冯家塔矿易自燃煤层采空区火区火源探测研究

徐圣集

(陕西冯家塔矿业有限公司，陕西榆林 719400)

冯家塔矿易自燃煤层采空区火区火源探测研究

徐圣集

(陕西冯家塔矿业有限公司，陕西榆林 719400)

对冯家塔矿的易自燃煤层火源的成因进行了调研分析，并采用测氡法对矿井的隐蔽火区火源进行实测分析，确定了火区火源的分布范围，对该矿有效开展防灭火研究提供了必要的依据，同时对类似矿井的火区探测研究具有较好的借鉴意义。

易自燃煤层;测氡法;火源探测

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

1 概述

冯家塔井田位于陕西省府谷县城北北东方向15km处，北以清水川地堑为界，与西王寨井田相邻;南以海则庙沟为界，与海则庙井田毗邻;东以黄河为界;西以矿区勘探边界线为界。井田南北长约9.0km，东西宽约7.0km，面积约59.5km2。

井田内部地质构造简单，整体为一向北西倾斜的具宽缓波状起伏的单斜层，一般倾角2～9°，区内无较大断层。井田煤层赋存稳定，开采条件好，有局部和大部可采煤层12层，分别为2，3，4，5，6，7，8，9－1，9－2，10－1，10－2，11 号 煤 层。该矿主要可采煤层为2，4，8，9－2号煤层，次要可采煤层为7，11号煤层，其他煤层 (均为不稳定煤层)为局部可采煤层。其中2，4煤层为自燃煤层，8，11号煤层为易自燃煤层，其他各煤层为不易自燃煤层，各煤层煤尘具有爆炸性危险。

1401工作面在回采过程中其回风上隅角曾出现CO，在采取保持工作面较快推进速度、间断式的向采空区注氮、进回风隅角挂风障减少采空区漏风等防灭火手段的情况下，都未彻底消除CO溢出。2010年8月末，受工作面推进速度减慢影响，工作面和回风隅角CO均出现增减趋势。经现场检测，工作面137号架后CO达到0.03%～0.05%，回风隅角CO浓度最大达0.07%以上。

经实地漏风检测，发现1401工作面采空区对应地表塌陷、断裂严重，存在严重漏风，且与1201工作面老空之间存在漏风通道，故推测1401工作面或与1401工作面相邻的1201工作面老空区开切眼附近存在煤自燃现象。

2 测氡原理和装置、流程

2.1 测氡原理

实践表明，在同样的地质条件下，利用氡气浓度的差异，通过研究井下的氡分布与自燃发火关系来确定煤矿火区的分布范围是科学、有效的。当地下煤层发生氧化或自燃时，其围岩中天然放射性元素氡的析出率增大，由于氡衰变时的离子交换作用使其反应到地表而形成放射性异常，该异常反应可作为反映温度变化的信息被检测出来［1］。

2.2 测氡的装置及流程

探测仪器:CD－1α杯测氡仪，其工作原理见图1所示;α探杯;全球定位系统 (GPS)。探测流程:确定探测区域→布置测点→挖坑埋杯→取杯测量→数据分析。

图1 CD－1α杯测氡仪工作原理

(1)确定探测区域 在地面由井上、下对照选取测场基准点，基准点一般为3个点，并成垂直方向布置，然后在此区域进行测点布置，形状为长方形、正方形或不规则方格网，在测量过程中根据实际测量情况进行调整延伸。每一测点预先编号，测点布置中基准点的选取必须精确。

(2)测杯埋放 如图2所示，该探测杯用高吸附材料制成，收集面积为 (1.2×0.8)m2，在每个测点上挖宽0.3m左右，深0.3～0.4m的坑，将杯口朝下放入，上面用塑料布覆盖，然后用土掩埋，并记下点号、时间。

