徐圣集

(陜西馮家塔礦業(yè)有限公司，陜西榆林 719400)

馮家塔礦易自燃煤層采空區(qū)火區(qū)火源探測研究

徐圣集

(陜西馮家塔礦業(yè)有限公司，陜西榆林 719400)

對馮家塔礦的易自燃煤層火源的成因進行了調(diào)研分析，并采用測氡法對礦井的隱蔽火區(qū)火源進行實測分析，確定了火區(qū)火源的分布范圍，對該礦有效開展防滅火研究提供了必要的依據(jù)，同時對類似礦井的火區(qū)探測研究具有較好的借鑒意義。

易自燃煤層;測氡法;火源探測

Research on Gob Fire Source Detection in Coal-seam with Easy Spontaneous Combustion in Fengjiata Colliery

1 概述

馮家塔井田位于陜西省府谷縣城北北東方向15km處，北以清水川地塹為界，與西王寨井田相鄰;南以海則廟溝為界，與海則廟井田毗鄰;東以黃河為界;西以礦區(qū)勘探邊界線為界。井田南北長約9.0km，東西寬約7.0km，面積約59.5km2。

井田內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造簡單，整體為一向北西傾斜的具寬緩波狀起伏的單斜層，一般傾角2～9°，區(qū)內(nèi)無較大斷層。井田煤層賦存穩(wěn)定，開采條件好，有局部和大部可采煤層12層，分別為2，3，4，5，6，7，8，9－1，9－2，10－1，10－2，11 號 煤 層。該礦主要可采煤層為2，4，8，9－2號煤層，次要可采煤層為7，11號煤層，其他煤層 (均為不穩(wěn)定煤層)為局部可采煤層。其中2，4煤層為自燃煤層，8，11號煤層為易自燃煤層，其他各煤層為不易自燃煤層，各煤層煤塵具有爆炸性危險。

1401工作面在回采過程中其回風上隅角曾出現(xiàn)CO，在采取保持工作面較快推進速度、間斷式的向采空區(qū)注氮、進回風隅角掛風障減少采空區(qū)漏風等防滅火手段的情況下，都未徹底消除CO溢出。2010年8月末，受工作面推進速度減慢影響，工作面和回風隅角CO均出現(xiàn)增減趨勢。經(jīng)現(xiàn)場檢測，工作面137號架后CO達到0.03%～0.05%，回風隅角CO濃度最大達0.07%以上。

經(jīng)實地漏風檢測，發(fā)現(xiàn)1401工作面采空區(qū)對應地表塌陷、斷裂嚴重，存在嚴重漏風，且與1201工作面老空之間存在漏風通道，故推測1401工作面或與1401工作面相鄰的1201工作面老空區(qū)開切眼附近存在煤自燃現(xiàn)象。

2 測氡原理和裝置、流程

2.1 測氡原理

實踐表明，在同樣的地質(zhì)條件下，利用氡氣濃度的差異，通過研究井下的氡分布與自燃發(fā)火關系來確定煤礦火區(qū)的分布范圍是科學、有效的。當?shù)叵旅簩影l(fā)生氧化或自燃時，其圍巖中天然放射性元素氡的析出率增大，由于氡衰變時的離子交換作用使其反應到地表而形成放射性異常，該異常反應可作為反映溫度變化的信息被檢測出來［1］。

2.2 測氡的裝置及流程

探測儀器:CD－1α杯測氡儀，其工作原理見圖1所示;α探杯;全球定位系統(tǒng) (GPS)。探測流程:確定探測區(qū)域→布置測點→挖坑埋杯→取杯測量→數(shù)據(jù)分析。

圖1 CD－1α杯測氡儀工作原理

(1)確定探測區(qū)域 在地面由井上、下對照選取測場基準點，基準點一般為3個點，并成垂直方向布置，然后在此區(qū)域進行測點布置，形狀為長方形、正方形或不規(guī)則方格網(wǎng)，在測量過程中根據(jù)實際測量情況進行調(diào)整延伸。每一測點預先編號，測點布置中基準點的選取必須精確。

(2)測杯埋放 如圖2所示，該探測杯用高吸附材料制成，收集面積為 (1.2×0.8)m2，在每個測點上挖寬0.3m左右，深0.3～0.4m的坑，將杯口朝下放入，上面用塑料布覆蓋，然后用土掩埋，并記下點號、時間。

圖2 α杯埋杯示意圖

(3)取杯測量 測杯埋設4～10h后取出，置入CD－1α杯探測儀測量，測量定時有 1min，2min，3min等，一般取3min，記下讀數(shù)及相應時間等參數(shù)。

