[发明专利]一种基于核磁共振技术的地面-巷道超前探测方法

说明书

一种基于核磁共振技术的地面‑巷道超前探测方法，包括以下步骤：将发射线圈铺设在待测区域地面上；利用石英时钟将发射装置与接收探头进行同步；供给发射线圈频率为拉摩尔频率的交变电流，使地下感应出相应磁场，井下巷道内布置的接收探头接收磁场的信号；重复上述步骤，按照相同的距离沿巷道布置，每增加一个接收探头所有的接收探头进行重新一次探测，若出现异常信号马上示警并停止推进，直到掘进完成；将接收探头探测到的数据通过井下数据采集站传至地面总控制台汇总进行数据处理；结合水文地质资料，判断掘进前方的突水范围。该方法提高了核磁共振的探测深度与圈定含水区域的准确性，勘探精度高，可有效地直接服务于巷道掘进，并进行动态监测。

技术领域

本发明涉及一种探测方法，特别是一种基于核磁共振技术的地面-巷道超前探测方法。

背景技术

煤矿水害是与瓦斯、顶板等并列的矿山建设与生产过程中的主要安全灾害之一。在我国煤矿区重大特大事故中，煤矿水害事故在死亡人数方面仅次于其瓦斯事故，居于第2位；在发生次数方面，也仅次于煤矿瓦斯和顶板事故，居于第3位。国家高度重视煤矿水害防治，目前，矿井突水防治技术已列入国家科技支撑计划和重点科技攻关项目，以指导煤矿安全生产。

探测查明煤矿矿井的水文地质情况，包括导含水通道、断层、陷落柱、老窑采空区等的构造及其富水性情况，以便及时采取治理措施，防止突水事故的发生已成为煤矿亟待解决的水文地质问题。

核磁共振，简称NMR，是一种量子效应，是指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量。布洛赫方程是核磁共振的理论基础。从理论上讲，应用NMR技术的唯一条件是所讨论物质的原子核具有非零磁矩，即在H2O和CH4等分子中电子磁矩成对相互抵消，电子的总磁矩为零，而在这些分子中只有原子核的磁矩。水中氢核(质子)具有足够大的磁矩，其核磁共振性质明显，在比较重要的16种物质原子核的NMR效应中，氢核的NMR效应实际应用处于首位。在稳定磁场作用下，原子核处于一定的能级。如果用适当频率的交变磁场激发它，可以使原子核在能级间产生共振跃迁。

在地面上用专用仪器设备拾取核磁共振信号，就可以探测到是否有地下水存在。因为核磁共振信号的初始振幅与所研究空间内自由水中质子的数量(含水量)呈正比，即在该方法探测深度范围内，在信噪比适宜的情况下，地层中有自由水存在，就有核磁共振信号响应，地层中含水愈多，核磁共振响应愈强。这样，就构成了有水就有反映，无水则无反映的直接找水方法。

与其它地球物理找水方法相比，核磁共振找水方法由于其具有直接探测地下水的性质，该方法已经在水文地质、工程地质中得到了较为广泛的应用。但现有的地面核磁共振技术由于所接收的水的核磁共振信号微弱，所以要求仪器灵敏度很高，故仪器的抗电磁干扰能力较低，而且勘探深度较小并存在勘探盲区，不能及时反馈巷道掘进前方的含水信息；一般的地井核磁共振技术主要探测的顶板含水构造，无法直接服务于巷道的掘进工作，无法进行动态监测。

由此可见，一般的地面核磁共振找水方法与普通的地井核磁共振方法勘探深度浅、精度低、不能有效地直接服务于巷道掘进并进行动态监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于核磁共振技术的地面-巷道超前探测方法，该方法提高核磁共振的探测深度与圈定含水区域的准确性，分辨能力强、勘探精度高，可以有效地直接服务于巷道掘进，并进行动态监测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于核磁共振技术的地面-巷道超前探测方法，包括以下步骤：

步骤1：选取待勘探巷道，将发射装置设置在巷道上方对应的地表上；所述发射装置采用大回线线圈，所述大回线线圈为矩形回线线圈，根据待勘探巷道的所处位置确定发射装置的坐标，根据待勘探巷道的深度确定发射装置的有效面积与匝数；

步骤2：利用石英时钟将发射装置与接收探头进行同步；

步骤3：在待勘探巷道中的顶板中心处沿巷道走向排列布置接收探头；所述接收探头为三分量探头；