礦井防治水與探水雷達(dá)探測技術(shù)應(yīng)用分析

喬 斌

（山西華潤聯(lián)盛能源投資有限公司，山西 呂梁 033000）

隨著人們對煤礦資源的利用，煤礦的開采也在不斷的拓展，但地質(zhì)條件也變得更加復(fù)雜。這也就增加了開采的難度，也對我國當(dāng)前的技術(shù)水平帶來了一定的考驗(yàn)，地形條件越復(fù)雜，開采的難度也就越大。這就要求我們協(xié)調(diào)好開采工程與地質(zhì)條件之間的關(guān)系，一旦發(fā)生自然或人為災(zāi)害，所造成的人力物力的損害都是不計(jì)其數(shù)的。其中最為重要的就是礦井中的治水問題，這就需要我們提前做好預(yù)報(bào)預(yù)測工作，這也是目前我們的首要任務(wù)，這樣可以在一定程度上提高煤礦的開采量。探水雷達(dá)探測技術(shù)可以很好的利用電磁波、振波等多種地質(zhì)探測方法來探查水文地質(zhì)和煤礦地質(zhì)[1]。

1 礦井中水害形成的原因

1.1 錯(cuò)誤的鉆孔行為

在開采的過程中，每項(xiàng)步驟都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，鉆孔是非常重要的一步，如果鉆孔行為發(fā)生錯(cuò)誤的話，有可能會促成水災(zāi)的發(fā)生，造成非常嚴(yán)重的后果。因?yàn)殂@孔位置如果出現(xiàn)偏差，就有可能引發(fā)水災(zāi)事故，另外，由于地質(zhì)條件不同，水層分布也不均勻，也就在無形之中增加鉆孔的難度[2]。

1.2 礦壓損壞

除了鉆孔產(chǎn)生偏差會造帶來水害之外，另一個(gè)重要因素就是礦壓的損壞。在開采的過程中，開采的巖石如果因?yàn)閷?dǎo)水帶破壞而失去了自身的阻水能力，而恰巧又在此時(shí)外部給其施加壓力，這就會造成整體的阻水能力下降，這就會導(dǎo)致水害的發(fā)生。更為嚴(yán)重的是，所在的巖石斷層會不斷惡化，直至惡化為斷裂帶，這就會使以后的開采過程變得更加困難。

1.3 雨季地表水威脅

雨季地表水威脅也是很重要的一個(gè)方面。由于環(huán)境問題，很多煤礦的附近都有水源，可能是人為的水庫，也有可能是天然的河流湖泊。每逢雨季，水庫、河流、湖泊的水位都會因?yàn)榻涤甓兊酶叱鲈S多，甚至可能會決堤。水一旦外流，就有可能流到附近的煤礦，煤礦地勢越低，流進(jìn)的水就會越多，這就觸發(fā)了極大的安全隱患。另外，地表水還可以經(jīng)過滲透逐步進(jìn)入地下，煤礦里的水氣就會增加多，而且在一定條件下可能會導(dǎo)致煤礦的塌陷。我國某些地區(qū)已經(jīng)有很長的開采歷史了，就有可能出現(xiàn)斑裂，嚴(yán)重的還會發(fā)生開采事故。

1.4 老空水威脅

積水問題不加以處理的話也會造成水害事故的頻發(fā)。及時(shí)對已經(jīng)積水的廢棄巷道進(jìn)行填圖工作，可以便于以后的開采工作的順利進(jìn)行。另外，采空區(qū)內(nèi)的積水也要及時(shí)處理，低洼點(diǎn)的積水會給附近的煤層開采工作造成威脅。除了上述兩點(diǎn)，礦區(qū)的積水問題也亟待解決，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)停止開采工作的煤礦內(nèi)或多或少的都會有積水，由此可以給我們帶來良好的警示作用，一定要解決好積水問題。在底部設(shè)置泄水孔，這樣可以解決因?yàn)槊荛]空間下的突水事故。擋水墻的設(shè)置也很重要。使用擋水墻可以把涌水量控制在一定范圍之內(nèi)，這樣就可以有效的保證施工人員的安全，前提是要先保證擋水墻的牢固性能，一旦擋水墻發(fā)生意外，所帶來的后果很嚴(yán)重并且是不可挽回的。

