核磁共振技术在煤矿突水监测中应用的设想
浅议核磁共振法在岩溶地区探水的应用
充填或含水时 ， 视电阻率均显示为低阻异常 ， 是泥 是水难以区分 ，而核磁共振这种直接探水方法却 不受泥质充填物的干扰 ， 很容易将二者区分开来 ， 所 以核磁共 振 这种 直接探 水方 法在 岩溶 地 区 的应 用也 越来越 受 重视 。
２ 在岩溶地 区探水应用遇到 的问题
针对 国产 Ｊ Ｌ Ｍ Ｒ ｓ型核磁共振仪在西南岩溶 地区探水应用所遇到的信噪比不高、 脉冲矩设置、 含水量不准确等问题提几点看法 ： （ １ ） 信噪 比不高 。 在岩溶地区， 一般赋存水是 以断层水 、 裂隙水和岩溶水等形式存在 ， 而这几种 形式水的规模一般都不大 ，用常规 的线圈铺设方 式（ 即１ ０ ０ ｍ ｘ １ ０ ０ ｍ ） 探测 ， 发现所做实验大部分 情况下所获得的信噪 比都不高 ，即使远离常见干 扰源亦是如此。 信 噪比不高 ， 严重影响到成果的解 释精度 ，为了让核磁共振这种方法更好地适用于 岩溶地区的地下水勘探 ， 有必要提高其信噪比。 在广西 的靖西 和合 山等岩溶地 区的多次实
浅议核磁 共振法在岩 溶地 区探水 的应用
曾晓波 － ， 于景邶 ｚ
（ １ ． 广 西水利 电力勘测设计研 究院， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ２ ３ ； ２ ． 中国矿业大学 资源与地球科学学院 ， 江 苏 徐州 ２ ２ １ １ １ ６ ）
［ 摘
要 ］ 核磁共振法作为一种直接找水方法， 在岩溶地 区能区分充填低 阻介质是泥还是水， 所 以该 方 法在 岩溶 地 区的应 用越 来越 受 重视 。介 绍核磁 共振找 区应用遇到的问题提 出一些看法， 希望能为岩溶地 区
面接 收线 圈接 收 由不 同激 发脉 冲矩所 激 发产 生 的
Ｎ Ｍ Ｒ信号 ， 不同激发脉冲矩的接收信号幅度大小 反 映 了不 同深度 氢核 的数 量 ，据此 可探 测 不 同深 度 地下 水 的含 量 Ｈ ］ 。
微震监测技术在煤矿底板突水预警中的应用
ｉｎｒｕｓｈ ｗａｒｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏａｌ ｍ ｉｎｅ ｆｌｏｏｒ ＷＡＮＧ Ｙｕｅ 一，ＹＵ Ｓｈｕｉ 一，ＷＡＮＧ Ｓｕｊｉａｎ 一．ＨＵＡＮＧ Ｋｅｊｕｎ 一，ＴＡＮＧ Ｃｈｕｎ’ａｎ３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｅ ｍ ｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｗａｒｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍ ｉｎｅ ｆ ｌｏｏｒ ｗａｔｅｒ ｉｎｒｕｓｈ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍ ｉｎｉｎｇ ｐｒｏｅ，ｅｓｓ ｏｆ
Ｎｏ．２２５１７ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｉｎ Ｄｏｎｇｊｉａｈｅ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，ａ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ ｏｎ—ｓｉｔｅ ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｃｏｎ—
（１．煤炭绿色安全高效开采 国家地方联合工程研究 中心 ，陕西 西安 ７１００６５；２．陕西煤业化工技术研究院有 限责任公司 陕西 西安 ７１００６５；３．大连 理工大学 海岸 和近海 工程 国家重 点实验 室，辽宁 大连 ｌ１６０２４）
