煤矸石山火区三维综合探测技术研究_郑忠亚.pdf

煤矸石山火区三维综合探测技术研究 郑忠亚1， 2， 3 1. 煤炭科学技术研究院有限公司 安全分院，北京 100013; 2. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 煤炭科学研究总院 ，北京 100013; 3. 北京市煤矿安全工程技术研究中心，北京 100013 ［ 摘 要］为准确探测大同采煤沉陷区光伏发电基地建设项目坐落地点 东周窑煤矸石山的 火区分布，综合运用红外热成像技术、同位素测氡法探测技术和钻孔探测技术，测得了煤矸石山火区 的具体位置、面积、燃烧深度以及发展方向，为后期的火区治理奠定了基础，也为今后煤矸石山火区 探测提供借鉴。 ［ 关键词］煤矸石山; 火区探测; 红外热成像探测技术; 同位素测氡法探测技术; 钻孔探测技术 ［ 中图分类号］ TD751［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201704- 0013- 03 Study of Three Dimension Synthesize Exploration Technology of Fire Area of Coal Gangue Pile ZHENG Zhong- ya1， 2， 3 1. Safety Institute，Coal Science and Technology Research Institute Co. ，Ltd. ，Beijing 100013，China; 2. Coal Resource High Efficient Mining ＆ Clean Utilization State Key Laboratory China Coal Research Institute ，Beijing 100013，China; 3. Beijing Coal Mine Safety Engineering Technology Research Center，Beijing 100013，China Abstract In order to explore Dongzhouyao coal mine coal gangue pile fire area distribution，which is the site of photo voltaic power generation base construction project in mining subsidence area of Datong，then infrared thermal imaging technology，radon isotope ex- ploration technology and drilling exploration technology were applied，then the position，area，burning depth and develop direction of coal gangue fire area were obtained，it set foundation for later fire controlling，and reference for coal gangue fire area exploration. Key words coal gangue pile，fire area exploration;infrared thermal imaging technology;radon isotope exploration technology; drilling exploration technology ［ 收稿日期］ 2017－03－08［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 04. 004 ［ 基金项目］ 煤科院基础基金 2014JC06 ; 中煤科工集团青年基金 2016QN002 ［ 作者简介］ 郑忠亚 1986－ ，男，河南新乡人，助理研究员，主要从事煤矿火灾防治技术研究工作。 ［引用格式］ 郑忠亚 . 煤矸石山火区三维综合探测技术研究 ［J］． 煤矿开采，2017，22 4 13－15. 国家推进新能源建设，利用山西大同采煤沉陷 区左云县东周窑煤矸石山建立国家先进技术光伏示 范基地。矸石山占地面积约 1. 8105m2，共分 3 个 阶梯状煤矸石覆盖区，海拔1344～ 1401m。由于 煤矸石山长期阴燃易导致坍塌，产生的有毒有害气 体腐蚀光伏设备，若发生爆炸直接摧毁设备、破坏 电网，造成不可估量的经济损失。因此，圈定露头 火区范围，精确判定隐蔽火源的深度和范围，为后 期实施有效治理奠定基础，以保证光伏设备长期安 全运转，需要对自燃矸石山火区进行探测研究。 1探测过程及结果 1. 1露头火区红外探测 采用 ThermaCAM SC640 红外热像仪对整个煤 矸石山表面进行地表拍摄，拍摄图片输入电脑，利 用专门的软件进行处理，获得煤矸石山 1 号、2 号 及 3 号 平 台 露 头 火 区 共 计 14 处，总 面 积 约 8028m2。探测结果如图 1 所示。 1. 2隐蔽火区探测 采用美国 Durridge 公司生产的 RAD－7 测氡仪， 辅助测量工具有取气杆、钢钎、铁锤等。以 15m 15m 布置测点，累计布置 783 个。通过 GPS 寻找 测点坐标，用钢钎和铁锤在坐标点钻探出 300 ～ 400mm 孔洞，将测氡仪空气探针插入矸石山，周 围用脚将地面踏实，确保探针轴与周围土壤之间较 好密封。在置换掉 RAD－7 测氡仪腔体内新鲜空气 以后，开始读取数据。考虑到放射性涨落误差、随 机误差及系统误差，以及气候情况、浅部土壤结构 条件的不一致等因素对放射性氡异常的提取造成的 影响，对数据进行标准化、均一化和均滑处理，并 进行气象和仪器条件校正，得出最终结果。具有代 表性数据如表 1 所示。 1. 