綜合地質勘查手段在煤田火區勘查中的應用

茍釗

（新疆煤田地質局綜合地質勘查隊 烏魯木齊 830009）

1 概況

作為我國煤田火災最嚴重的地區，新疆煤田火區分布廣、燃燒歷史長，北起阿勒泰草原，南至帕米爾高原都有煤田火災發生，每年燒掉煤炭資源1000多萬噸，排放有害氣體和煙塵100 多萬噸，近些年有逐漸增大趨勢。雖然近些年在煤田滅火工程局堅持不懈的努力下，熄滅多處重點火區，但由于新疆特殊自然條件、地質構造、煤層性質和人為因素等使煤田火災不斷發生。千百年來，新疆煤田火災對新疆的自然環境、資源利用都造成了極大的損失。

2 勘查手段

2.1 地形測量

河南能源三源、成鑫煤礦火區勘查地形測量工作使用的三維激光掃描儀RIEGL（VZ-1000）和中海達GPS-RTK 接收機均在檢定有效期內，GPS 接收機的基座圓水準氣泡、光學對點器在作業前已進行了檢校。以全球定位系統GPS-RTK 測量、三維激光掃描儀數字測圖等先進技術為手段，采用了現行的國家標準、測繪行業標準以及有關規定；充分利用已有測繪成果資料在測區內布設圖根級GPS 控制網，為該項目區域地理信息的采集提供空間位置基準。使用GPS-RTK 技術進行圖根控制測量，外業使用三維激光掃描儀對地物、地貌信息數據采集，確定成圖區范圍內地理信息的位置和性質。內業使用南方cass2008地形地籍成圖軟件進行編輯、成圖。為今后的規劃建設提供了可靠的基礎地理信息基準與圖件。

該種測圖方法準確高效，極大縮短了項目施工周期。三維激光掃描儀測量技術的應用大大提高了外業測量的生產效率，它被稱為實景復制技術，是測繪領域繼GPS技術之后的一次技術革命。它突破了傳統的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優勢。三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數據，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數字地形模型。本次測繪項目在地形測繪上廣泛應用了三維激光掃描測量技術，經檢驗成果可靠，且精度分布均勻。為煤田滅火初步設計計算剝離工作量、燃燒體體積提供詳細數據。

2.2 紅外測溫、地表測溫

2.2.1 紅外測溫

本次勘查采用FLIR—T610 型熱紅外成像儀，測溫范圍0—＞660℃，成像分辨率為320×640，拍攝角度為45°。紅外成像整體圖片涵蓋測區溫度正常區和異常區范圍。通過紅外圖片和地表踏勘對比，說明紅外圖片基本能反映地表溫度分布情況，受地形和拍攝角度的限制，部分區域所拍攝的溫度與實際溫度有一定偏差，但不影響分析整個火區的溫度分布情況。

通過紅外圖片分析，該火區主要高溫區分布在西部的三源煤礦范圍內，高溫區呈連片狀分布，溫度范圍在10—324℃之間；從地表對照來看，三源煤礦井界范圍中部有一處明顯的青煙冒出區，地表直徑超過3米的塌陷坑有2處，沿煤層露頭有大量裂隙和小的塌陷，裂隙中均有熱浪和刺鼻氣味氣體冒出。

2.2.2 地表測溫

本次所使用的zyTemp-TN435測溫槍，其測溫范圍為0～1000℃，測溫誤差0.1℃。火區溫度測量點覆蓋所有溫度異常區域并包括一定數量正常值背景范圍，較完整地反映了火區溫度分布輪廓。由此保證了火區測溫真實反映了火區溫度空間分布。溫度測量數據通過相關軟件繪制成溫度等值線圖，統計并計算出各溫度區間的面積，各溫度區間面積的和即是地表測溫得出的火區溫度異常區的面積。對各溫度區間面積與相應散熱參數求積，計算出火區每年燃燒的煤炭儲量。

2.3 地質調查

通過地表踏勘，結合GPS 定位，準確等位高溫區、明火點、塌陷坑、裂隙、返堿和返潮點，發現高溫區多分布于塌陷坑、裂隙內，多處濃重的青煙冒出，局部裂隙亦有青煙和刺激性氣味氣體冒出，高溫整體沿煤層走向分布，并對煤層露頭進行追索控制，對出露地層產狀、構造界線等進行定位測量。為煤田火區范圍圈定提供直接依據。

