談煤礦火災(zāi)區(qū)域同位素測(cè)氡探測(cè)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(cè)氡探測(cè)技術(shù)，對(duì)開采區(qū)域進(jìn)行了全范圍探測(cè)，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(cè)效果。

［關(guān)鍵詞］煤礦安全；自然發(fā)火；測(cè)氡技術(shù)；探測(cè)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(fèi)；煤自燃過程中會(huì)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(jìn)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(jì)，我國(guó)有自燃危險(xiǎn)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(jì)損失。因此，準(zhǔn)確探測(cè)煤礦井下發(fā)火區(qū)域，并及時(shí)采取防治措施，對(duì)煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

1同位素測(cè)氡探測(cè)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(shí)，有個(gè)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(yùn)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(shí)，氡將從周圍巖石、煤體中逐漸析出，當(dāng)氡濃度達(dá)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(duì)礦井火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行有效探測(cè)［4］。探測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)可靠、探測(cè)效率高、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，便于在復(fù)雜地形地貌中使用。該設(shè)備采用測(cè)氡法對(duì)淺埋深上覆采空區(qū)高溫區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。測(cè)量完成后，采用等值線專業(yè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，最終確定探測(cè)區(qū)域內(nèi)高溫區(qū)域，然后結(jié)合氡氣濃度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和氡氣濃度等值線圖及實(shí)驗(yàn)己知點(diǎn)獲取到的氡氣濃度值為參考，標(biāo)定出相對(duì)濃度較高區(qū)域?yàn)榈V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(cè)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(cè)

（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?yàn)榈V井自然發(fā)火重點(diǎn)區(qū)域。（2）礦井探測(cè)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(jì)、井下采掘工程平面圖等資料，以及現(xiàn)場(chǎng)踏勘上覆采空區(qū)地面矸石、排土場(chǎng)堆積狀態(tài)，將該礦井下開采區(qū)域劃分為A、B2個(gè)探測(cè)區(qū)域，其中A區(qū)域探測(cè)面積為180000m2，B區(qū)域探測(cè)面積為91200m2，合計(jì)探測(cè)面積為271200m2。礦井A、B探測(cè)區(qū)域分布如圖3所示。（3）探測(cè)工作。在A、B區(qū)域采用同位素測(cè)氡法共探測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)2115個(gè)（測(cè)區(qū)北部民宅、道路及電力設(shè)施等人員無法到達(dá)區(qū)域共丟棄257個(gè)測(cè)點(diǎn)），試驗(yàn)物理點(diǎn)62個(gè)，檢測(cè)點(diǎn)139個(gè)，總計(jì)物理點(diǎn)2316個(gè)，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理。

3探測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)該礦同位素測(cè)氡法地面物探氡氣濃度等值線圖及10-2號(hào)煤層井上下對(duì)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(cè)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(shí)際地質(zhì)資料及井上下對(duì)照平面圖，分析認(rèn)為勘測(cè)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(jì)損失，準(zhǔn)確探測(cè)煤礦井下發(fā)火區(qū)域，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。（2）同位素測(cè)氡探測(cè)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(jiǎn)單，探測(cè)結(jié)果可靠。（3）通過采用測(cè)氡法對(duì)磁窯溝煤業(yè)井下疑似火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，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(yàn)證是安全生產(chǎn)防滅火的重要環(huán)節(jié)。

［參考文獻(xiàn)］

［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(guó)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(bào)，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(bào)（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