m，延伸长约150m；Fjs3断层，为透视异常区中心位置, 可能为隐伏断层或裂隙发育中心区， H=0~2m，延伸长约150m；局部煤层有所变薄（M=2.0~3.0m）。对回采影响较大。 3#异常区 610~740 为断层影响区，沿工作面倾向展布。Fjs4断层，为运输顺槽实见28

说明

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断层（H=3~5m），面内延展长度约130m；Fjs5断层，为轨顺及运输顺槽实见较大落差断层（H=1.8~6m）连线，代表断层带主轴方向及位置；该范围两巷道实见小断层及裂隙发育。异常区内断层及裂隙发育，局部煤层变薄。对回采影响很大。 4#异常区 1050~1200 为断层影响区。Fjs6断层，为运输巷实见断层，H=2~2.5m，延伸长约180m。异常区内小断层或裂隙发育，影响程度 H<3m。对回采影响较大。 5#异常区 1030~1220 为断层影响区。Fjs7断层，为轨顺实见Fg7断层，H=1~1.5m，延伸长约120m；Fjs8断层，为轨顺实见Fg6断层，H=1.5~2m，延伸长约100m；巷道实见煤层厚度变薄为1.5~2.5m。该异常区断层及裂隙发育，影响程度H<3m，M=1.0~2.5m。对回采影响较大。 6#异常区 1820~2090 为断层影响区。运输巷实见Fjs9断层（H=1m），影响程度H<1.5m，延伸长约100m；Fjs10断层，为轨顺实见Fg1、Fg2断层组（H=1.4~1.8m）延伸，H=0~3m，延伸长约260m。异常区内断层或裂隙发育，局部煤层变薄。对回采影响较大。 接下来附图对张集矿1212（1）工作面无线电波坑透资料进行具体分析，首先让我们来看下1#异常区

图6-6 张集矿1212（1）工作面图

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从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定1#异常区。1#异常区的场强值在20~25db之间，1#异常区周围场强值在35~50db之间。在1#异常区内由于断层Fg2019、Fy214和Fy213的发育，煤层厚度变薄。断层Fg2019的落差H=1.6m，角度介于25-45度之间,断层Fy214的落差为1m，角度为35度，Fy213的落差为1m，角度为45度。由于断层的落差H<1/2煤厚，因此在回采过程中并没有揭露影响范围大的明显区域。

1#异常区：为断层影响区，沿工作面倾向展布。为切眼实见断层Fg2019(H=1.6m∠25～45°)，运顺实见断层Fy214断层(H=1.0m∠35°)，运顺实见断层Fy213断层(H=1.0m∠45°)。经回采验证此异常区实际影响范围与坑透资料比较影响范围要小，对回采影响较小。

接下来附图分析1212（1）工作面2#异常区 下见2#异常区坑透附图

图6-7 张集矿1212（1）工作面图

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从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的2#异常区，2#异常区的场强值在22~27db之间，2 #异常区周围场强值在35~50db之间。而经实践揭露的异常区为粉红色实线围成的区域，由粉红色实线围成的区域为煤层变薄的区域，分布在3个区域。通过上图可以看出，断层Fg217和断层Fg216发育，落差小于1/2煤厚，后经实践证明，对回采影响不大

2#异常区：断层影响的煤层变薄区，为轨顺实见断层Fg217、Fg216和Fy212断层断层向面内延展部分，异常区内裂隙或小断层发育，局部煤层变薄。对回采影响大，影响面积约13576m2。经回采验证工作面受断层影响的煤层变薄区域不大，实际影响范围与坑透解释比较影响范围小，实际影响面积约3588m2，对回采有一定影响。

接下来是3#异常区的坑透资料分析 下见3#异常区坑透附图

图6-8 张集矿1212（1）工作面图

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从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的3#异常区，3#异常区的场强值在16~22db之间，3 #异常区周围场强值在30~35db之间。而由粉红色实线围成的区域则是实践揭露的煤层变薄异常区，煤层变薄区的平均厚度在1.3m。3#异常区实见断层Fy211(H=0~5m∠550)

和

断

层

Fy209(H=0~5m∠650)

和

断

层

Fy208(H=0~1.5m∠250)。

3#异常区：断层影响区，局部煤层变薄，沿工作面倾向展布。为轨顺及运顺实见较大落差断层的连线，该范围两巷道实见近走向延伸断层及裂隙发育，预测该范围隐伏走向小断层及裂隙发育，可能有淋水现象，对回采影响很大。经回采验证工作面受断层影响的煤层变薄区域较大，实际影响范围与坑透解释比较基本相符，实际影响面积约25247m2。

接下来是4#异常区的坑透资料分析 下见4#异常区坑透附图

图6-9 张集矿1212（1）工作面图

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从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的4#异常区，4 #异常区的场强值在21~27db之间，4 #异常区周围场强值在37~43db之间。而经实践揭露的异常区为粉红色实线围成的区域，由粉红色实线围成的区域为煤层变薄的区域，并且有断层的发育Fn3（H=1.0-1.1m）。此外，在４＃异常区，经实践揭露的还有断层Fy204、Fy205和

