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1、煤矿安全(Total394)问题探讨#66#核磁共振技术在煤矿突水监测中应用的设想1112王应吉,孙淑琴,李伟,王泽恒(1.吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林长春130061;2.吉林大学物理学院,吉林长春130061)摘要:核磁共振找水是目前世界上唯一的直接找水新方法。在该方法的探测深度范围内,有一定规模的自由水存在,就有核磁共振信号响应。反之,就没有响应。目前探测深度已可靠达到150m,完全可以满足煤矿坑道富水构造探测的需要。概括了目前用于煤矿突水预测的几种主要方法。介绍了核磁共振找水技术的发展历程、现状、工作原理、工作方法及仪器设备现状。对将
2、核磁共振找水技术用于煤矿突水预测中的一些关键技术难题提出了解决方案。关键词:突水预测;核磁共振;探测深度;找水仪+中图分类号:TD745.2文献标识码:B文章编号:1003-496X(2007)09-0066-04近年来,核磁共振(NuclearMagneticResonance,电磁波速较大。在雷达剖面上,已破坏的岩层和未[4]缩写为NMR)技术在探测地下水工作中获得了广泛破坏的岩层会产生明显的界面。但雷达方法有的应用,是目前唯一直接找水的新方法,具有分辨力多解性,特别是被探测岩体的相对介电常数的取值[1][5]高、找水效率高、信息量丰富和唯一解的特点。将直
3、接引响到探测结果的精度。研究将核磁共振技术应用于煤矿突水预测,具有非地震探测:在岩体结构松动破碎区,地震波波速常重要的意义。较小而振幅衰减较快,反之,在岩体结构较完整区,地震波波速较大、振幅衰减较慢。破坏范围的岩体1煤矿突水预测方法现状与其周围未破坏的岩体结构不同,它们之间形成一目前,用于煤矿突水预测的主要有直流电法、瞬个明显的波阻抗界面。可以利用地震波频率波速的[4]变电磁法、地震探测、地质雷达等方法。直流电法:变化曲线来划分不同的工程地质区。以煤、岩层及其富水带的导电性差异为基础,通过人此外还有放射性测量、红外探测、遥感技术等方工向地质体供入稳定电流,观察
4、大地电流场的分布法,但探测深度都比较小,无法达到突水预测的安全状况,从而确定岩、矿体物性及其赋水性的分布规律深度。以上诸方法均无法区分电性相同的异类物[2]质,如泥和水。而核磁共振找水技术是目前世界上或地质构造特征。直流电法的缺点是体积效应,影响资料解释中对异常区(体)具体方位的准确判唯一的直接找水技术。在该方法的探测深度范围断。内,有一定规模的自由水存在,就有NMR信号响瞬变电磁法:属于感应类电法。利用不接地回应。反之,就没有响应。目前探测深度已可靠达到线发射一次磁场,在一次磁场的间歇期间利用不同150m,完全可以满足煤矿坑道富水构造探测的需要。回线接收二次
5、感应磁场。该二次电磁场是由被测范围内良导体受激励引起的涡流所产生的非稳恒磁2核磁共振找水方法的应用回顾场。瞬变电磁法对低阻反映敏感,探测深度大,适宜利用核磁共振技术寻找地下水首创于前苏于区域性富水区域的初步探测。缺点是大深度探测[6][3]联。从1978年起,前苏联科学院西伯利亚分院化时纵向分层能力较差。学动力学和燃烧研究所(ICKC)以AGSemenov为地质雷达:在已破坏和未破坏的岩层分界面处,首的一批科学家开始了利用核磁共振技术进行找水形成了两种介质。已破坏的岩层对电磁波吸收较的研究。他们利用3a时间研制出了世界上第一台大,电磁波速小。未破坏的岩层对电磁
6、波吸收较小,在地磁场中测定核磁共振信号的仪器,称为核磁共基金项目:国家自然科学基金科学仪器专项基金资助项目振层析找水仪(Hydroscope)。此后,他们根据在中(40127003)亚地区等400多个已知水文站的对比实验,总结和问题探讨煤矿安全(2007-09)#67#研制出了一套正反演数学模型、计算机处理解释程CB0f0=(1)序和水文地质解释方法,取得了世界领先水平的研2P究成果。1994年法国地调局(BRGM)IRIS公司购如果以具有拉莫尔频率f0的交变磁场B1(X0)买了俄罗斯找水仪专利,并与ICKC合作,研究新型对地下水中的质子进行激发,即可产生核磁
7、共振现的核磁感应系统(NuclearMagneticInductionSystem,象。如图1所示。缩写为NUMIS)。1996年春生产出6套NUMIS系统。1999年IRIS公司将勘探深度为100m的NU-PlusMIS系统升级为勘探深度为150m的NUMIS。2003年IRIS公司又推出了轻便型勘探浅层深度的LiteNUMIS。1992-1996年中国地质大学(武汉)核磁共振找水科研组、航空物探和遥感中心对核磁共振找水方法进行了国内外调研,1997年引进了第一台NU-MIS系统,经过1a的实践,用NUMIS在缺水地区找[7]到了地下水。从此,国内几家单位引
8、进了数台NUMIS系列找水仪,获得了很