摘 要 ：为采 用微 震监 测技 术预 警 煤矿 底板 突水 ，以董 家河煤 矿 ２２５１７工作 面开 采 过程 为 背景 ，采 用 微 震 监 测技 术构 建 了适应 现场 水 文地 质条件 的微 震 监 测 系统 ，对董 家 河煤 矿 ２２５１７工作 面 底板 进 行 了监 测 。监 测结 果表 明 ：董 家河煤 矿 ２２５１７工作 面底 板 的 总体 趋 势趋 于稳 定 ，底 板 微震 事件 主 要 分布 于 ３个 区域 ，分 别为 构造 影 响微 震 区 、采动 影 响微震 区和 滞后 微 震 区 ；底 板 微 震 事件 绝 大部 分 集 中在 １２ Ｉｎ以 内的范 围 ，但存 在 ２个 异 常 区 ，且异 常 区 Ｉ已形 成底 板 导水通 道 ，底 板 出水 点 可能位 于工作 面 前 ５０ Ｉ１１至后 ３０ Ｉｌｌ的 区域 。通过 对微 震 监 测 结 果 结合 地 质 钻 孔 柱 状 综 合 分 析 确 定 底板 破 坏 深度 为 １１．２２ Ｉｌｌ，理 论 计算 与钻 孔 声波 测试 结果 与微 震监 测 结果 分别 相 差 ０．３２ ｉｎ与 ０．４２ １ＴＩ。 关键 词 ：底板 突水 ；微 震监 测 ；底板 破 坏 深度 ；微震 事件 中图分 类 号 ：ＴＤ３２４ 文 献标 志码 ：Ａ 文 章编 号 ：０２５３－２３３６（２０１８）Ｏ８—００６８—０６
核磁共振地下水探测技术在水源勘察及确定地下咸淡水界面中的应用与研究
第１ 期
赵 平 ：磁 振 下 探 技 在 源 察 确 地 成 水 ！ 皇 兰 窒 义 等核 共 地 水 测 术 水 勘 及 定 下 淡
果 可 靠 ， 中 测 点 ｗ ｙａ 一２的 信 噪 比最 高 ， 到 其 ｕ ｕ ｎ２ 达
第３卷 第 １ ４ 期
垦 Ｑ
地 质 调 查 与 研 究
Ｓ Ｒ Ｅ ＮＤ Ｒ Ｓ Ａ Ｃ Ｕ Ｖ Ｙ Ａ ＥＥ Ｒ Ｈ
Ｍａ ． ｒ ２０１ ｌ
核磁 共振 地下水 探测 技术在 水源 勘察 及确定
地下成淡水界面中的应用与研究
赵义平 ， 汪馨竹 ， 王文婷
（ 水利部牧 区水利科学研究所 ， 和浩特 ０ ０ ２ ） 呼 １０ ０
探测 。
应用 核磁共 振技 术的唯 一条件是 所研究 物质 的 原 子核 具有 非 零磁 矩 。核 磁共 振 是一 种量 子 效应 ， 即具有 核子 顺 磁性 的物 质 选择 性 地 吸收 电磁 能量 。
水量 、 隙度及渗透 率等信息 。核磁共振信 号 幅度 孔
直接 反 映地 下水 含水 量 的大 小 ， 一种 直 接 的找水 是
加一 交 变磁 场 脉 冲 ， 当交变 磁 场 的频率 等 于质 子在 磁场 中进 动 的拉摩 尔频率 ， 脉冲 的宽度 ｔ 与交变磁场
振 幅 ２ Ｂ的乘积有 以下关 系 ：
收 稿 日期 ： ０ ０ ０ — ７ ２ １— ２ １
陷盆地 ， 在漫长的地质过程中 ， 一直为湖水所 占据。 这种 自然地质条件控制着地下水 的形成和分布 ， 使
摘 要 ：地 面 核磁 共振 找 水 技 术 是 目前 世 界 上 唯 一 的 直接 找 水 方 法 。 笔者 通 过 该 技 术在 内 蒙古 五 原 县 乡镇 安全 饮 水 工 程水 源 勘 察 中的 应用 ， 如何 确 定 地 下 咸 淡水 界 面 开 展 了研 究 工作 。 通 过所 获 得 的解 译 成果 与钻 孔 资 料 的 对 对
微震与电磁耦合技术在突水监测中的应用
微震与电磁耦合技术在突水监测中的应用随着现代化工程建设的不断发展，突发性水灾事件对人们的生命财产安全造成的影响越来越大。
针对这一情况，突水监测技术逐渐受到人们的重视。
微震与电磁耦合技术作为新型的突水监测手段，正在逐步被引入到突水监测领域，为突水事件的预警和监测提供了新的技术手段。
本文将详细介绍微震与电磁耦合技术在突水监测中的应用，并探讨其未来的发展方向。
一、微震与电磁耦合技术概述微震是指地下岩石或构筑物受到外部作用力或内部变化所引起的微小震动现象，通常以破裂、榴弹状振动为主要特征。
微震监测技术是一种通过对地下微震信号的监测分析，来探测地下构造、地质体状态等信息的技术手段。
微震监测技术通过监测地下岩石或构筑物的微震信号，可以实现对地下构造状态的实时监测和分析，能够提供重要的地质信息，并为突发性水灾预警提供技术支持。
电磁耦合技术是一种利用电磁场理论与地下介质物理特性相结合的地球物理勘探技术。
该技术通过监测地下介质的电磁响应信号，可以获得地下构造、水文地质等信息，为突水监测提供了新的手段。
地质灾害是突发性水灾事件的重要诱因之一，而微震与电磁耦合技术可以通过监测地下微震信号和电磁响应信号，来实现对地质灾害的监测和预警。