2 探水雷達(dá)技術(shù)原理及特點(diǎn)

2.1 基本原理

探水雷達(dá)技術(shù)是指運(yùn)用電磁波的穿透力，從而判斷地下不同巖層的狀況，超低頻的電磁波可以更好的展現(xiàn)出它的作用，電磁波可以轉(zhuǎn)化為信號，結(jié)合現(xiàn)代化的信號處理技術(shù)，就可以勘測地下不同巖層的現(xiàn)狀。另外，特征信號也可以反應(yīng)地質(zhì)狀況，例如隱伏水體和富水體反射等，這些可以演示出地層的位置所在。

探水雷達(dá)探測技術(shù)可以歸類于電磁感應(yīng)法，它是將超低頻的電磁波轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶判盘?，再利用特定的裝置來工作。發(fā)射出的頻率經(jīng)過反射會回到發(fā)射點(diǎn)，并形成雷達(dá)圖像，這樣，工作人員就可以通過雷達(dá)圖像確定異常，并根據(jù)電磁波旅行時(shí)間確定異常位置。探水雷達(dá)是以超高頻電磁波作為探測方式，發(fā)射一定頻率的無載電磁波，通過介質(zhì)的傳播，再由某種特殊的介質(zhì)進(jìn)行反傳播，最終轉(zhuǎn)換為信號，形成圖像，便于找出礦井中的水源所在地，也就便于煤礦的開采[3-5]。

從基礎(chǔ)理論方面來講，探測雷達(dá)技術(shù)與瞬變電磁技術(shù)的相似之處有很多。首先，二者都是研究電磁感應(yīng)的方式方法。但不同之處在于，相對于瞬變電磁技術(shù)，探水雷達(dá)技術(shù)更加靈活，可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況的不同來做出相應(yīng)的變化。另外，探水雷達(dá)探測技術(shù)可以根據(jù)接收回波所耗費(fèi)的時(shí)間以及電磁波的幅度和波形，就可以探測出地下的結(jié)構(gòu)和位置。在實(shí)際開采前應(yīng)用探水雷達(dá)探測技術(shù)探測礦井內(nèi)的水源可以在很大程度上可以降低煤礦開采中的事故的發(fā)生率。

2.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

探水雷達(dá)探測技術(shù)主要方式為電磁波的傳遞，在觀測純二次場的過程中，可以對外界因素的干擾起到很好的屏障作用，這得益于降噪裝置。探水雷達(dá)探測技術(shù)可以探測到地下五米至兩千米范圍之內(nèi)的水源，探測的范圍包括煤礦開采區(qū)、塌陷區(qū)、廢棄區(qū)等地。另外，除了探測水源，該項(xiàng)技術(shù)也可以探測地質(zhì)構(gòu)造情況。探水雷達(dá)探測技術(shù)優(yōu)于瞬變電磁技術(shù)的地方就在于更專注于煤礦探水，把煤礦探水當(dāng)作其主要任務(wù)。

除了上述可以很好的發(fā)現(xiàn)水源之外，該項(xiàng)技術(shù)還可以為工作人員合理的布置開采區(qū)，減少甚至杜絕煤礦開采過程中透水事故的發(fā)生，這樣既能保證礦井作業(yè)的安全，也可以在一定程度上提高煤礦的開采量。除此之外，該項(xiàng)技術(shù)還可以用于為干旱地區(qū)尋找地下水源，解決當(dāng)?shù)厝嗣竦纳顔栴}以及對國家重點(diǎn)保護(hù)地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)的勘察與測量。綜上可得，此項(xiàng)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

