煤矿井下灾害水源的磁共振探测技术分析

[摘 要]当今科技经济发展的新形势下，煤矿做为不可再生资源，各国对煤能源的利用率也越来越多，煤矿的开采也开始转向深部开发，针对煤矿井下灾害水源，应该提高煤矿采矿技术，应用磁共振探测手段，提升煤矿开采率，以下就来分析煤矿井下灾害水源的磁共振探测技术。

[关键词]灾害水源、煤矿安全、技术分析、磁共振探测

中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0047-01

引言

在我国煤矿开采中，不仅煤矿地区的地质条件复杂，而且在煤矿井下存在的灾害水源，还将会引起重大灾害事故，造成人员伤亡，影响煤矿井下开采质量与煤矿整体经济效益。应用磁共振探测技术探测煤矿井下地质灾害水源，不仅可以有效遏制地下突水事故，还可以降低煤矿开采中的设备损失，确保煤矿开采质量，以下就对此做具体介绍。

1、浅析磁共振探测技术原理

磁共振探测技术，可以在地面直接探测地下介质中的氢核丰度，在缺水地区地下水资源的勘查中起到很好的探测效果，同时将磁共振探测技术应用到地下水引起的地质灾害水源探测中，也可以发挥独特的预警作用，保障煤矿开采生产安全[1]。磁共振探测技术，可以实现对煤矿开采极端环境的探测，能够在非均匀磁场下进行激发与接收地下的地磁场，起到安全探测预警的作用。

2、磁共振探测技术局限及改进

2.1 应用技术局限

在针对煤矿的磁共振探测中，还存在一定的应用局限，主要体现在以下几个方面，首先，就是在煤矿井下灾害水源探测中，由于煤矿井下空间狭窄，在地下水探测上还有待改进。其次，就是煤矿井下探测中，煤矿开采工作面地磁场强度与方向变化较大，还有就是煤矿井下施工中挖掘设备、供电设备以及支护架产生的强电磁干扰，会严重影响磁共振的探测效果，会影响空间地磁场变化，对探测准确度产生干扰。最后，就是在煤矿井下应用磁共振技术进行探测，还存在瓦斯灾害源，需要解决安全防爆问题，才可以全面提升灾害水源磁共振探测的整体效益。

2.2 技术改进

首先，在煤矿井下狭窄空间内进行磁共振灾害水源探测时，应该确保探测的线圈直立对准探测面，同时可以为了获得最大的磁共振信号，需要线圈在垂向方面上进行多角度旋转探测，在煤矿井下灾害水源探测中，由于采矿的进行会导致煤炭上覆岩层发生转移，再加上灾害水源，这样就会很容易引起井下地陷事故，根据灾害水源的磁共振探测结果，可以在磁共振探测中，找到灾害水源，采用煤层巷道的支护技术，这样就可以在煤炭开采过程中，尽可能将巷道布置在煤层中，减少矸石产出，这样能够避免因煤矿井下灾害水源弊端；将矸石作为采矿中的充填材料，减少煤矿井下运输成本，降低因采煤造成的地表塌陷灾害的发生。

其次，在磁共振探测中，针对煤矿井下地磁场环境，可以采用全空间模型在地下工作，探测位置后方可以存在一个巷道开挖空间，以此来构成准全空间，提高线圈灵敏度；从线性极化线圈转化到相控阵线圈，实现大范围扫描探测成像；还可以抽采煤矿瓦斯，好好利用井下瓦斯资源，然后进入煤矿井下进行灾害水源探测，煤矿井下开采中，采取磁共振探测技术，可以采用单匝边长为150 m，直径为50 m的线圈，对灾害水体进行直立旋转探测，提高磁共振探测仪器在煤矿井下的探测距离，根据电磁场叠加原理，将N匝线圈等效成N个同尺寸的单匝线圈，这样就可以解决地下狭窄空间中对磁共振探测仪器的限制。应用磁共振技术，探测煤矿井下灾害水源情况，并采取保水开采形式，在煤矿区对地下水保护性开采。