通过对地下微震信号和电磁响应信号的监测分析，可以实现对地质灾害发生前兆信号的获取，为突水事件的预警和监测提供了新的技术手段。
1. 它们都是无损探测技术，不会对地下构造造成破坏。
2. 它们可以实时监测地下构造状态，能够提供及时的突水预警。
3. 它们可以较为准确地获取地下构造状态、水文地质等信息，为突水监测提供了新的技术手段。
微震与电磁耦合技术作为新型的突水监测手段，正在逐步被引入到突水监测领域，为突水事件的预警和监测提供了新的技术手段。
随着技术的不断进步和突水监测需求的增加，微震与电磁耦合技术将更加广泛地应用于突水监测领域，并将为突水事件的预警和监测提供更加可靠的技术支持。
相信在不久的将来，微震与电磁耦合技术将成为突水监测领域的主流技术，为突水事件的预警和监测提供更加全面、准确的技术支持。
微震与电磁耦合技术在突水监测中的应用
微震与电磁耦合技术在突水监测中的应用随着矿井深度增加和工作条件变化，矿井在地质构造、地应力、矿压等方面受到的影响也随之复杂化，引起矿井突水事故的概率增加。
对于煤矿、金属矿山等掘进矿井而言，突水监测是保障矿井安全开采的重要手段。
微震和电磁耦合技术是突水监测中常用的技术手段，本文将详细介绍这两种技术在突水监测中的应用。
一、微震技术微震是指发生在地下深度小于1公里处的地震，与一般高能量地震不同，它的能量很小，震级很低，无论是人耳还是仪器都无法感知到。
微震技术是利用敏感的地震仪测量微小振动信号的技术手段。
由于地下水体对岩石的应力状态具有显著的影响，矿井在开采的过程中，地下水体的运动、渗透等作用会导致地下产生微震现象。
因此，通过监测微震，可以获取有关地下水体运动、渗透等信息，从而实时监测矿井突水等相关信息。
微震技术在突水监测中的应用，需要对矿井中的微震源进行定位，以获得矿井中各个位置的微震信号。
常用的微震定位方法有基于时差法的定位方法、基于全波形反演的定位方法等。
定位之后，通过对微震信号进行处理分析，可以获得微震源的特征参数，如发生时间、幅值、能量等，进而分析微震的产生机理和规律，并对可能发生的突水进行预警和预测。
二、电磁耦合技术电磁耦合技术是指利用电磁波与矿区中物质相互作用产生的电磁信号进行监测的技术手段。
在突水监测中，电磁耦合技术常用的方法有大功率电磁辐射法和中低频电磁法。
大功率电磁辐射法是利用大功率高频电磁波在地下产生电磁信号，并通过接收电磁信号来判断水的存在或分布情况；中低频电磁法则是利用电磁场在地下物质中的电磁波反射或折射现象，对电磁信号进行分析，判断地下物质的状态。
电磁耦合技术在突水监测中的应用，主要是通过监测水体存在时的电磁信号变化来预测突水事故的发生。
根据电磁信号的强度和反馈情况，可以确定水的存在与分布情况，进而进一步判断突水风险。
同时，电磁耦合技术还可以监测矿井中其他有关的地球物理反应，比如地下应力等，该技术不需要地下水与岩石相互作用，所以对深部矿井的监测比较适宜。
地面核磁共振找水方法综述
１ 地面核磁共振找水方法原理及其 发展情况
［］ １ ． １ 地面核磁共振找水方法原理 １ 地面 ＮＭＲ 找水方法利用的是不同物质原子
第一作者简介： 李振宇（ １ ９ ６ ２
） ， 男， 中国地质大学 （ 武汉 ） 地球物
硕士， 在读博士， 主要从事工程地球物理和核磁共振找 理系毕业， 水等方面的工作。
地面核磁共振找水方法综述
李振宇， 李俊丽， 潘玉玲
（ 中国地质大学， 湖北武汉 ４ ） ３ ０ ０ ７ ４
摘要： 地面核磁共振（ 找水方法是目前世界上唯一直接找水的地球物理新方法。 其基本原理是在地面上 ＮＭＲ） 利用 ＮＭＲ 找水仪， 观测、 研究地层中水质子产生的 ＮＭＲ 信号的变化规律， 不打钻就可以确定各含水层的深度、
ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ． Ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ａｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｈ ａ ｓｂ ｅ ｅ ｎ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄｗ ｉ ｔ ｈＮＭＲｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｎａ ｒ ｅ ａ ｓｐ ｒ ｅ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｎ ｏ ｗ ｎａ ｓ ｌ ａ ｃ ｋｏ ｆ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｑ ｐ ｙｋ ｇ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄａ ｒ ｅ ａ ｓｗ ｈ ｅ ｒ ｅｉ ｔｈ ａ ｓｂ ｅ ｅ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔｔ ｏｆ ｉ ｎ ｄｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒｗ ｉ ｔ ｈｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌｇ ｅ ｏ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ．ＮＭＲ ｐ ｙ ， ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｃ ａ ｎｂ ｅｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒｈ ｄ ｒ ｏ ｅ ｏ ｌ ｏ ｉ ｃ ａ ｌｍ ａ ｉ ｎ ａ ｓ ｔｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｆ ａ ｖ ｏ ｒ ａ ｂ ｌ ｅｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｇ ｙ ｇ ｇ ｐ ｐ ｇｆ ， ， ， ｒ ｏ ｓ ｅ ｃ ｔ ｓ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｗ ａ ｔ ｅ ｒｗ ｅ ｌ ｌ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｂ ｅ ｓ ｉ ｄ ｅ ｓ ｉ ｔ ｃ ａ ｎｐ ｌ ａ ｉ ｔ ｓ ｐ ｐ ｇ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｅｉ ｎｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｆｗ ａ ｔ ｅ ｒｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔａ ｎ ｄｈ ａ ｒ ｍ ｌ ｅ ｓ ｓｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓｉ ｎｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ．Ｔ ｈ ｅｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅｅ ｆ ｆ ｏ ｒ ｔ ｓ ｇｏ ｇ ｇ ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄｂ ｅｍ ａ ｄ ｅ ｉ ｎ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｎ ｔ ｉ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆＮＭＲｅ ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｄ ｅ ｔ ｈ ． ｐ ｇａ ｙｏ ｑ ｐ ｇｄ ｐ ： ； ； ； 犓 犲 狅 狉 犱 狊 ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅＮＭＲｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅＮ ＵＭ Ｉ Ｓ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｃ ｔ ｓ ｇ ｐ ｐ ｐ 狔狑
