活性炭測氡法在煤礦火區探測中的應用——以黃白茨煤礦為例

陳達蔚

（寧夏回族自治區煤田地質局，寧夏 銀川750002)

0 引言

地下煤層自燃形成的火區是礦井五大災害之一，其火源隱蔽、不易撲滅。火區的存在：一方面消耗了大量的煤炭資源，造成資源浪費；另一方面影響礦井的安全生產，形成安全隱患；與此同時，煤礦火區內往往存在空氣污染大、植被退化、水資源污染等現象，生態環境遭到嚴重破壞。因此，火區治理迫在眉睫。如何高效、準確地探測火區范圍，是亟待解決的關鍵所在。

1 活性炭測氡法方法原理

測氡方法有很多種，但是并不是所有的方法都可以進行地下火源的探測。從測量時間上可分為三種：累積測氡法、連續測氡法和瞬時測氡法。目前最常用的固體徑跡蝕刻法、α杯法、雙濾膜法和活性炭法等。相較于其他幾種測氡方法，活性炭測氡法作為一種靜態、累積的氡氣測量方法，無論從短期勘探還是長期監測角度而言，都能體現出它的優點[1]：靈敏度高、精度高，能夠更加真實的反映實際的地質現象；抗干擾能力強，有效的提高了測氡的數據質量；探測深度達；操作簡便且價格低廉。

氡是非極性單原子分子，活性炭是一種非極性的強吸附劑，其孔隙比較發育，堆積密度低，比表面積為500～1700m2/g，比容積為0.15～0.90cm3/g，故活性炭有很強的吸附能力[2]。

活性炭測氡的原理是：由于影響活性炭測氡的因素比較多，尤其是考慮到濕度對活性炭活性的影響，專門設計了活性炭吸附器（見圖1）。將活性炭吸附器埋置于地下一定深度，通過試驗確定活性炭所吸附氡量達到最大值即與周圍環境中的氡濃度達到一個相對平衡。取出活性炭吸附器，運用專門的γ能譜測量儀測量γ總計數，從而確定氡氣濃度值的高低[3]。

圖1

2 施工工藝

1）準備工作：在使用前首先將活性炭和硅膠用高溫進行烘烤，去掉水分，冷卻后按適量標準裝入吸附器中，并用硅膠塞口防止地下濕氣的影響，然后密封待用；

2）挖坑：在每個測點上挖掘深40cm，直徑適合放置探杯的探坑，坑的底部一定要平；

3）埋杯：將集氣杯(集氣杯是一個杯底有圓孔的塑料杯)倒置于坑中，將吸附器塞進集氣杯底部的圓孔中，平穩地放在坑中，蓋上塑料布并用土密封住坑口；

4）測量：埋杯一定時間后(一般情況為5天)，儀器中設置好相應的線號和點號，取出探杯，將活性炭杯放入儀器中進行測量；

5）記錄數據：每分鐘測量時間到后，儀器自動將數據記錄在存儲器中。3分鐘時間到后，儀器將點號自動加1，可繼續下一點的測量；

6）傳輸數據：測量工作完成后，可將儀器中的數據通過串行口傳輸到計算機中；

7）資料整理：將測量到的數據根據需要進行適當的處理后，可以繪制所需的剖面圖、立體圖等圖件。

3 實例應用與探測結果分析

黃白茨煤礦開采年代較長且為多層開采，采后地面變形，形成地面裂縫，致使采空區內的煤柱和殘留煤炭發生氧化，由于煤的熱容量較大，而熱傳導率低，所以煤層在不斷的氧化過程中，溫度也不斷的增高，當溫度達到一定程度后，煤層就會自燃；同時采空區內良好的通風也是煤層燃燒較好的供養條件。黃白茨煤礦火區的發展歷史已經有幾十年，受井下開采、地面剝挖等因素的影響，使得黃白茨煤礦的火區范圍不斷的變化。

根據黃白茨煤礦給出的研究范圍確定：基本網度為20m×20m，即線距20m，點距20m。共布設物探測線37條，測點922個，測線長度760～230m，測線總長度為17.78km。

對采集到的原始數據進行相關的整理、處理與解釋后，圈定出黃白茨煤礦火區范圍如圖2[3]所示。共查明火區5塊，火區總面積0.19km2。在研究區內，共布設4個驗證孔，其中2個布設在異常區，測溫值分別為320℃和78℃；2個布設在正常區，測溫值分別為27℃和35℃。鉆探驗證表明，通過活性炭測氡法圈定出的火區范圍準確。

4 結論

實踐證明，運用活性炭測氡法可以確定火區的準確位置、形態及面積，可以為煤田滅火設計及施工提供重要依據。同時，該方法在實際應用中也存在不足之處，即：僅利用活性炭測氡法還無法有效確定燃燒煤層及層數；建議根據地形地質條件采用其他有效方法進行輔助勘探，以確定垂向上的燃燒煤層和層數。

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［1］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,2004,3(35)：304-306.

［2］劉鴻福,等.白春明.煤炭自燃區上部地氣氡分布規律的實驗研究[J].中國地球物理年會年刊,1994.

［3］陳達蔚.烏達礦區上覆火區測氡法探測技術的應用研究項目[R].銀川：寧夏煤田地質局,2013：9-52.