礦井防治水與探水雷達探測技術應用分析

喬 斌

（山西華潤聯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，但地質條件也變得更加復雜。這也就增加了開采的難度，也對我國當前的技術水平帶來了一定的考驗，地形條件越復雜，開采的難度也就越大。這就要求我們協調好開采工程與地質條件之間的關系，一旦發生自然或人為災害，所造成的人力物力的損害都是不計其數的。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報預測工作，這也是目前我們的首要任務，這樣可以在一定程度上提高煤礦的開采量。探水雷達探測技術可以很好的利用電磁波、振波等多種地質探測方法來探查水文地質和煤礦地質[1]。

1 礦井中水害形成的原因

1.1 錯誤的鉆孔行為

在開采的過程中，每項步驟都要嚴格按照標準來執行，鉆孔是非常重要的一步，如果鉆孔行為發生錯誤的話，有可能會促成水災的發生，造成非常嚴重的后果。因為鉆孔位置如果出現偏差，就有可能引發水災事故，另外，由于地質條件不同，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

除了鉆孔產生偏差會造帶來水害之外，另一個重要因素就是礦壓的損壞。在開采的過程中，開采的巖石如果因為導水帶破壞而失去了自身的阻水能力，而恰巧又在此時外部給其施加壓力，這就會造成整體的阻水能力下降，這就會導致水害的發生。更為嚴重的是，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方面。由于環境問題，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、湖泊的水位都會因為降雨而變得高出許多，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，流進的水就會越多，這就觸發了極大的安全隱患。另外，地表水還可以經過滲透逐步進入地下，煤礦里的水氣就會增加多，而且在一定條件下可能會導致煤礦的塌陷。我國某些地區已經有很長的開采歷史了，就有可能出現斑裂，嚴重的還會發生開采事故。

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。及時對已經積水的廢棄巷道進行填圖工作，可以便于以后的開采工作的順利進行。另外，采空區內的積水也要及時處理，低洼點的積水會給附近的煤層開采工作造成威脅。除了上述兩點，礦區的積水問題也亟待解決，經調查發現，已經停止開采工作的煤礦內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。在底部設置泄水孔，這樣可以解決因為密閉空間下的突水事故。擋水墻的設置也很重要。使用擋水墻可以把涌水量控制在一定范圍之內，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，一旦擋水墻發生意外，所帶來的后果很嚴重并且是不可挽回的。

2 探水雷達技術原理及特點

2.1 基本原理

探水雷達技術是指運用電磁波的穿透力，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出它的作用，電磁波可以轉化為信號，結合現代化的信號處理技術，就可以勘測地下不同巖層的現狀。另外，特征信號也可以反應地質狀況，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。

探水雷達探測技術可以歸類于電磁感應法，它是將超低頻的電磁波轉變為電磁信號，再利用特定的裝置來工作。發射出的頻率經過反射會回到發射點，并形成雷達圖像，這樣，工作人員就可以通過雷達圖像確定異常，并根據電磁波旅行時間確定異常位置。探水雷達是以超高頻電磁波作為探測方式，發射一定頻率的無載電磁波，通過介質的傳播，再由某種特殊的介質進行反傳播，最終轉換為信號，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]。

從基礎理論方面來講，探測雷達技術與瞬變電磁技術的相似之處有很多。首先，二者都是研究電磁感應的方式方法。但不同之處在于，相對于瞬變電磁技術，探水雷達技術更加靈活，可以根據現實情況的不同來做出相應的變化。另外，探水雷達探測技術可以根據接收回波所耗費的時間以及電磁波的幅度和波形，就可以探測出地下的結構和位置。在實際開采前應用探水雷達探測技術探測礦井內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生率。

2.2 主要技術特點

探水雷達探測技術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。探水雷達探測技術可以探測到地下五米至兩千米范圍之內的水源，探測的范圍包括煤礦開采區、塌陷區、廢棄區等地。另外，除了探測水源，該項技術也可以探測地質構造情況。探水雷達探測技術優于瞬變電磁技術的地方就在于更專注于煤礦探水，把煤礦探水當作其主要任務。

除了上述可以很好的發現水源之外，該項技術還可以為工作人員合理的布置開采區，減少甚至杜絕煤礦開采過程中透水事故的發生，這樣既能保證礦井作業的安全，也可以在一定程度上提高煤礦的開采量。除此之外，該項技術還可以用于為干旱地區尋找地下水源，解決當地人民的生活問題以及對國家重點保護地區進行地質的勘察與測量。綜上可得，此項技術具有廣泛的應用價值。

3 地球物理電性特征

探水雷達探測技術的應用也需要具有一定的基礎條件，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致這些環境下的巖層電阻率急劇下降，造成這一情況的原因，可能是因為孔隙或縫隙當中含有水分，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，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準。通過實驗數據可得，周圍有水的斷層的電阻率小于干燥地區的斷層電阻率。這一實驗結果也為探水雷達探測技術能夠運到實際當中提供了良好的理論依據，這就便于探水雷達技術可以發現有可能會出現的水患，減少事故的發生，保障施工作業的安全性。

4 TVLF煤礦探水雷達現場使用

4.1 探測方案的設計

無論哪一種類型的方案，設計都是由為重要的，探測方案也不例外。在設計進行之初，我們可以先對自然環境進行勘察，如已知的水源充足的區域：中央水倉、采區水倉等附近，測量這這些地區的位置、形狀、積水類型和目標地點的具體水量，一定要精確，這樣便于以后開采過程能夠順利進行。同樣，對于待測的未知區域，也應該先了解積水類型，再進行測量準備。在測量時，也要注意其他的環境因素，其中地表上的影響因素主要為建筑物、變壓器、復雜的地形條件、種植農作物的區域等；地表以下的影響因素主要為埋在地下的高壓電纜、設備等。對已知的沖水區域進行測試，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的結構，增加探測的準確度。

4.2 現場踏勘

踏勘現場，就是指對現場進行實地考察，并結合現有的資料，核對現實地形是否與資料所描述相同，除此之外，還應該將地貌表面的植被以及地形的起伏，做出相應的記錄。對于待測區域的情況，也應該加以了解。

4.3 測線方案設計

根據上述的踏勘結果，可以利用軟件對記錄情況進行測繪，方案的設計應遵循合理得當的原則，設計出發射線框和接收線框最合適的位置，還應該將拐點坐標和測點坐標都體現在設計圖上。測線方案的合理設計可以幫助我們更好的完成操作，也為實施探水雷達探測技術提供了基礎。

5 結語

從全文來看，探水雷達探測技術的應用可以很好的幫助礦井的工作人員減少水患災害問題，從一定程度上保證了工人施工的安全。由于現代科技的不斷發展，已經出現了煤礦專用的探水雷達，此種雷達最深可以探測到地下一千米左右的水源，并能準確的判斷其位置。畢竟此項操作處于室外環境下，因此可能會因為某些自然因素或是人為操作，從而出現偏差，但經過比較，誤差值在可以接受的范圍之內。礦井防治水問題是煤礦開采過程中應解決的首要問題，這樣就可以避免出現因為水患問題所出現的人員損傷。從實際出發，運用先進的技術方法，就可以增加煤礦的開采量，從而方便人們的生活。