Fn4

，

Fy204

（

H=0.9~2.5m,∠25~300

），

Fy205

断

层

（H=0.4m,∠400）,Fn4(H=1.8m)。

7#异常区：断层影响区，为运顺实见断层Fy204断层向面内延展部分，局部煤层变薄。异常区对回采影响大，影响面积约5452m2。经回采验证工作面受断层影响的煤层变薄区域不大，实际影响范围与坑透解释比较影响范围小，实际影响面积约2431m2，对回采有一定影响。

接下来是5#异常区的坑透资料分析 下见5#异常区坑透附图

图6-10 张集矿1212（1）工作面图

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从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的5#异常区，5 #异常区的场强值在21~28db之间，5 #异常区周围场强值均大于35db。而经实践揭露的异常区为粉红色实线围成的区域，由粉红色实线围成的区域为煤层变薄的区域，并且有断层Fg207、Fg206和Fg205向面内延展部分，局部煤层变薄。Fg207（H=0.7 m,∠300），Fg206（H=1 m,∠200），Fg205（H=1.5 m,∠300）

8#异常区：煤层变薄区，为轨顺实见断层Fg207、Fg206和Fg205断层向面内延展部分，局部煤层变薄，变薄区内煤厚M=1.0～2.5m。异常区对回采影响大，影响面积约9634m2。经回采验证工作面受断层影响的煤层变薄区域较小，实际影响范围与坑透解释比较影响范围小，实际影响面积约1074m2，对回采有一定影响。

接下来是6#异常区的坑透资料分析 下见6#异常区坑透附图

图6-11 张集矿1212（1）工作面

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从上图中我们可以清晰的看到，由蓝色虚线（蓝色实线为异常中心区）围成的区域为坑透实验圈定的6#异常区，6 #异常区的场强值在20~28db之间，6 #异常区周围场强值在35~50db之间。而由粉红色实线围成的区域则是煤层变薄异常区。运顺实见断层Fy201断层，轨顺实见断层Fwh6、Fg202断层向面内延展部分。Fy201（H=1.0 m,∠300）,Fwh6（H=1.5 m,∠650）, Fg202（H=1.7 m,∠400）。

6#异常区：断层影响区，为运顺实见断层Fy201断层向面内延展部分，局部煤层变薄。异常区内断层或裂隙发育，局部煤层变薄，对回采影响较大，为轨顺实见断层Fwh6、Fg202和Fg203断层向面内延展部分。异常区对回采影响大，影响面积约13726m2。经回采验证工作面受断层影响的煤层变薄区域较小，实际影响范围与坑透解释比较影响范围小，实际影响面积约1432m2，对回采有一定影响。

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7、结 论

此次对张集矿11-2煤层的坑透资料整理后发现影响煤矿实际回采的断层为大于一个煤厚的断层和大于1/2煤厚小于1个煤厚的断层。坑透解释的准确率在85%左右，准确率高，很好的指导了煤矿的安全生产。特列表格对各个工作面的断层赋存和解释情况予以阐明。见表7-1

表7-1 异常区所含不同煤厚断层分析 断层所在的工作面 坑透解释的准确率 85% 汇总 85% 大于一个煤厚 的断层 1212（1）工作面3#异常区 大于1/2煤厚小于一个煤厚的断层 1122（1）工作面3#异常区 1122（1）工作面6#异常区 1122（1）工作面7#异常区 1122（1）工作面8#异常区 1212（1）工作面4#异常区 1212（1）工作面6#异常区 1122（1)工作面1#异常区 1122（1)工作面2#异常区 1122（1)工作面4#异常区 1122（1)工作面5#异常区 1122（1）工作面9#异常区 1122（1)工作面10#异常区 1122 (1)工作面11#异常区 1212 (1)工作面1#异常区 1212（1）工作面2#异常区 1212（1）工作面5#异常区 90% 90% 80% 85% 80% 70% 83% 小于1/2煤厚的断层 参考文献

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［18］黄健良，陈传绪，凌丹丹，田乾乾. 综合物探技术在探测陷落柱中的应用［J］．中国西部科技 ,2009, 08(19) :46-47,78

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安徽理工大学毕业设计（论文）

谢辞

本篇论文从选题到撰写，自始自终都是在吴荣新老师的悉心指导和亲切关怀下进行的。老师严谨的治学态度，渊博的知识，丰富的经验，诲人不倦的为师之道使学生受益非浅，对学生学习与生活上的无微不至的关怀与帮助更是让学生终生难忘。在此谨向老师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢。

在资料收集、整理和数据统计过程中，得到了吴老师的全力支持，没有老师提供的资料论文工作难以完成。同时得到了师兄和同学的鼎力相助，在此一并向他们表示衷心的感谢。再次向给予我帮助的老师和同学表示谢意！

最后，衷心的感谢各位专家教授的评阅和指导，谢谢!

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