煤矿安全中的微震监测技术应用与分析
煤矿安全中的微震监测技术应用与分析随着现代科技的不断发展，微震监测技术在煤矿安全中的应用逐渐被广泛认可。
微震监测技术可以有效地监测煤矿地质灾害的发生与演化过程，为煤矿安全提供重要的技术支持。
本文将重点分析微震监测技术的应用和其在煤矿安全中的价值。
煤矿地质灾害是煤矿安全的主要威胁之一，包括煤与瓦斯突出、煤与瓦斯爆炸、地压事故等。
而微震监测技术作为一种能够实时监测煤矿地质灾害的手段，被广泛应用于煤矿全生命周期的各个阶段。
首先，在煤矿勘探阶段，利用微震监测技术可以实时监测地下岩层破裂情况并预测煤与瓦斯突出的可能性。
其次，在煤矿开采过程中，微震监测技术可以实时监测地下岩层的变形和应力状态，预测地质灾害的发生风险，以便采取相应的防治措施。
最后，在煤矿废弃阶段，微震监测技术可以帮助监测矿山余压和地下空洞的稳定性，防止突发地质灾害的发生。
微震监测技术的应用主要基于对微小地震信号的采集、分析和解释。
在采集方面，需要配置高灵敏度的地震监测仪器，将地下微震信号转换为可供分析的数字信号。
采集到的微震信号包含了地下岩层破裂、地面移动和冲击等信息，通过对这些信号的分析，可以获得有关地下应力状态、岩层变形和裂隙扩展的信息。
而信号的解释则需要结合岩石力学、地质学和地震学等学科的知识，以及历史地质灾害的经验。
通过对不同时间段的微震数据进行分析，可以对煤矿地质灾害的演化过程和发展趋势进行预测和评估。
微震监测技术在煤矿安全中具有重要的价值。
首先，微震监测技术可以提高煤矿地质灾害的预警能力，使矿工能够提前获得有关地质灾害的信息，并及时采取相应的措施，减少伤亡和财产损失。
其次，微震监测技术可以为煤矿规划和设计提供科学依据，帮助确定矿井的开采方案和支护方式，提高煤矿的安全性和经济性。
此外，通过对微震监测数据的分析，可以改善煤矿开采工艺，减少地下岩层破裂和岩层变形，提高煤矿采收率和资源利用效率。
然而，微震监测技术在应用过程中也面临一些挑战和限制。
核磁共振测井原理通俗理解
核磁共振测井原理通俗理解核磁共振测井（Nuclear Magnetic Resonance Logging）是一种地球物理测井技术，通过检测岩石中的核磁共振信号来获取地层的物性信息。
它通过利用岩石中含有的核磁共振现象，来确定地层的孔隙度、渗透率、含水饱和度等参数，从而提供地质勘探和油气开发中的重要参考数据。
核磁共振测井原理的核心是基于核磁共振现象。
核磁共振是一种原子核的性质，即具有自旋的原子核在外加磁场作用下会发生共振现象。
在地球物理勘探中，主要利用的是岩石中的氢原子核，即水分子中的氢原子核。
当岩石中的氢原子核处于一个外加磁场中时，它们会在磁场的作用下产生不同的能级，这些能级之间可以发生能量的吸收或释放。
如果在外加磁场的基础上再加入一个与核磁共振频率相同的电磁波，就可以使氢原子核从一个能级跃迁到另一个能级，并吸收或释放能量。
这个过程是通过测量共振信号的强度和频率来实现的。
在核磁共振测井中，探测器通过向地层中发射射频信号，并同时接收反射回来的信号。
当射频信号的频率与地层中的氢原子核的共振频率相同时，氢原子核会吸收能量并发出共振信号。
通过测量反射信号的强度和频率，可以得到地层中氢原子核的共振信号，进而推断出地层的物性参数。
核磁共振测井技术的优势在于可以对地层进行非侵入式测量，避免了传统测井方法中可能引起地层损伤的问题。
同时，由于核磁共振信号与地层中的水含量直接相关，因此可以准确地估计地层中的含水饱和度，这对于油气勘探和开发具有重要意义。
除了含水饱和度，核磁共振测井还可以用来获得地层的孔隙度和渗透率等信息。
孔隙度是指地层中孔隙的比例，是一个反映地层储集性能的重要参数；渗透率则是指地层中流体流动的能力，是评价地层透水性的重要指标。
通过测量地层中氢原子核的共振信号，可以计算出地层的孔隙度和渗透率，从而帮助人们更好地了解地层的储集性能和流体运移规律。
核磁共振测井是一种基于核磁共振现象的地球物理测井技术，通过检测地层中的核磁共振信号来获取地层的物性信息。
煤的内水检测方法
煤的内水检测方法
煤的内水检测方法有以下几种：
1. 烘干法：将煤样置于恒温箱或烘干器中，加热并保持一定的时间，然后称重，根据质量损失计算出内水含量。
