談煤礦火災區(qū)域同位素測氡探測技術

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

［關鍵詞］煤礦安全；自然發(fā)火；測氡技術；探測效果

引言

礦井火災可燒毀大量的煤炭資源，致使資源浪費；煤自燃過程中會產生大量的有毒有害氣體，嚴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，造成更大的災害事故［1-3］。據統(tǒng)計，我國有自燃危險的礦井占礦井總數的55%以上，采空區(qū)的自然發(fā)火占礦井火災總數的80%以上，高發(fā)的礦井火災給煤礦企業(yè)造成嚴重的經濟損失。因此，準確探測煤礦井下發(fā)火區(qū)域，并及時采取防治措施，對煤礦安全高效生產具有重要意義。

1同位素測氡探測技術

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，當氡濃度達到某一值后便將趨于穩(wěn)定，根據氡的這一特性可用來對礦井火災區(qū)域進行有效探測［4］。探測設備采用重慶奔騰數控研究所生產的FFA-1快速α數字閃爍輻射儀，其技術參數如表1所示。該儀器具有體積小、重量輕、測量數據可靠、探測效率高、抗干擾性強等特點，便于在復雜地形地貌中使用。該設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)軟件對數據進行處理分析，最終確定探測區(qū)域內高溫區(qū)域，然后結合氡氣濃度現場測試數據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，批準開采8#~14#煤層，井田面積10.6227km2，生產規(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。根據礦井整合前原小煤窯開采情況、整合后礦井初步設計、井下采掘工程平面圖等資料，以及現場踏勘上覆采空區(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點2115個（測區(qū)北部民宅、道路及電力設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，對探測數據進行統(tǒng)計整理。

3探測數據分析

根據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。結合該礦實際地質資料及井上下對照平面圖，分析認為勘測區(qū)域內煤層采空區(qū)自燃整體分布范圍較大、較嚴重。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結論

（1）礦井火災嚴重威脅井下職工生命安全，給煤礦企業(yè)造成巨大的經濟損失，準確探測煤礦井下發(fā)火區(qū)域，對煤礦安全生產具有重要意義。（2）同位素測氡探測技術是根據礦井自然發(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，探測結果可靠。（3）通過采用測氡法對磁窯溝煤業(yè)井下疑似火災區(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象，一定的外界條件能夠促使其復燃，因此，采掘前的鉆探驗證是安全生產防滅火的重要環(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害研究［D］.北京：中國礦業(yè)大學（北京），2014.

［3］馬尚權，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］.華北科技學院學報，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［J］.遼寧工程技術大學學報（自然科學版），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