谈煤矿火灾区域同位素测氡探测技术

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［摘要］矿井火灾为煤矿五大灾害之一，严重威胁着煤矿安全生产。为准确掌握磁窑沟煤业有限公司井下火灾区域，采用地面同位素测氡探测技术，对开采区域进行了全范围探测，通过数据分析整理，确定了疑似自然发火区范围，取得了良好的探测效果。

［关键词］煤矿安全；自然发火；测氡技术；探测效果

引言

矿井火灾可烧毁大量的煤炭资源，致使资源浪费；煤自燃过程中会产生大量的有毒有害气体，严重威胁井下职工的生命安全；煤的自燃可进一步诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，造成更大的灾害事故［1-3］。据统计，我国有自燃危险的矿井占矿井总数的55%以上，采空区的自然发火占矿井火灾总数的80%以上，高发的矿井火灾给煤矿企业造成严重的经济损失。因此，准确探测煤矿井下发火区域，并及时采取防治措施，对煤矿安全高效生产具有重要意义。

1同位素测氡探测技术

井下不同的岩石含有不同的放射性元素，放射性元素在衰变时，有个重要的产物就是氡气，井下采空区存在的岩石裂隙、破碎岩块、残留煤体等为氡的释放、运移、富集提供了良好的条件。当采空区发生残留煤自燃、温度升高时，氡将从周围岩石、煤体中逐渐析出，当氡浓度达到某一值后便将趋于稳定，根据氡的这一特性可用来对矿井火灾区域进行有效探测［4］。探测设备采用重庆奔腾数控研究所生产的FFA-1快速α数字闪烁辐射仪，其技术参数如表1所示。该仪器具有体积小、重量轻、测量数据可靠、探测效率高、抗干扰性强等特点，便于在复杂地形地貌中使用。该设备采用测氡法对浅埋深上覆采空区高温区域进行探测。测量完成后，采用等值线专业软件对数据进行处理分析，最终确定探测区域内高温区域，然后结合氡气浓度现场测试数据和氡气浓度等值线图及实验己知点获取到的氡气浓度值为参考，标定出相对浓度较高区域为矿井疑似自然发火区。山西河曲晋神磁窑沟煤业有限公司井下探测区域未发火区、疑似发火区氡气浓度值变化情况如图1、2所示。

2矿井自然发火区探测

（1）矿井概况。山西河曲晋神磁窑沟煤业有限公司位于山西省河曲县南东18km处的磁窑沟村、骆驼焉村一带，行政区划隶属河曲县鹿固乡和巡镇镇管辖。该矿为兼并重组煤矿，批准开采8#~14#煤层，井田面积10.6227km2，生产规模1.2Mt/a。由于整合前原小煤窑开采破坏及近年来井下开采，该矿井下存在大量的采空区，这些区域为矿井自然发火重点区域。（2）矿井探测区域划分。根据矿井整合前原小煤窑开采情况、整合后矿井初步设计、井下采掘工程平面图等资料，以及现场踏勘上覆采空区地面矸石、排土场堆积状态，将该矿井下开采区域划分为A、B2个探测区域，其中A区域探测面积为180000m2，B区域探测面积为91200m2，合计探测面积为271200m2。矿井A、B探测区域分布如图3所示。（3）探测工作。在A、B区域采用同位素测氡法共探测坐标点2115个（测区北部民宅、道路及电力设施等人员无法到达区域共丢弃257个测点），试验物理点62个，检测点139个，总计物理点2316个，对探测数据进行统计整理。

3探测数据分析

根据该矿同位素测氡法地面物探氡气浓度等值线图及10-2号煤层井上下对照平面图,分析发现异常区3块，解释为煤层采空区疑似自燃区。由测区北部往南依次命名为：CDA-1，面积2720m2；CDA-2，面积5945m2；CDB-1，面积8817m2。结合该矿实际地质资料及井上下对照平面图，分析认为勘测区域内煤层采空区自燃整体分布范围较大、较严重。氡气浓度等值线如图4所示，矿井疑似自燃区分布如图5所示。

4结论

（1）矿井火灾严重威胁井下职工生命安全，给煤矿企业造成巨大的经济损失，准确探测煤矿井下发火区域，对煤矿安全生产具有重要意义。（2）同位素测氡探测技术是根据矿井自然发火区氡浓度升高的特性确定发火区范围，该方法操作简单，探测结果可靠。（3）通过采用测氡法对磁窑沟煤业井下疑似火灾区域进行探测，得出该矿井下存在3处疑似自然发火区，分别为CDA-1，面积2720m2；CDA-2，面积5945m2；CDB-1，面积8817m2。（4）煤炭的自燃存在阴燃现象，一定的外界条件能够促使其复燃，因此，采掘前的钻探验证是安全生产防灭火的重要环节。

［参考文献］

［1］朱亚娟，寇德瑞，杨万里，等.采煤工作面采空区自燃特性分析［J］.煤炭科技，2015（1）：75-76.

［2］高洋.煤矿开采引起的采空区瓦斯与煤自燃共生灾害研究［D］.北京：中国矿业大学（北京），2014.

［3］马尚权，朱建芳，蔡卫，等.综放面采空区遗煤自然发火特性研究［J］.华北科技学院学报，2007（3）：1-6.

［4］洪林，冯寸寸，周西华，等.红庙矿综放面防灭火合理注氮参数［J］.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2012（5）：729-732.

作者：张立 李霞 穆效治 单位：山西省晋神能源有限公司