地下水引起的地下工程(矿井/隧道)突水涌泥事故严重威胁人们的生命和生产安全,开展水源性地质灾害隐患探测预警研究,有效遏制地下工程水害事故发生,是亟待解决的重大难题。采用传统的地球物理探测方法存在浅部盲区、无法定量、探测结果存在多解性等问题,本项目首次实现了磁共振技术在狭小空间的超前探测,形成了地下工程重大水害隐患磁共振探测预警方法与装备(UMRS)。
项目团队发明了UMRS水源性灾害隐患磁共振探测方法,攻克了收发分离米级天线、水害隐患定向识别等关键技术,有效获取了UMRS信号;发明了UMRS+UTEM联合探测方法,开发出地下工程超前探测系统,突破了磁共振探测距离浅的瓶颈,探测距离拓展到70m;发明了巷道全方位超前扫描方法和多维立体探测技术,解决了巷道多方位异常定性的难题,建立了"浅部直接、中部联合、深部多维"的全方位、无盲区的探测预警机制。
项目授权发明专利20项,其中美国专利1项,发表SCI和EI检索论文80余篇。项目成果辐射冀、吉、晋、蒙、贵等八省36个水患矿区和高风险隧道,避免了重大水源性地质灾害事故发生。项目入选应急管理部(原国家安监总局)"四个一批"示范工程及安全生产重大事故防治关键技术,推广应用前景广阔。
图1 地下工程水害隐患磁共振与瞬变电磁联合探测装备
图2 UMRS方法在五家沟煤矿1510顺槽探测过程与结果,(a)探测位置与垮塌区地质结构示意 (b)五家沟煤矿探测现场 (c)UMRS方法探测结果
2015年10月,在山西金海洋公司五家沟煤矿1510顺槽对垮塌采空区充水进行超前探测,探测结果与地质资料吻合,结果显示垮塌采空区含水体已经非常接近主运巷道的安全界限,为矿方提供了重要的安全生产预警信息。