3钻孔温度和气体探测过程 根据红外热成像技术及同位素测氡法探测技术 探测结果，针对煤矸石山探测异常区域施工钻孔， 共布置钻孔 13 个，其中 1～8 号钻孔布置在 2 号平 31 第 22 卷 第 4 期 总第 137 期 2017 年 8 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 4 Series No. 137 August2017 ChaoXing 图 1煤矸石山红外探测结果分布 表 1同位素测氡法探测坐标及浓度代表数据 序号X 坐标Y 坐标氡浓度/ Bqm －3 14432751384046038612 24432740384046798531 34432708384046618524 44432637384045359621 54432637384045388912 64432665384045138842 74432665384045198764 84432674384045109121 94432685384045209635 104432667384045068627 1144326863840460511034 1244326703840462110536 134432696384046309111 1444326653840452111032 1544326503840448311111 1644326463840460611223 1744326213840464112265 1844326373840467211526 19443261138404972980 20443273538404696993 21443270838404380826 22443264238404393870 23443258038404424989 台，9～11 号钻孔布置在 1 号平台，12～13 号钻孔 布置在 3 号平台，5 号钻孔为废孔。钻孔内温度分 布如图 2 所示，钻孔布置如图 3 所示，部分钻孔内 气体组分如表 2 所示。 2探测结果分析 根据红外热成像技术探测结果，1 号平台的露 头火区基本位于东侧和南侧的坡面处，没有向深部 发展痕迹; 2 号平台的露头火区基本分为 3 个区 域，其中东南－南侧的范围最大，东北侧靠近马路 附近为另一处露头火区，第 3 处位于西侧边坡处; 3 号平台已被黄土覆盖，西侧坡面处存在 1 处露头 火区。 图 2钻孔温度分布 从同位素测氡法探测数据可以看出，氡浓度在 8500Bq/m3以 上 数 据 有 18 组，最 高 点 浓 度 达 12265Bq/m3， 大部分数据位于 1000～8500Bq/m3之 41 总第 137 期煤矿开采2017 年第 4 期 ChaoXing 图 3煤矸石山火区探测叠加图 间，说明东周窑煤矸石山异常区域煤岩体的温度 表 2部分钻孔气体组分 钻孔序号CO/10 －6 气体成分 CH4/ H2S/10 －6 110001. 5011 212501. 3010 312803. 200 412871. 9540 600. 800 79701. 9532 812430. 7913 较高，导致天然放射性元素氡的析出率大幅增加。 为便于阐述和数值解析，将氡值异常区域测值与地 形图叠加，如图 3 所示，计算出隐患区域面积、位 置，分析火区发展方向等。即 2 号平台区域内共存 在 A，B，C，D，E，F，G 共 7 个氡浓度峰值点， 区域总面积预估为 16800m2。 根据钻孔施工及检测结果，1～4 号钻孔、7～8 号钻孔温度整体偏高，最低温度 34. 2℃，最高温 度 111. 9℃，钻孔施工过程中，烟气严重。4 号钻 孔 CO 浓度最高 128710 －6 ，H2S 浓度 4010 －6 ; 3 号钻孔 CO 浓度 128010 －6 ，CH4浓度达 3. 2。隐 蔽火区的燃烧深度均大于 10m，钻孔最高温度点深 度大于 4m。说明东周窑煤矸石山自燃严重，且内 部瓦斯浓度较高。 3结论 1山西大同采煤沉陷区左云县东周窑煤矸 石山国家先进技术光伏示范基地的火区探测，是将 红外探测技术、同位素测氡法探测技术以及钻孔探 测技术的一次综合应用，也是一次成功探索。 2得出了东周窑煤矸石山露头火区及隐蔽 火区的具体位置、面积、燃烧深度以及发展方向， 为后期的火区治理奠定了基础。 3煤矸石山火区三维综合探测技术测得的 数据可相互验证，准确性较高，为今后煤矸石山火 区探测提供了很好的借鉴。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 邓军，徐精彩 . 阮国强． 国内外煤炭自然发火预测预报技术 综述 ［J］． 西安科技大学学报，1999，19 4 293－295. ［ 2］ 煤矸厂山自然发火机理及防治技术研究 ［D］． 重庆重庆大 学，2004. ［ 3］ 徐圣集 . 冯家塔矿易自燃煤层采空区火区火源探测研究 ［J］． 煤矿开采，2012，17 3 21－23. ［ 4］ 李韧杰 . 氡析出率的测定及其影响因素的探讨 ［J］． 铀矿冶， 2000，19 1 56－59. ［ 5］ 赵耀江，邬剑明 . 测氡探火机理的研究 ［J］． 煤炭学报， 2003，28 3 34－35. ［ 6］ 郑忠亚，侯金玲，梁成，等 . 资源整合矿井小煤矿采空区 火区探测技术 ［J］． 煤炭科学技术，2013，41 4 68－70. ［ 7］ 李苏龙 . 火源探测凝胶灭火技术及应用 ［J］． 煤炭科学技术， 2011，39 7 22－24. ［ 8］ 赵桂先，解本旭，邬建明 . 利用同位素测氨技术确定煤炭自 燃火源位置 ［J］． 煤矿安全，2000 6 6－8. ［ 9］ 张会见，何毓俊 . 同位素测氧技术在确定煤矿自燃火源位置 中的应用 ［J］． 矿业安全与环保，2005，32 2 70－71. ［ 10］ 王正辉，刘国忠 . 采用地面测氡法探测井下火区分布实践 ［J］． 矿业安全与环保，2010，37 6 3－4. ［责任编辑 施红霞］ 国资委 央企上半年化解煤炭过剩产能 6. 59Mt 化解过剩产能是深化供给侧结构性改革的重要任务，特别是在煤炭、钢铁领域，今年以来国有企业去产能的步伐正在 显著加快。 日前，国资委总会计师沈莹在国新办例行发布会上透露，上半年央企累计化解钢铁过剩产能 5. 95Mt，已提前完成全年 任务; 化解煤炭过剩产能 6. 59Mt，重组煤炭产能 13Mt。 摘自 煤炭信息周刊 2017. 7. 20 51 郑忠亚 煤矸石山火区三维综合探测技术研究2017 年第 4 期 ChaoXing