1、 專業技術文件 / Technical documentation 編號： 應用同位素測氡技術探測煤礦井下自燃火源Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.編制：_日期：_應用同位素測氡技術探測煤礦井下自燃火源溫馨提示：該文件為本公司員工進行生產和各項管理工作共同的技術依據，通過對具體的工作環節進行規范、約束，以確保生產、

2、管理活動的正常、有序、優質進行。本文檔可根據實際情況進行修改和使用。 摘 要 簡要介紹了同位素測氡技術的原理、工藝以及在嘉樂泉煤礦井下自燃火源探測中的應用、效果。 關鍵詞 測氡技術；火源探測；防滅火 一、前 言 煤礦自燃火災給煤礦生產和資源帶來巨大的危害和經濟損失。據統計我國煤礦自燃火災95%以上是發生在采空區并為人們不能直視或到達的地點。由于井下地質條件及采空區等處特殊條件的限制, 人們不能準確確定地下火源的位置與范圍, 也就難以采取滅火措施, 只能用大包圍的辦法滅火, 不僅消耗大量的人力、物力、財力, 而且還難以根治。因此對采空區火源位置進行準確、有效的探測就顯得優為重要。 二、嘉樂泉煤礦

3、火區概況嘉樂泉煤礦副井井筒附近的古窯火區從發現至2000年已有10年之久, 中間曾治理過多次, 但都未能徹底根治。99年以來距副井口45m處井壁溫度逐漸升高, 最高達160, 嚴重威脅礦井安全生產。99年5月發現料石被烤酥, 支護強度降低, 后采取措施對高溫區進行加固。7月3日在地面打成一鉆孔向副井筒周圍灌漿, 井壁溫度降到80。7月13日發現有6米長的料石垮落在金屬網上, 支架變形, 并在距井筒壁200mm處發現有微量的一氧化炭涌入井下, 濃度為200ppm。同時在原地面鉆孔觀測, 測得CO濃度為4000ppm, 說明原采空區存在火區。經研究決定, 首先摸清火區范圍、火源位置及發展趨勢, 在

4、此基礎上再選擇科學的滅火方法。為準確測定火源的位置和范圍, 采用了山西礦院安全研究所研究的同位素測氡法。 三、探測原理自然界及煤巖地層中, 存在著三個天然放射系即鈾、釷、錒系。這些放射性元素的半衰期均很長, 在7.041081.4108年之間,故能作為母體核素廣泛存在土壤、巖石、煤系等介質中。其中鈾系的衰變產物氡屬放射性惰性氣體, 以其特殊的地球化學性質被廣泛應用研究地震、火山噴發等地球動力現象中。在鈾衰變過程中, 可衰變成其子元素放射性元素氡, 同時放出射線,通過 測量粒子的濃度,即可測定相應的氡氣濃度值。由于地層巖性及地質構造不同, 在同一地區不同巖層或同一巖層的不同層位, 放射性元素的含

5、量也大不相同, 其衰變產物從地下向地上遷移的濃度及速率也大不一樣。當地下存在熱源時, 由于地下火區所產生的溫度、濕度、壓力等的變化, 氡及其同位素向上遷移的速率, 均比地質條件相近、地下無熱源時氡及其同位素遷移速率快。所以, 采空區處燃區頂部的氡氣濃度均高于無熱源區的氡氣濃度。通過采取合適的方法測量氡氣濃度的變化來測出異常變化區域, 就可定出地下采空區火源的位置。 四、探測方法測氡的方法有多種, 在測量時間上分為微分法和積分法, 在儀器方面分為杯法、活性炭法、熱釋光法等。本次嘉樂泉煤礦火區探測采用的是杯積分法測量的方法。 4.1 測量儀器及工藝測量儀器選用CD1杯測氡儀, 該儀器靈敏度高, 其

6、探頭為電離式, 將氡子體電離, 其結果顯示為cpm（每分鐘計數率）, 定時有1min、3min、5min等, 一般先用3min。該儀器體積小、重量輕、操作簡便, 其缺點是防震效果差。與測氡儀配套使用的是杯, , 利用氡易與吸附性好的物質吸附的原理由高吸附材料制成, 該杯探測面積大為128cm。實測時, 按預先布置好的測點一般點距為20m20m、15m15m、10m10m等, 在每一測點挖4050cm的坑布置探杯,其頂部要用塑料布覆蓋,4h后取出立即置入探測儀進行測量,定時為3 min,記下讀數,如發現測值異常需增補測點時,隨時進行增補。 4.2 測場布置 4.2.1 副井井筒測場布置 根據實際

7、情況, 該測場起始位置為副井井筒第一個躲避峒室, 向井筒方向延伸100m, 以井筒為中線向井筒兩側各延伸20m；包括增補測點共布69個點 。點距10 m 10 m, 控制面積4200 m2, 整個測場方位與副井筒相同為NE10。4.2.2 主井工業廣場測場布置根據實際情況, 該測場起始線為在選煤樓立樁, 向南延伸20 m, 點距為4m 4 m, 共布測點21個, 控制面積控制面積192 m2, 測場方位與主井井筒相同為NE10。 五、探測結果 分析 將野外所測結果應用專用軟件包進行處理, 可得到測值、異常、趨勢面立體圖及相對應的等值線圖, 從而得出副井和主井周圍的火區分布平面圖(見圖一、圖二)

8、。 圖1 副井筒火區分布平面圖 圖2主井周圍的火區分布平面圖火區結果分析為:1、 在測區內有5個高溫火源點。2、 A區距第1個躲避峒室20m左右, 且與小窯火區相連。 3、B區、C區、D區距第1個躲避峒5060m左右, 有高溫點存在。 4、E區在井筒東側, 為一高溫氧化區, 距井筒1020m。 嘉樂泉煤礦根據得出的火區分布平面圖, 制訂了科學的綜合滅火方案, 通過對副井筒進行噴漿以及采用水泥粉煤灰凝膠滅火, 準確有效地對井下采空區的高溫點進行了滅火, 取得了較好的效果和經濟效益。實施滅火方案后, 通過觀測孔發現火區內的CO、CO2、CH4及溫度的變化量均已降到煤礦安全規程規定范圍之內, 實踐證明:同位素測氡法在探測地下火源的位置和范圍方面, 是準確