(4)數(shù)據(jù)分析 將實測數(shù)據(jù)輸入專用軟件包進行處理分析，輸入的數(shù)據(jù)必須準確無誤［2－3］。

3 現(xiàn)場探測分析

3.1 探測區(qū)域

2010年9月2 日，根據(jù)馮家塔煤礦的漏風檢測實際情況，確定了4塊高溫區(qū)域探測場，探測場均為矩形。其中I號區(qū)域位于1201采空區(qū)中開切眼區(qū)域，4個控制點坐標為 A1(37512625，4337807)，A30(37512741，4338068)，P1(37512643，4337799)，P30(37512759，4338060)，探測區(qū)域總長290m，總寬度為60m，共布置測點210個，面積17400m2;Ⅱ號區(qū)域位于1401工作面開始發(fā)現(xiàn)CO氣體異常點位置附近，4個控制點坐標為F1(37512787，4338067)，F(xiàn)25(37512883，4338283)，N1(37512714，4338100)，N25(37512810，4338316)，探測區(qū)域總長240m，總寬度為80m，共布置測點225個，探測面積為19200m2;Ⅲ號區(qū)域位于1201面采空區(qū)右側(cè)邊界與1401回風巷之間區(qū)域，4個控制 點 坐 標 為 U1(37512691，4338066)，U9(37512547，4338130)，Y1(37512702，4338093)，Y9(37512558，4338157)，探測區(qū)域總長160m，總寬30m，共布置測點36個，面積約4800m2;Ⅳ號區(qū)域位于1401開切眼附近，4個控制點坐標為R1(37513059，4337939)，R14(37513163，4338173)，O1(37513032，4337951)，O14(37513136，4338185)，探測區(qū)域總長280m，總寬30m，共布置測點56個，面積8400m2。以上4塊區(qū)域中I，Ⅱ區(qū)點距為10m×10m，Ⅲ，Ⅳ區(qū)點距為20m×10m，理論探測總面積49800m2，理論布置測點共計527個，火源探測范圍及測點布置見圖3。9月3日至9日在選定的區(qū)域進行了埋杯布點，在埋杯過程中，利用測氡儀器對達到時間要求的探杯進行測量。

圖3 測點布置

3.2 數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果分析

數(shù)據(jù)處理主要是為了對原始數(shù)據(jù)進行多方校正，包括:儀器校正、氣象校正、淺部因素校正等，以盡可能消除實測中的各種誤差 (系統(tǒng)誤差、隨機誤差)。用測氡法探測地下火源范圍，主要分為野外探測和資料處理2個階段。檢測數(shù)據(jù)可在測氡儀中自動存儲，并通過相關配套軟件可直接傳輸?shù)接嬎銠C，同時可將所有測點的坐標、高程、測量值等數(shù)據(jù)輸出為Excel格式文件，再輸入Surfer軟件，可得到測點相關數(shù)據(jù)處理結(jié)果。根據(jù)檢測值擬合得到等值線疊加到井下巷道布置圖上，可以準確反應氡異常區(qū)域。

對探杯分別進行測量，測量的結(jié)果如表1。

表1 馮家塔煤礦煤層隱蔽火源氡法探測結(jié)果

將所測結(jié)果通過專用軟件進行處理可得火區(qū)的測值平面圖和異常值立體圖 (圖4、圖5)［4－5］，根據(jù)煤礦實際情況進行分析處理，得到了高溫異常區(qū)在井上下對照圖中的平面位置圖 (見圖6)。

圖4 測值平面圖

圖5 異常值立體線框圖

圖6 高溫、氧化及異常區(qū)平面

4 結(jié)論

(1)通過地面氡氣實際測量，確定了井下火區(qū)火源的分布范圍，并得出了火區(qū)發(fā)展趨勢。

(2)現(xiàn)場調(diào)研分析表明:地表塌陷、斷裂嚴重，地表裂隙發(fā)達區(qū)域，火區(qū)較易形成且火源溫度較高。

(3)根據(jù)測氡數(shù)值分析結(jié)果得出此次測氡范圍內(nèi)異常區(qū)域共7個，其原因可能是由于開切眼及其采空區(qū)間煤柱破碎，在漏風供氧的影響下松散煤體氧化導致。

［1］王正輝，劉國忠，等.采用地面測氡法探測井下火區(qū)分布實踐 ［J］.環(huán)保與安全，2010(6):59－62.

［2］張新軍，劉鴻福.野外活性炭測氡法實驗研究［J］.太原理工大學學報，2004，35(3):304－306.

［3］崔洪文，王振平，王洪權(quán).煤層自燃發(fā)火早期預報技術(shù)與應用 ［J］.煤礦安全，2001(12):16－18.

［4］白世彪，陳 嘩，王 建.等值線繪圖軟件SURFER7.0中九種插值法介紹 ［J］.物探化探計算技術(shù)，2002，24(2):157－162.

［5］毛興華，胡方西.將MapInfo和Surfer結(jié)合繪制等值線 ［J］.測繪通報，2001(10):39－40.

TD752.1

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1006-6225(2012)03-0093-03

2011－12－05

徐圣集 (1983－)，男，河南新鄉(xiāng)人，助理工程師，主要從事礦井防滅技術(shù)和巷道錨桿支護技術(shù)的研究。

［責任編輯鄒正立］