測氡法在隱蔽火源探測中的應用

王　剛　侯世占　張永明　祝海鋒

(1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司;2.中煤科工集團北京華宇工程有限公司)

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測氡法在隱蔽火源探測中的應用

王剛1侯世占2張永明1祝海鋒1

(1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司;2.中煤科工集團北京華宇工程有限公司)

摘要根據氡氣產生原理可探測煤層高溫異常區域、火區位置、火區范圍，采用RAD-7型測氡儀對公烏素煤業公司011604工作面上覆9#火區隱蔽火源點進行了探測，并用surfer8.0軟件對探測數據進行后期處理，確定了9#煤層小窯火區的高溫異常區域，提高了火區治理的效果。測氡法為煤礦火區治理提供了有效技術支持，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞測氡法隱蔽火源氡氣濃度

礦井火災是煤礦五大災害之一，尤其是煤田火災。煤田火災具有火區面積大、不易治理、火源位置探測困難、火區治理成本高等特點[1-3]。煤層自燃火災一般發生于地下深處，人員無法靠近，加上火源的隱蔽性，使得自燃火源位置的精確探測成為煤田火災治理的一大難題，也是當前急需解決的難題。目前測氡法探測火源技術已經成功應用于煤田隱蔽火源探測，為煤礦采取有針對性的治理措施提供了技術依據。

1測氡法原理

氡及其子體均為放射性元素，半衰期為3.825 d。煤層中氡的析出受礦物粒度、空隙度、氣壓、巖性、地應力、地下水及介質溫度等因素影響。煤田火區中的煤炭自燃，造成一個高溫高壓的環境，并生大量的水蒸氣、一氧化碳等，自燃區頂部存在大量裂隙，將加快氡氣向上運移的速度，因此，能夠在地表形成較高的氡氣異常區域。另外，煤田火區中自燃煤炭及圍巖中存在著大量的孔，且不同程度地含有一定水分，熱蒸氣可改變巖石中孔隙的含水性。J．E．Gingrich所做的有關射氣系數實驗表明，孔隙水的存在可增加孔隙中的射氣系數。所以，煤田中熱蒸氣的作用可增大巖石孔隙中的氡射氣濃度[4-5]，利用這一原理測定氡氣濃度異常區域，確定隱蔽火源位置。

2工程應用

公烏素煤礦011604工作面走向長1 678 m，傾斜長310 m，面積為548 080 m2，煤層厚8.5 m，機采高度為2.4 m，放頂煤高度為6.1 m，采放比為1∶2.54。煤層傾角平均為18°，最大傾角為32°～35°，采用走向長壁后退式采煤法、綜合機械化放頂煤開采。公烏素煤礦011604工作面上覆9#煤層小窯火區于2009年和2010年進行剝挖，在剝挖過程中發現巷道煙霧和明火。由于剝離坑剝挖成本太高，礦方決定對9#煤層小窯火區隱蔽火源進行探測，小窯火區位置示意見圖1。

圖1　9#煤層小窯火區位置示意

測點布置選擇點距為10 m×10 m，測點范圍為目前剝離坑以南100 m和以東50 m范圍內，總體呈L型，9#煤層小窯火區測氡點布置見圖2。每個測點測定5 min，測定完成后把數據錄入Excel表格中，然后采用sufer8.0軟件處理數據[6]。

圖2　測氡點布置示意

根據地表氡氣濃度測定結果，結合測點位置坐標，以233#點為(0，0)點，沿233、244～337連線作為X軸，沿233、211～198連線作為Y軸，氡值濃度的大小為Z軸，分別做出氡氣濃度等值線圖、氡氣濃度變化圖，見圖3～圖5。

圖3　氡氣濃度等值線

從圖3可以看出,等值線越密集的區域存在隱蔽火源的可能性大，可以針對這部分區域施工鉆孔進行驗證。

從圖4可以看出，凸起部分越高的區域與氡氣濃度等值線圖越密集的區域是對應的，凸起區域氡氣濃度達到600 Bq/m3以上，針對這部分區域施工鉆孔，觀測鉆孔的進出氣狀態，測定鉆孔孔底和孔口溫度，并對鉆孔取氣樣進行氣相色譜分析，根據分析結果采取有針對性的措施降低孔口溫度，直至降到30 ℃以下，氣樣分析中無CO氣體。

圖4　氡氣濃度表面

圖5　氡氣濃度線框

根據上述圖確定2個異常區域，特別是剝挖坑的西南側9#煤層巷道及對應坑底已觀測到明火，充分驗證了西南側區域氡探測結果的正確性，9#煤層小窯火區隱蔽火源探測結果見圖6(實心測點濃度在200 Bq/m3以上)。采用地面測氡法分析得到溫度異常分布情況，更多在于定性判斷高溫區域。為更準確指導火區治理方案，需對氡濃度異常區域(特別是東南側)實施地面鉆探，通過測量孔內溫度和氣體組分，進一步確定9#煤層小窯火區范圍[7-8]。

圖6　9#煤層小窯火區隱蔽火源探測結果

3結論

通過闡述氡氣產生機理，結合公烏素煤礦011604工作面上覆隱蔽火區情況，采用測氡儀進行氡氣濃度測定，運用專業軟件處理分析數據，最終確定了2個高溫異常區域，為火區治理節省了人力和物力。測氡法探測隱蔽火源受天氣影響較大，雨水天氣會影響氡氣濃度測定的準確性，需等地表完全干燥后再測定。

參考文獻

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[2]許滿貴，徐精彩，文虎．煤礦內因火災防治技術研究現狀[J]．西安科技大學學報，2001，21(1)：4-7．

[3]鄧軍，徐精彩，阮國強．國內外煤炭自然發火預測預報技術綜述[J]．西安科技大學學報，1999，19(4)：293-295．

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[7]金永飛，鄧軍，許延輝，等.測氡法探測地下煤火技術研究與應用[J].西安科技大學學報，2010(11)：648-650.

[8]蔡忠勇.關于煤田火區勘探問題的探討[J].西部探礦工程，2001(5)：133-134.

(收稿日期2016-01-25)

王剛(1975—)，男，工程師，博士研究生，110016 遼寧省沈陽市沈河區東濱路108號。