[摘 要]本文就磁流體及其制取技術(shù)的新發(fā)展、基于磁流體特性而開(kāi)發(fā)的磁流體應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了全面的論述。

[關(guān)鍵詞]磁流體;技術(shù);現(xiàn)狀

礦區(qū)水害是礦產(chǎn)資源在開(kāi)采過(guò)程中非常常見(jiàn)的一種災(zāi)害，尤其在地方小礦這類事故更常見(jiàn)，危害也非常大;并且事故的發(fā)生具有突發(fā)性和極大的危害性，不僅影響生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，而且容易發(fā)生重大人員傷亡事故.礦區(qū)水害事故的發(fā)生主要包括自然原因和人為因素，例如雨季期間的淹井，掘進(jìn)工作面和采掘工作面掘通小煤窯、采空區(qū)，遇導(dǎo)水?dāng)鄬?、巖溶發(fā)育區(qū)或封閉不良的鉆孔等原因造成。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外礦區(qū)地下水勘探的主要方法有：地質(zhì)目測(cè)、鉆探、地面物探等方法。地面物探方法找水使用的最多的要數(shù)電法，其次有放射性探測(cè)法、甚低頻磁法等，自上個(gè)世紀(jì)三十年代外國(guó)人在中國(guó)用電法找礦以來(lái)，在找水方面使用了多種方法;這些方法有一個(gè)共同點(diǎn)就是把尋找固體礦產(chǎn)的物探方法應(yīng)用在地下水勘測(cè)上，地面儀器測(cè)量值反映的是地質(zhì)體物性綜合值，這個(gè)物理量所顯示的是地下的那種固體礦產(chǎn)或地下水全憑探測(cè)者的主觀經(jīng)驗(yàn)，故其準(zhǔn)確率只有40～50%，問(wèn)題在于其物探曲線的多解性。怎樣才能有效地探明礦區(qū)地下水分布情況，到目前為止還沒(méi)有找到成功的解決方法及相應(yīng)的探測(cè)儀器。近年來(lái)，雖然提出將核磁共振（NMR）、地質(zhì)雷達(dá)等技術(shù)用于地下水勘測(cè)，但由于使用成本、探測(cè)范圍等因素的限制，未能推廣普及。為此，引入地下磁流體探測(cè)新方法，有效解決老空區(qū)、導(dǎo)水?dāng)鄬拥奶綔y(cè)和定性定量分析;在此基礎(chǔ)上，結(jié)合信息傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、EDAamp;DSP技術(shù)等，研制了礦區(qū)水害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng);該方法及探測(cè)系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)找水物探儀器觀測(cè)結(jié)果多解性的問(wèn)題;適廣泛用于找水、防水和治水等。

一、磁流體應(yīng)用技術(shù)及領(lǐng)域

由于磁流體是一種即具有磁特性又具有液體特性的特殊材料，人們根據(jù)這種材料的特性將其應(yīng)用到不同工業(yè)領(lǐng)域中去是近年來(lái)在新技術(shù)開(kāi)發(fā)方面的一種新的嘗試。而且目前已經(jīng)在密封、潤(rùn)滑等技術(shù)領(lǐng)域中得到了成功的應(yīng)用。

應(yīng)用磁流體技術(shù)最早最多最成功的設(shè)備是各種真空設(shè)備，其中轉(zhuǎn)軸或擺動(dòng)桿的真空動(dòng)密封目前已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的程度。因?yàn)閷⑦\(yùn)動(dòng)件從大氣側(cè)導(dǎo)入真空室時(shí)，采用這種液環(huán)式動(dòng)密封裝置不但可以克服固體密封中易磨損、功耗大、壽命低、易污染等弊病，而且由于液態(tài)的磁流體可以充滿整個(gè)被密封的空間，從而堵塞了一切可以漏氣的通道，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)轉(zhuǎn)和停車兩個(gè)過(guò)程中的零泄漏。

磁流體作為真空容器抽空后充入工作氣體或防止容器內(nèi)有毒氣體的泄漏時(shí)還可以用于密封氣體。這種密封不但可以有效的防止雜質(zhì)對(duì)真空室的侵入，還可以保護(hù)工作氣體純度，而且也不存在磁流體對(duì)密封介質(zhì)的侵蝕。

磁流體用于密封液體目前雖然尚沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化的階段，但是由于這種密封所具有的零泄漏特性，在防止固體和液體的阻隔密封中，有極大的應(yīng)用價(jià)值。這類密封壓力差較小，其設(shè)計(jì)承壓能力常常lt;5×10-3Pa，從而使密封組件的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。這種密封所存在的被密封的液體介質(zhì)易與磁流體引起乳化、變質(zhì)而導(dǎo)致密封失敗的缺點(diǎn)，可通過(guò)采用輔助密封結(jié)構(gòu)或使用能夠抗拒液體侵蝕的新型磁流體材料加以解決。

