矿井防治水与探水雷达探测技术应用分析

乔 斌

（山西华润联盛能源投资有限公司，山西 吕梁 033000）

随着人们对煤矿资源的利用，煤矿的开采也在不断的拓展，但地质条件也变得更加复杂。这也就增加了开采的难度，也对我国当前的技术水平带来了一定的考验，地形条件越复杂，开采的难度也就越大。这就要求我们协调好开采工程与地质条件之间的关系，一旦发生自然或人为灾害，所造成的人力物力的损害都是不计其数的。其中最为重要的就是矿井中的治水问题，这就需要我们提前做好预报预测工作，这也是目前我们的首要任务，这样可以在一定程度上提高煤矿的开采量。探水雷达探测技术可以很好的利用电磁波、振波等多种地质探测方法来探查水文地质和煤矿地质[1]。

1 矿井中水害形成的原因

1.1 错误的钻孔行为

在开采的过程中，每项步骤都要严格按照标准来执行，钻孔是非常重要的一步，如果钻孔行为发生错误的话，有可能会促成水灾的发生，造成非常严重的后果。因为钻孔位置如果出现偏差，就有可能引发水灾事故，另外，由于地质条件不同，水层分布也不均匀，也就在无形之中增加钻孔的难度[2]。

1.2 矿压损坏

除了钻孔产生偏差会造带来水害之外，另一个重要因素就是矿压的损坏。在开采的过程中，开采的岩石如果因为导水带破坏而失去了自身的阻水能力，而恰巧又在此时外部给其施加压力，这就会造成整体的阻水能力下降，这就会导致水害的发生。更为严重的是，所在的岩石断层会不断恶化，直至恶化为断裂带，这就会使以后的开采过程变得更加困难。

1.3 雨季地表水威胁

雨季地表水威胁也是很重要的一个方面。由于环境问题，很多煤矿的附近都有水源，可能是人为的水库，也有可能是天然的河流湖泊。每逢雨季，水库、河流、湖泊的水位都会因为降雨而变得高出许多，甚至可能会决堤。水一旦外流，就有可能流到附近的煤矿，煤矿地势越低，流进的水就会越多，这就触发了极大的安全隐患。另外，地表水还可以经过渗透逐步进入地下，煤矿里的水气就会增加多，而且在一定条件下可能会导致煤矿的塌陷。我国某些地区已经有很长的开采历史了，就有可能出现斑裂，严重的还会发生开采事故。

1.4 老空水威胁

积水问题不加以处理的话也会造成水害事故的频发。及时对已经积水的废弃巷道进行填图工作，可以便于以后的开采工作的顺利进行。另外，采空区内的积水也要及时处理，低洼点的积水会给附近的煤层开采工作造成威胁。除了上述两点，矿区的积水问题也亟待解决，经调查发现，已经停止开采工作的煤矿内或多或少的都会有积水，由此可以给我们带来良好的警示作用，一定要解决好积水问题。在底部设置泄水孔，这样可以解决因为密闭空间下的突水事故。挡水墙的设置也很重要。使用挡水墙可以把涌水量控制在一定范围之内，这样就可以有效的保证施工人员的安全，前提是要先保证挡水墙的牢固性能，一旦挡水墙发生意外，所带来的后果很严重并且是不可挽回的。

2 探水雷达技术原理及特点

2.1 基本原理

探水雷达技术是指运用电磁波的穿透力，从而判断地下不同岩层的状况，超低频的电磁波可以更好的展现出它的作用，电磁波可以转化为信号，结合现代化的信号处理技术，就可以勘测地下不同岩层的现状。另外，特征信号也可以反应地质状况，例如隐伏水体和富水体反射等，这些可以演示出地层的位置所在。

探水雷达探测技术可以归类于电磁感应法，它是将超低频的电磁波转变为电磁信号，再利用特定的装置来工作。发射出的频率经过反射会回到发射点，并形成雷达图像，这样，工作人员就可以通过雷达图像确定异常，并根据电磁波旅行时间确定异常位置。探水雷达是以超高频电磁波作为探测方式，发射一定频率的无载电磁波，通过介质的传播，再由某种特殊的介质进行反传播，最终转换为信号，形成图像，便于找出矿井中的水源所在地，也就便于煤矿的开采[3-5]。

从基础理论方面来讲，探测雷达技术与瞬变电磁技术的相似之处有很多。首先，二者都是研究电磁感应的方式方法。但不同之处在于，相对于瞬变电磁技术，探水雷达技术更加灵活，可以根据现实情况的不同来做出相应的变化。另外，探水雷达探测技术可以根据接收回波所耗费的时间以及电磁波的幅度和波形，就可以探测出地下的结构和位置。在实际开采前应用探水雷达探测技术探测矿井内的水源可以在很大程度上可以降低煤矿开采中的事故的发生率。