2. 原位法：将煤样放置在真空容器中，利用真空泵抽取空气，通过质量变化计算出煤样的内水含量。
3. 压力饱和法：将煤样放置在密闭容器中，充入一定的水汽，通过记录压力变化，通过计算得出内水含量。
4. 微波加热法：利用微波加热对煤样进行加热，通过测量微波的幅度和频率的变化，得出内水含量。
5. 核磁共振法：利用核磁共振技术对煤样进行扫描，通过分析核磁共振信号，得出内水含量。
以上是常用的煤的内水检测方法，每种方法都有其适用的情况和局限性，选择合适的方法需要根据具体的实际情况来决定。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用煤炭是我国的主要能源资源之一，其采掘过程中会形成巨大的采煤空间和采空区，这些空间和区域中的水作为采煤过程中的废水被排放。
排放的采空区水不仅浪费了大量的水资源，对环境也会造成污染。
因此，对煤矿采空区水的探测和开发有着重要的现实意义。
瞬变电磁法是一种通过测量地下介质的电导率和磁导率来探测地下水位信息的无损探测方法。
其原理是利用瞬变电磁场在地下介质中产生的感应电流来获取地下介质的导电性和磁导率信息，从而确定地下水位所处的深度和位置。
瞬变电磁法的探测原理基于法拉第电磁感应定律。
我们知道，当磁场通过导体时，就会在导体内部产生感应电流。
其大小和方向与磁场强度和方向有关。
而瞬变电磁场则是指在瞬间放置施加的脉冲时间非常短，瞬间消失的电磁场。
当瞬变电磁场穿过地下介质并与地下介质中的导电物质相互作用时，就会在介质中产生感应电流。
不同深度的地下介质对瞬变电磁场响应不同，因此测量不同时间的感应电流大小和方向就可以确定地下介质的分布情况，从而确定地下水位所处的位置和深度。
与传统的煤矿采空积水探测技术相比，瞬变电磁法具有成本低、速度快、效率高等优点，不仅可以避免人工开采和破坏地下资源，还可以实现非接触式、无破坏性探测。
此外，瞬变电磁法还可以监测煤矿采空区的地下沉降和涌水情况，及时预警可能出现的安全隐患。
在实践应用中，瞬变电磁法已被广泛应用于煤矿采空积水探测领域。
例如，在邯郸矿区进行了瞬变电磁法探测地下水位的试验研究，结果表明该方法可以有效地测量出煤矿采空区的水位位置和深度，验证了其在煤炭资源开发中的实用性和适用性。
综上所述，瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中具有重要的应用价值，其应用将有望成为煤炭行业探测和开采地下水资源的主流技术。
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核磁共振技术在煤矿突水监测中应用的设想王应吉1,孙淑琴1,李 伟1,王泽恒2(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
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.2 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2007)09-0066-04
基金项目:国家自然科学基金科学仪器专项基金资助项目(40127003)
近年来,核磁共振(NuclearMagneticResonance,缩写为NMR)技术在探测地下水工作中获得了广泛的应用,是目前唯一直接找水的新方法,具有分辨力高、找水效率高、信息量丰富和唯一解的特点[1]。研究将核磁共振技术应用于煤矿突水预测,具有非常重要的意义。1 煤矿突水预测方法现状目前,用于煤矿突水预测的主要有直流电法、瞬变电磁法、地震探测、地质雷达等方法。直流电法:以煤、岩层及其富水带的导电性差异为基础,通过人工向地质体供入稳定电流,观察大地电流场的分布状况,从而确定岩、矿体物性及其赋水性的分布规律或地质构造特征[2]。直流电法的缺点是体积效应,影响资料解释中对异常区(体)具体方位的准确判断。瞬变电磁法:属于感应类电法。利用不接地回线发射一次磁场,在一次磁场的间歇期间利用不同回线接收二次感应磁场。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场。瞬变电磁法对低阻反映敏感,探测深度大,适宜于区域性富水区域的初步探测。缺点是大深度探测时纵向分层能力较差[3]。