談煤礦火災(zāi)區(qū)域同位素測氡探測技術(shù)

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［摘要］礦井火災(zāi)為煤礦五大災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著煤礦安全生產(chǎn)。為準(zhǔn)確掌握磁窯溝煤業(yè)有限公司井下火災(zāi)區(qū)域，采用地面同位素測氡探測技術(shù)，對開采區(qū)域進行了全范圍探測，通過數(shù)據(jù)分析整理，確定了疑似自然發(fā)火區(qū)范圍，取得了良好的探測效果。

［關(guān)鍵詞］煤礦安全；自然發(fā)火；測氡技術(shù)；探測效果

引言

礦井火災(zāi)可燒毀大量的煤炭資源，致使資源浪費；煤自燃過程中會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，嚴(yán)重威脅井下職工的生命安全；煤的自燃可進一步誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸事故，造成更大的災(zāi)害事故［1-3］。據(jù)統(tǒng)計，我國有自燃危險的礦井占礦井總數(shù)的55%以上，采空區(qū)的自然發(fā)火占礦井火災(zāi)總數(shù)的80%以上，高發(fā)的礦井火災(zāi)給煤礦企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。因此，準(zhǔn)確探測煤礦井下發(fā)火區(qū)域，并及時采取防治措施，對煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

1同位素測氡探測技術(shù)

井下不同的巖石含有不同的放射性元素，放射性元素在衰變時，有個重要的產(chǎn)物就是氡氣，井下采空區(qū)存在的巖石裂隙、破碎巖塊、殘留煤體等為氡的釋放、運移、富集提供了良好的條件。當(dāng)采空區(qū)發(fā)生殘留煤自燃、溫度升高時，氡將從周圍巖石、煤體中逐漸析出，當(dāng)氡濃度達到某一值后便將趨于穩(wěn)定，根據(jù)氡的這一特性可用來對礦井火災(zāi)區(qū)域進行有效探測［4］。探測設(shè)備采用重慶奔騰數(shù)控研究所生產(chǎn)的FFA-1快速α數(shù)字閃爍輻射儀，其技術(shù)參數(shù)如表1所示。該儀器具有體積小、重量輕、測量數(shù)據(jù)可靠、探測效率高、抗干擾性強等特點，便于在復(fù)雜地形地貌中使用。該設(shè)備采用測氡法對淺埋深上覆采空區(qū)高溫區(qū)域進行探測。測量完成后，采用等值線專業(yè)軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析，最終確定探測區(qū)域內(nèi)高溫區(qū)域，然后結(jié)合氡氣濃度現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)和氡氣濃度等值線圖及實驗己知點獲取到的氡氣濃度值為參考，標(biāo)定出相對濃度較高區(qū)域為礦井疑似自然發(fā)火區(qū)。山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司井下探測區(qū)域未發(fā)火區(qū)、疑似發(fā)火區(qū)氡氣濃度值變化情況如圖1、2所示。

2礦井自然發(fā)火區(qū)探測

（1）礦井概況。山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司位于山西省河曲縣南東18km處的磁窯溝村、駱駝焉村一帶，行政區(qū)劃隸屬河曲縣鹿固鄉(xiāng)和巡鎮(zhèn)鎮(zhèn)管轄。該礦為兼并重組煤礦，批準(zhǔn)開采8#~14#煤層，井田面積10.6227km2，生產(chǎn)規(guī)模1.2Mt/a。由于整合前原小煤窯開采破壞及近年來井下開采，該礦井下存在大量的采空區(qū)，這些區(qū)域為礦井自然發(fā)火重點區(qū)域。（2）礦井探測區(qū)域劃分。根據(jù)礦井整合前原小煤窯開采情況、整合后礦井初步設(shè)計、井下采掘工程平面圖等資料，以及現(xiàn)場踏勘上覆采空區(qū)地面矸石、排土場堆積狀態(tài)，將該礦井下開采區(qū)域劃分為A、B2個探測區(qū)域，其中A區(qū)域探測面積為180000m2，B區(qū)域探測面積為91200m2，合計探測面積為271200m2。礦井A、B探測區(qū)域分布如圖3所示。（3）探測工作。在A、B區(qū)域采用同位素測氡法共探測坐標(biāo)點2115個（測區(qū)北部民宅、道路及電力設(shè)施等人員無法到達區(qū)域共丟棄257個測點），試驗物理點62個，檢測點139個，總計物理點2316個，對探測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理。

3探測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)該礦同位素測氡法地面物探氡氣濃度等值線圖及10-2號煤層井上下對照平面圖,分析發(fā)現(xiàn)異常區(qū)3塊，解釋為煤層采空區(qū)疑似自燃區(qū)。由測區(qū)北部往南依次命名為：CDA-1，面積2720m2；CDA-2，面積5945m2；CDB-1，面積8817m2。結(jié)合該礦實際地質(zhì)資料及井上下對照平面圖，分析認(rèn)為勘測區(qū)域內(nèi)煤層采空區(qū)自燃整體分布范圍較大、較嚴(yán)重。氡氣濃度等值線如圖4所示，礦井疑似自燃區(qū)分布如圖5所示。

4結(jié)論

（1）礦井火災(zāi)嚴(yán)重威脅井下職工生命安全，給煤礦企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，準(zhǔn)確探測煤礦井下發(fā)火區(qū)域，對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。（2）同位素測氡探測技術(shù)是根據(jù)礦井自然發(fā)火區(qū)氡濃度升高的特性確定發(fā)火區(qū)范圍，該方法操作簡單，探測結(jié)果可靠。（3）通過采用測氡法對磁窯溝煤業(yè)井下疑似火災(zāi)區(qū)域進行探測，得出該礦井下存在3處疑似自然發(fā)火區(qū)，分別為CDA-1，面積2720m2；CDA-2，面積5945m2；CDB-1，面積8817m2。（4）煤炭的自燃存在陰燃現(xiàn)象，一定的外界條件能夠促使其復(fù)燃，因此，采掘前的鉆探驗證是安全生產(chǎn)防滅火的重要環(huán)節(jié)。

［參考文獻］

［1］朱亞娟，寇德瑞，楊萬里，等.采煤工作面采空區(qū)自燃特性分析［J］.煤炭科技，2015（1）：75-76.

［2］高洋.煤礦開采引起的采空區(qū)瓦斯與煤自燃共生災(zāi)害研究［D］.北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2014.

［3］馬尚權(quán)，朱建芳，蔡衛(wèi)，等.綜放面采空區(qū)遺煤自然發(fā)火特性研究［J］.華北科技學(xué)院學(xué)報，2007（3）：1-6.

［4］洪林，馮寸寸，周西華，等.紅廟礦綜放面防滅火合理注氮參數(shù)［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（5）：729-732.

作者：張立 李霞 穆效治 單位：山西省晉神能源有限公司