2.2 主要技术特点

探水雷达探测技术主要方式为电磁波的传递，在观测纯二次场的过程中，可以对外界因素的干扰起到很好的屏障作用，这得益于降噪装置。探水雷达探测技术可以探测到地下五米至两千米范围之内的水源，探测的范围包括煤矿开采区、塌陷区、废弃区等地。另外，除了探测水源，该项技术也可以探测地质构造情况。探水雷达探测技术优于瞬变电磁技术的地方就在于更专注于煤矿探水，把煤矿探水当作其主要任务。

除了上述可以很好的发现水源之外，该项技术还可以为工作人员合理的布置开采区，减少甚至杜绝煤矿开采过程中透水事故的发生，这样既能保证矿井作业的安全，也可以在一定程度上提高煤矿的开采量。除此之外，该项技术还可以用于为干旱地区寻找地下水源，解决当地人民的生活问题以及对国家重点保护地区进行地质的勘察与测量。综上可得，此项技术具有广泛的应用价值。

3 地球物理电性特征

探水雷达探测技术的应用也需要具有一定的基础条件，就是掌握地球物理电型特征。在通常情况下，不同类型的岩层电阻率是不同的，虽然干燥的岩石煤层和空气的电阻率相对来说是比较大的，但是某些外界条件可能会导致这些环境下的岩层电阻率急剧下降，造成这一情况的原因，可能是因为孔隙或缝隙当中含有水分，岩石的是饱和度或湿度的增加，也会造成此种现象。不同情况的岩层电阻率也取决于不同的条件。断层的电阻率的大小与断层本身大小无关，它取决于这一断层的含水量多少以及这一断层的破损程度；干燥的岩石电阻率则取决于水分矿化度以及岩石的饱和度这两种判断标准。通过实验数据可得，周围有水的断层的电阻率小于干燥地区的断层电阻率。这一实验结果也为探水雷达探测技术能够运到实际当中提供了良好的理论依据，这就便于探水雷达技术可以发现有可能会出现的水患，减少事故的发生，保障施工作业的安全性。

4 TVLF煤矿探水雷达现场使用

4.1 探测方案的设计

无论哪一种类型的方案，设计都是由为重要的，探测方案也不例外。在设计进行之初，我们可以先对自然环境进行勘察，如已知的水源充足的区域：中央水仓、采区水仓等附近，测量这这些地区的位置、形状、积水类型和目标地点的具体水量，一定要精确，这样便于以后开采过程能够顺利进行。同样，对于待测的未知区域，也应该先了解积水类型，再进行测量准备。在测量时，也要注意其他的环境因素，其中地表上的影响因素主要为建筑物、变压器、复杂的地形条件、种植农作物的区域等；地表以下的影响因素主要为埋在地下的高压电缆、设备等。对已知的冲水区域进行测试，既可以锻炼工作人员的施工熟练程度，又可以让仪器熟悉地质的结构，增加探测的准确度。

4.2 现场踏勘

踏勘现场，就是指对现场进行实地考察，并结合现有的资料，核对现实地形是否与资料所描述相同，除此之外，还应该将地貌表面的植被以及地形的起伏，做出相应的记录。对于待测区域的情况，也应该加以了解。

4.3 测线方案设计

根据上述的踏勘结果，可以利用软件对记录情况进行测绘，方案的设计应遵循合理得当的原则，设计出发射线框和接收线框最合适的位置，还应该将拐点坐标和测点坐标都体现在设计图上。测线方案的合理设计可以帮助我们更好的完成操作，也为实施探水雷达探测技术提供了基础。

5 结语

从全文来看，探水雷达探测技术的应用可以很好的帮助矿井的工作人员减少水患灾害问题，从一定程度上保证了工人施工的安全。由于现代科技的不断发展，已经出现了煤矿专用的探水雷达，此种雷达最深可以探测到地下一千米左右的水源，并能准确的判断其位置。毕竟此项操作处于室外环境下，因此可能会因为某些自然因素或是人为操作，从而出现偏差，但经过比较，误差值在可以接受的范围之内。矿井防治水问题是煤矿开采过程中应解决的首要问题，这样就可以避免出现因为水患问题所出现的人员损伤。从实际出发，运用先进的技术方法，就可以增加煤矿的开采量，从而方便人们的生活。