地质雷达:在已破坏和未破坏的岩层分界面处,形成了两种介质。已破坏的岩层对电磁波吸收较大,电磁波速小。未破坏的岩层对电磁波吸收较小,电磁波速较大。在雷达剖面上,已破坏的岩层和未破坏的岩层会产生明显的界面[4]。但雷达方法有多解性,特别是被探测岩体的相对介电常数的取值将直接引响到探测结果的精度[5]。地震探测:在岩体结构松动破碎区,地震波波速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。破坏范围的岩体与其周围未破坏的岩体结构不同,它们之间形成一个明显的波阻抗界面。可以利用地震波频率波速的变化曲线来划分不同的工程地质区[4]。此外还有放射性测量、红外探测、遥感技术等方法,但探测深度都比较小,无法达到突水预测的安全深度。以上诸方法均无法区分电性相同的异类物质,如泥和水。而核磁共振找水技术是目前世界上唯一的直接找水技术。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NMR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。
2 核磁共振找水方法的应用回顾利用核磁共振技术寻找地下水首创于前苏联[6]。从1978年起,前苏联科学院西伯利亚分院化学动力学和燃烧研究所(ICKC)以AGSemenov为首的一批科学家开始了利用核磁共振技术进行找水的研究。他们利用3a时间研制出了世界上第一台在地磁场中测定核磁共振信号的仪器,称为核磁共振层析找水仪(Hydroscope)。此后,他们根据在中亚地区等400多个已知水文站的对比实验,总结和
・66・煤矿安全(Total394)
问题探讨研制出了一套正反演数学模型、计算机处理解释程序和水文地质解释方法,取得了世界领先水平的研究成果。1994年法国地调局(BRGM)IRIS公司购买了俄罗斯找水仪专利,并与ICKC合作,研究新型的核磁感应系统(NuclearMagneticInductionSystem,
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NU2MIS系统升级为勘探深度为150m的NUMISPlus。
2003年IRIS公司又推出了轻便型勘探浅层深度的NUMISLite。
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NU2MIS系统,经过1a的实践,用NUMIS在缺水地区找到了地下水[7]。从此,国内几家单位引进了数台NUMIS系列找水仪,获得了很好的找水效果。2001年科技部在国家“十五”《科学仪器研制与开发》项目中首次设立了“核磁共振找水仪的研制与开发”项目。由于一些原因,国家十五期间没有启动该课题。但吉林大学成立了以林君教授为首的核磁共振找水仪研制小组,从2002年开始自筹资金开展核磁共振找水仪原理样机的研制及野外实验研究。2004年10月23日,项目组利用自行研制的核磁共振找水仪样机,在长春市新立城腰高家窝堡西500m处进行野外找水实验。成功测到了NMR信号,其解释结果与当地水文资料相吻合[8]。2006年科技部在“十一五”国家科技支撑计划重大项目《科学仪器设备研制与开发》项目中再次设立了“核磁共振找水仪的研制与开发”项目。2007年1月,吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室正式开始了此项目的研究[9]。
3 核磁共振找水方法的原理特点及工作方法3.1 方法原理核磁共振是指当射频磁场的频率满足一定条件时,原子核系统中的核子在稳定磁场和射频磁场的共同作用下,吸收射频磁场的能量产生共振跃迁[10]。理论上,应用NMR技术的唯一条件是所研究物质的原子核磁矩不为零[11]。水中氢核具有核子顺磁性,其磁矩不为零。氢核是地层中具有核子顺磁性物质中丰度最高,旋磁比B0最大的核子。在稳定的地磁场B0作用下,氢核象陀螺一样绕地磁场方向旋进,其旋进频率(称为拉莫尔频率)f0与地磁场强度B0、旋磁比γ关系为(γ为一常数)[10]f0=γB02π(1)如果以具有拉莫尔频率f0的交变磁场B1(ω0)对地下水中的质子进行激发,即可产生核磁共振现象。如图1所示。