图2 α杯埋杯示意图

(3)取杯测量 测杯埋设4～10h后取出，置入CD－1α杯探测仪测量，测量定时有 1min，2min，3min等，一般取3min，记下读数及相应时间等参数。

(4)数据分析 将实测数据输入专用软件包进行处理分析，输入的数据必须准确无误［2－3］。

3 现场探测分析

3.1 探测区域

2010年9月2 日，根据冯家塔煤矿的漏风检测实际情况，确定了4块高温区域探测场，探测场均为矩形。其中I号区域位于1201采空区中开切眼区域，4个控制点坐标为 A1(37512625，4337807)，A30(37512741，4338068)，P1(37512643，4337799)，P30(37512759，4338060)，探测区域总长290m，总宽度为60m，共布置测点210个，面积17400m2;Ⅱ号区域位于1401工作面开始发现CO气体异常点位置附近，4个控制点坐标为F1(37512787，4338067)，F25(37512883，4338283)，N1(37512714，4338100)，N25(37512810，4338316)，探测区域总长240m，总宽度为80m，共布置测点225个，探测面积为19200m2;Ⅲ号区域位于1201面采空区右侧边界与1401回风巷之间区域，4个控制 点 坐 标 为 U1(37512691，4338066)，U9(37512547，4338130)，Y1(37512702，4338093)，Y9(37512558，4338157)，探测区域总长160m，总宽30m，共布置测点36个，面积约4800m2;Ⅳ号区域位于1401开切眼附近，4个控制点坐标为R1(37513059，4337939)，R14(37513163，4338173)，O1(37513032，4337951)，O14(37513136，4338185)，探测区域总长280m，总宽30m，共布置测点56个，面积8400m2。以上4块区域中I，Ⅱ区点距为10m×10m，Ⅲ，Ⅳ区点距为20m×10m，理论探测总面积49800m2，理论布置测点共计527个，火源探测范围及测点布置见图3。9月3日至9日在选定的区域进行了埋杯布点，在埋杯过程中，利用测氡仪器对达到时间要求的探杯进行测量。

图3 测点布置

3.2 数据处理及测量结果分析

数据处理主要是为了对原始数据进行多方校正，包括:仪器校正、气象校正、浅部因素校正等，以尽可能消除实测中的各种误差 (系统误差、随机误差)。用测氡法探测地下火源范围，主要分为野外探测和资料处理2个阶段。检测数据可在测氡仪中自动存储，并通过相关配套软件可直接传输到计算机，同时可将所有测点的坐标、高程、测量值等数据输出为Excel格式文件，再输入Surfer软件，可得到测点相关数据处理结果。根据检测值拟合得到等值线叠加到井下巷道布置图上，可以准确反应氡异常区域。

对探杯分别进行测量，测量的结果如表1。

表1 冯家塔煤矿煤层隐蔽火源氡法探测结果

将所测结果通过专用软件进行处理可得火区的测值平面图和异常值立体图 (图4、图5)［4－5］，根据煤矿实际情况进行分析处理，得到了高温异常区在井上下对照图中的平面位置图 (见图6)。

图4 测值平面图

图5 异常值立体线框图

图6 高温、氧化及异常区平面

4 结论

(1)通过地面氡气实际测量，确定了井下火区火源的分布范围，并得出了火区发展趋势。

(2)现场调研分析表明:地表塌陷、断裂严重，地表裂隙发达区域，火区较易形成且火源温度较高。

(3)根据测氡数值分析结果得出此次测氡范围内异常区域共7个，其原因可能是由于开切眼及其采空区间煤柱破碎，在漏风供氧的影响下松散煤体氧化导致。

［1］王正辉，刘国忠，等.采用地面测氡法探测井下火区分布实践 ［J］.环保与安全，2010(6):59－62.

［2］张新军，刘鸿福.野外活性炭测氡法实验研究［J］.太原理工大学学报，2004，35(3):304－306.

［3］崔洪文，王振平，王洪权.煤层自燃发火早期预报技术与应用 ［J］.煤矿安全，2001(12):16－18.

［4］白世彪，陈 哗，王 建.等值线绘图软件SURFER7.0中九种插值法介绍 ［J］.物探化探计算技术，2002，24(2):157－162.

［5］毛兴华，胡方西.将MapInfo和Surfer结合绘制等值线 ［J］.测绘通报，2001(10):39－40.

TD752.1

B

1006-6225(2012)03-0093-03

2011－12－05

徐圣集 (1983－)，男，河南新乡人，助理工程师，主要从事矿井防灭技术和巷道锚杆支护技术的研究。

［责任编辑邹正立］