最后，在煤矿井下灾害水源探测中应用磁共振技术，针对地磁干扰问题，能够采用多通道全波采集方法，增加参考消噪通道，并利用自适应算法进行计算，获取强干扰噪声背景下的微弱磁共振探测信号，从而可以确保隧道探测线圈与地磁场夹角一同随线圈旋转力变化方向，应用自适应参考消除噪声[2]；在煤矿井下灾害水源探测中，应该提升磁共振探测技术，降低煤矿井下空间狭窄的限制，降低磁共振探测仪器的体积和重量，研制出适用于煤矿井下狭窄空间，采用MRS-TEM联用仪天线，能够取长补短，实现对煤矿井下灾害水源的探测深度与准确性。并且在对于煤矿的开采过程中，可以把埋藏在地底下的煤矿转变为可以使用的煤气，然后再通过管道，直接把煤气供给需要的用户，将现有的煤矿井下采矿作业变为采气作业方式；保证岩层中的地下水资源不浪费，有效避免因灾害水源而延误煤矿井下的采矿进度，确保煤矿开采的可持续发展。

3、磁共振探测技术在煤矿井下探测的应用

3.1 探测地下水变化特征与矿井稳定性

在煤矿井下开采中，采取磁共振探测技术，探测灾害水源问题，针对矿井坍塌等突发性地质灾害的发生，造成巨大的经济损失，需要有效地预防、控制地质灾害，及时准确地监测矿井下灾害水源，达到减灾防灾的目的。可以应用磁共振探测技术，定量给出矿井下含水层位置、矿井下含水量、矿井下的孔隙度以及渗透率等水文参数，并采用MRS仪器进行研究，如下图中所示：

图1 探测结果图

针对磁共振探测结果图，针对线磁共振反演含水量，根据电阻率分布位置，确定煤矿井下开采的稳定水位，能够准确判断矿井下滑坡面的位置。

3.2 探测隧道涌水

在煤矿井下开采中，隧道涌水不仅会造成巨大的经济损失，还可以给煤矿开采带来安全隐患，应用磁共振探测技术，应用地下水探测仪进行实地测量，如下图2中所示：

图2 隧道磁共振图

采用矩形线圈平行掌子面铺设线圈，8匝线圈尺寸为4.5m×8m，将其铺设在掌子面中心，激发脉冲矩为400～6000A・ms[3]。后来经施工方验证，煤矿井下地质探测条件与实际吻合，掌子面前方4m处含水量最大，隧道岩体有地下水存在，隧道还会出现潮湿、渗水的现象。

3.3 未来展望

在煤矿井下开采中，应用磁共振探测技术，针对矿井下灾害水源进行探测，不仅可以降低矿井开采灾害的发生，也可以通过抽水测试等手段，改善矿井地下水的平衡，提升煤矿开采效益与安全效益。

结论

综上所述，针对煤矿井下灾害水源，可以应用磁共振探测技术，将地磁共振探测方法应用到煤矿井下灾害水源探测中，使用正反演方法、数据预处理技术以及仪器，设计煤矿井下开采策略，为煤矿安全开采提供技术支撑，可以提高煤矿采矿效益，降低煤矿井下灾害水源危害，提升煤矿开展安全性，值得在实际中应用推广。

参考文献

[1] 林君，蒋川东，段清明，王应吉，秦胜伍，林婷婷.复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展[J].吉林大学学报（地球科学版）.2012（05）.

[2] 钟世航，孙宏志，李术才，李貅，王荣.隧道及地下工程施工中岩溶裂隙水及断层、溶洞等隐患的探查、预报[J].岩石力学与工程学报.2012（S1）.

[3] 林君.核磁共振找水技术的研究现状与发展趋势[J].地球物理学进展.2010（02）.