图1 质子磁矩在磁场作用下的旋进运动 在NMR方法中,通常向铺在地面上的线圈(作为发射并接收线圈,如图2所示)中供入频率为拉图2 地面NMR找水方法原理示意图莫尔频率、包络为矩形的交变电流脉冲(如图3a所示),在周围形成交变磁场,激发周围水中的氢核形成宏观磁矩,该磁矩在在地磁场中产生拉莫尔频率旋进运动。如图1所示。在切断激发电流脉冲后,用同一线圈拾取由激发电流脉冲激发的NMR信号(如图3b所示)。用q=I0τ表示电流脉冲矩,其中τ为矩形电流脉冲持续时间。q由小到大可使探测深度由浅变深;E0为NMR信号的初始振幅,它的大小反映所对应深度的含水层的含水量;E0为NMR信号衰减时间,其大小反映含水岩层的平均孔隙度的大小;Φ0为NMR信号与激发电流之间的相位差,它反映地下岩层的导电性情况[12]。3.2 方法特点NUMIS系统是一种大功率发射,高灵敏度接收,激发、接收、数据处理、方法解释智能化自动运行
・76・问题探讨 煤矿安全(2007-09)图3 NMR信号时序图的装置。主要优点是:能够直接找水;量化反演解释;经济、快速。缺点是:由于在拉莫尔频率范围内高灵敏度接收,易受工业电等形成的电磁谐波噪声干扰。在坑道中应用时会存在体积效应。3.3 工作方法根据工作区域,首先确定其地磁场强度B
0,
再
根据工作任务、工区的水文地质和电磁干扰情况选择天线类型(圆形,方形,8字形等)和测量参数(测量深度范围、叠加次数等)。由此,NUMIS系统便可以智能化自动运行,得到该测点的含水量、渗透性、含水层的导电性等水文地质参数。NUMIS各部件连接见图4。
图4 NUMIS系统各部件连接图4 核磁共振找水仪器现状目前在核磁共振找水仪器研制方面,法国IRIS
公司是唯一商品仪器制造厂家,世界各国使用的都是该公司的产品,惟有俄罗斯在使用他们自己研制的核磁共振层析找水仪(HYDROSCOPE3B)[13]。目
前直接探察地下水的商品仪器是NUMISPlus和NU2MISLite。NUMISPlus的特点是发射功率大、探测深度
大;NUMISLite体积小、重量轻,适用于浅部测水。进口的仪器在使用中表现出一些无法克服的缺点:一是价格昂贵;二是仪器出现故障时维修不及时(需要返回法国IRIS公司);三是对于一些特殊用
途,无法及时改进。鉴于这些,国内有关专家呼吁尽快加速仪器的国产化进程,形成民族化的找水产业[13]。目前吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室所承担的“十一五”国家科技支撑计划重大项目“核磁共振找水仪的研制与开发”是国内唯一正式立项研制核磁共振找水仪的项目。在前期研究中,研究人员已经成功地测到了核磁共振信号[8]。按照项目计划,将核磁共振找水方法与瞬变电磁法(TEM)相结合,力求突破150m测深瓶颈。目前研究人员正在紧张地进行项目研究。该实验室的前身是原长春地质学院仪器系科研室,曾经成功研制出国内第一台核子旋进磁力仪并获国家发明奖。在光泵磁力仪、磁通门磁力仪、超导磁力仪、激电仪、航电仪、大地电磁测深仪、瞬变电磁仪、可控震源等研制与生产方面也有丰硕的成果。
5 核磁共振测水方法用于煤矿突水预测的设想NMR方法受地质因素影响小。例如,用电阻率法和电磁测深法卡尼亚视电阻率在某一范围内无法区分裂隙中泥质充填物和自由水,而NMR方法可以清楚地显示出他们的界线。可能给煤矿坑道造成突水灾害的水,必须有一定的量,必须在坑道附近不远的范围内,必须有一定的破碎带、裂隙、断层、岩溶陷落柱、疏松带、废弃坑道等地质或人为构造。这些都是可以用核磁共振测水方法准确地探测清楚的。按照目前的核磁共振测水技术,需要进一步研究解决的一是天线在坑道中的布设方法;二是所测到的富水构造的方位确定问题。换言之,在地面可以任意大小地铺设的天线,而在空间受到限制的坑道内需要研究如何设计与铺设天线才能测到NMR信号。但铺设天线的最佳方向是使其法线垂直于地磁场方向。这在上下左右都可以悬挂的坑道内,可能又有地面上无法做到的优势。只要投入一定的研究与实验,方位确定问题也是可以解决的。例如,在确定某点有NMR信号后,用地质雷达便可准确地确定其方位。实际上,所有地质探测问题都需要地质、物探、水文、钻探等方法配合应用,综合解释。
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问题探讨