二、地下磁流體探測(cè)儀的結(jié)構(gòu)原理

1.地下磁流體探測(cè)技術(shù)概述。地下水是良導(dǎo)體，通過(guò)大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：巖層中的地下水，在重力場(chǎng)作用下與巖層進(jìn)行物質(zhì)交換與能量轉(zhuǎn)換，形成由補(bǔ)給、徑流、排泄3部分組成的地下水流動(dòng)系統(tǒng)。地下水流動(dòng)系統(tǒng)中有相當(dāng)大的部份在地磁場(chǎng)的作用下，切割磁力線而形成地下磁流體，而在其周圍形成感應(yīng)電磁場(chǎng)，這個(gè)作用連續(xù)不斷地進(jìn)行地磁場(chǎng)干擾，形成向地面發(fā)射出的特殊電磁波;該電磁波在傳輸過(guò)程中要穿過(guò)不同巖層、裂隙等，包含有地下不同地質(zhì)體的特征信息。

在距離場(chǎng)源比較遠(yuǎn)的地方，大地電磁場(chǎng)可被視為垂直于地面入射的平面電磁波，其特性服從麥克斯韋方程組，因此由麥克斯韋方程組，電磁流量原理及其一些假設(shè)條件可以推導(dǎo)出數(shù)據(jù)頻率、與深度之間的函數(shù)關(guān)系和儲(chǔ)水量與所測(cè)電位之間函數(shù)關(guān)系?？芍姶挪ǖ拇┩干疃入S介質(zhì)電阻率的增加而增大，隨電磁波頻率的增加而減少，其能量隨傳播距離增大而減小，在同一觀測(cè)點(diǎn)，地層的電阻率不變，儀表通過(guò)改變探測(cè)頻率達(dá)到改變探測(cè)深度的目的。含水量的大小和此深度探測(cè)到的電位有關(guān)，即電位越高，相應(yīng)的含水量就越大，因此儀表可以根據(jù)所測(cè)的電位和經(jīng)驗(yàn)值估算出含水量的大小。

基于這一原理，地下磁流體探測(cè)儀通過(guò)探針接收地球內(nèi)部向地表發(fā)射的電磁波，應(yīng)用現(xiàn)代信號(hào)分析處理技術(shù)提取地下水動(dòng)態(tài)信息、裂隙信息等，有效解決礦區(qū)導(dǎo)水?dāng)鄬印⒗峡諈^(qū)的探測(cè)和定性定量分析問(wèn)題。

2.地下磁流體探測(cè)儀表結(jié)構(gòu)。地下磁流體探測(cè)儀的組成分信號(hào)探測(cè)、地下磁流體信息提取與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理3部分，探針用于探測(cè)地下磁流體的動(dòng)、靜態(tài)信息，與探測(cè)裝置之間采用探測(cè)電纜連接，每個(gè)探測(cè)裝置可連接2-16根探針;探測(cè)裝置用于提取探針接收的地下磁流體信息，通過(guò)USB電纜與數(shù)據(jù)分析處理計(jì)算機(jī)連接;數(shù)據(jù)分析處理與探測(cè)結(jié)果顯示部分是計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ梅治鰞x，根據(jù)不同應(yīng)用采用系統(tǒng)專用軟件對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)頻分析，從數(shù)據(jù)中提出動(dòng)態(tài)信息的特征信息，并給出探測(cè)結(jié)果。

三、磁流體的應(yīng)用及建議

地下磁流體探測(cè)儀可以用在防治水上，也可以用于找水，它能解決了常規(guī)電法找水、防水、治水存在多解性問(wèn)題，某些地質(zhì)體與水都有低阻異常的共性，由此難免有失敗的可能性。但是地下水有一個(gè)性，即流動(dòng)的良導(dǎo)體，用專門的工具捕捉它的動(dòng)態(tài)信息，抓住它們的共性與個(gè)性，找水、防水、治水問(wèn)題便迎刃而解了。

地下采空區(qū)、巷道、溶洞以及一定規(guī)模的裂隙是特殊的地質(zhì)體，地下磁流體探測(cè)儀可準(zhǔn)確的捕捉它們反饋到地表的特殊信號(hào)，因此，可用于尋找、追溯采空區(qū)、溶洞、巷道等。

在某些相對(duì)隔水層中，受構(gòu)造或其他因素的影響，往往出現(xiàn)了強(qiáng)含水帶;在礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中，利用本儀器做超前預(yù)報(bào)是有必要的。

四、結(jié)語(yǔ)

磁流體技術(shù)研究自60年代開(kāi)始以來(lái)，一直在穩(wěn)步發(fā)展。國(guó)際上每3年召開(kāi)一次國(guó)際磁流體大會(huì)。據(jù)文獻(xiàn)記載，每年有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的用磁性液體制造的裝置和設(shè)備，在許多裝置中，僅僅一滴磁流體的使用就能大大改善產(chǎn)品的性能。磁流體無(wú)論是在工程應(yīng)用還是在生物、醫(yī)學(xué)應(yīng)用上都是頗具誘惑力的材料。磁流體技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展也導(dǎo)致了這些領(lǐng)域的革新和發(fā)展。我們期待著對(duì)磁流體的研究將來(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的、新的、有趣的現(xiàn)象，將來(lái)磁流體會(huì)有更多更好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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