3 地球物理電性特征

探水雷達(dá)探測技術(shù)的應(yīng)用也需要具有一定的基礎(chǔ)條件，就是掌握地球物理電型特征。在通常情況下，不同類型的巖層電阻率是不同的，雖然干燥的巖石煤層和空氣的電阻率相對來說是比較大的，但是某些外界條件可能會導(dǎo)致這些環(huán)境下的巖層電阻率急劇下降，造成這一情況的原因，可能是因?yàn)榭紫痘蚩p隙當(dāng)中含有水分，巖石的是飽和度或濕度的增加，也會造成此種現(xiàn)象。不同情況的巖層電阻率也取決于不同的條件。斷層的電阻率的大小與斷層本身大小無關(guān)，它取決于這一斷層的含水量多少以及這一斷層的破損程度；干燥的巖石電阻率則取決于水分礦化度以及巖石的飽和度這兩種判斷標(biāo)準(zhǔn)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，周圍有水的斷層的電阻率小于干燥地區(qū)的斷層電阻率。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果也為探水雷達(dá)探測技術(shù)能夠運(yùn)到實(shí)際當(dāng)中提供了良好的理論依據(jù)，這就便于探水雷達(dá)技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)有可能會出現(xiàn)的水患，減少事故的發(fā)生，保障施工作業(yè)的安全性。

4 TVLF煤礦探水雷達(dá)現(xiàn)場使用

4.1 探測方案的設(shè)計(jì)

無論哪一種類型的方案，設(shè)計(jì)都是由為重要的，探測方案也不例外。在設(shè)計(jì)進(jìn)行之初，我們可以先對自然環(huán)境進(jìn)行勘察，如已知的水源充足的區(qū)域：中央水倉、采區(qū)水倉等附近，測量這這些地區(qū)的位置、形狀、積水類型和目標(biāo)地點(diǎn)的具體水量，一定要精確，這樣便于以后開采過程能夠順利進(jìn)行。同樣，對于待測的未知區(qū)域，也應(yīng)該先了解積水類型，再進(jìn)行測量準(zhǔn)備。在測量時(shí)，也要注意其他的環(huán)境因素，其中地表上的影響因素主要為建筑物、變壓器、復(fù)雜的地形條件、種植農(nóng)作物的區(qū)域等；地表以下的影響因素主要為埋在地下的高壓電纜、設(shè)備等。對已知的沖水區(qū)域進(jìn)行測試，既可以鍛煉工作人員的施工熟練程度，又可以讓儀器熟悉地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，增加探測的準(zhǔn)確度。

4.2 現(xiàn)場踏勘

踏勘現(xiàn)場，就是指對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察，并結(jié)合現(xiàn)有的資料，核對現(xiàn)實(shí)地形是否與資料所描述相同，除此之外，還應(yīng)該將地貌表面的植被以及地形的起伏，做出相應(yīng)的記錄。對于待測區(qū)域的情況，也應(yīng)該加以了解。

4.3 測線方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述的踏勘結(jié)果，可以利用軟件對記錄情況進(jìn)行測繪，方案的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循合理得當(dāng)?shù)脑瓌t，設(shè)計(jì)出發(fā)射線框和接收線框最合適的位置，還應(yīng)該將拐點(diǎn)坐標(biāo)和測點(diǎn)坐標(biāo)都體現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖上。測線方案的合理設(shè)計(jì)可以幫助我們更好的完成操作，也為實(shí)施探水雷達(dá)探測技術(shù)提供了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

從全文來看，探水雷達(dá)探測技術(shù)的應(yīng)用可以很好的幫助礦井的工作人員減少水患災(zāi)害問題，從一定程度上保證了工人施工的安全。由于現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了煤礦專用的探水雷達(dá)，此種雷達(dá)最深可以探測到地下一千米左右的水源，并能準(zhǔn)確的判斷其位置。畢竟此項(xiàng)操作處于室外環(huán)境下，因此可能會因?yàn)槟承┳匀灰蛩鼗蚴侨藶椴僮?，從而出現(xiàn)偏差，但經(jīng)過比較，誤差值在可以接受的范圍之內(nèi)。礦井防治水問題是煤礦開采過程中應(yīng)解決的首要問題，這樣就可以避免出現(xiàn)因?yàn)樗紗栴}所出現(xiàn)的人員損傷。從實(shí)際出發(fā)，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)方法，就可以增加煤礦的開采量，從而方便人們的生活。