2.4 綜合物探

火區勘查常規物探勘查主要使用磁法、自燃電法對火區范圍、燃燒深度進行控制，本次勘查工作同時進行了高密度電法和瞬變電磁工作手段，高密度電法主要對淺部空區進行探測，瞬變電磁主要對深部空區進行探測，標示空洞位置采用合適的處理方法，可減少滅火施工時對重型設備安全隱患和空洞注漿材料的選擇提供依據。同時所測數據與電、磁法數據成果相互驗證，更精確確定火區范圍和深度。

自燃電法施工選用重慶奔騰地質儀器研究所生產的WDJD-4 型多功能數字直流激電儀；高精度磁法測量工作使用的儀器裝備為PMG-1 型質子磁力儀，高密度電法施工選用重慶奔騰地質儀器研究所生產的WDJD-4 型多功能數字直流激電儀配合WDZJ-120多路電極轉換器。

2.5 鉆探

主要通過鉆探對前期物探圈定火區范圍和深度進行驗證，同時為物探解釋提供參數支持，本次鉆探施工機械采用沙駝WT150B型鉆機完成，由柴油發電機組提供動力。巖層采用硬質合金或人造金剛石復合片鉆頭鉆進，煤層采用單動雙套或半合管的硬質合金或人造金剛石復合片鉆頭鉆進，鉆頭類型主要有φ98mm 里外鉆頭，φ98mm 四翼肋骨鉆頭，φ98mm雙管取芯鉆頭，φ102 肋骨鉆頭，第四系開孔孔徑φ 146mm，終孔直徑一般為不小于φ98mm。通過鉆探詳細查明鉆孔處燃燒煤層層位、深度及燃燒狀況等，通過應用熱電偶測溫繩和便攜式數字溫度計孔內測溫，可根據孔內溫度變化位置分析孔內燃燒程度，判斷燃燒點位置，鉆探探火詳細數據為地表物探解釋燃燒范圍和深度提供準確參數。

3 綜合分析

通過地形測量、紅外測溫、地表測溫、地質調查、綜合物探和鉆探驗證多種勘查手段相結合高效精確的完成了設計和《煤田火災滅火規范》對詳細勘查階段的任務。

E9 線磁法及自電測線全長1050 m，高密度測線全長440m。測線490 m-550 m 段地表裂縫發育，局部裂縫有鹽結晶析出，局部地段地表濕潤，區內無火成巖侵入。自然電位剖面470m-640 m樁有幅值為20mv-50mv的電位異常；磁異常剖面480m-610 m樁有一單峰狀較為平緩的磁異常段，其中480 m-520 m樁號段磁場梯度較大。ΔT 值為0 nT-500 nT，正異常高出背景值50 nT-300 nT，負異常低于背景值500 nT-180 nT；高密度反演電阻率剖面呈現出一個高阻帶，位于460 m-560 m樁，反演電阻率范圍為200 Ω·m-600Ω·m，呈條帶狀從地表往下延伸20 m；結合地表情況及地質資料，解釋如下：南側火區范圍位于470 m-610 m樁，火區北深南淺，火區最大埋深17.5m；北側火區范圍位于655 m-9800 m樁，火區通過塌陷帶，火區最大埋深50m；產狀與煤層一致。

通過該綜合剖面圖可以看出磁異常反應明顯，因中部為燃燒塌陷坑自燃電法無法覆蓋僅右側呈現異常，通過磁異常和自電異常結合地質調查得到的煤層、地層產狀綜合解釋深度為0-50米，施工鉆孔處解釋深度為44 米，鉆孔驗證火區深度為44.85 米，誤差小于1米，說明物探解釋成果可靠。鉆探探明的深度又為地表物探提供參數支持。

通過地形地質測量、紅外測溫、地表測溫網、地質調查、綜合物探和鉆探驗證的綜合勘查手段，多種方法相互配合、相互驗證最終準確確定火區范圍、深度和燃燒程度。各種方法緊密銜接，相互配合準確高效的完成了詳細勘查任務。

4 滅火方法建議

在煤田火區詳細勘查過程中，查明了火區的燃燒煤層、范圍、燃燒深度和水、土、電源情況，建議采用綜合治理方法，即剝離、鉆探、注水、注漿、黃土覆蓋的滅火方法。