火區(qū)下煤層開采的安全決策技術(shù)

1、 火區(qū)下煤層開采的安全決策技術(shù) 煤炭自燃火災(zāi)始終是我國煤礦的重大災(zāi)難之一，給國家和礦井帶來了極大的危害經(jīng)濟損失，嚴峻于擾了礦井的正常生產(chǎn)秩序。內(nèi)蒙古烏達煤田是全國最大的自燃火區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，共有火區(qū)29處，總面積達307.6萬m2，已損失煤炭資源1150萬t，價值達1.2億元。五虎山煤礦位于烏達礦區(qū)南部，年產(chǎn)150萬t，共有可采煤層14層，其中1#12#煤在井田西部均出露地表。從1982年以來，小煤窯的濫采亂挖造成多個煤層露頭及淺部塌陷區(qū)自然發(fā)火，并且逐步向煤層深部擴散。2021年2月，五虎山煤礦布置404工作面開采4#煤層，404工作面上部為1#、2#煤層采空區(qū)，在404采煤工作面開切眼冒頂處發(fā)

2、覺，冒落巖石有溫熱感，推斷上覆2#煤采空發(fā)火。在這種條件下，如何對工作面開采部署提出了新的難題，而解決這一難題的關(guān)鍵是查明火源位置。 為了給五虎山煤礦404工作面平安回采及制訂平安技術(shù)措施供應(yīng)科學(xué)依據(jù)，由太原理 工高校和五虎山煤礦共同對404工作面應(yīng)用地面同位素測氡技術(shù)進行火源探測。 1火原位置探測原理 自然界廣泛存在著3個自然放射系列，即鈾系列、釷系列和錒系列。因其半衰期長，故能作為母體核素存在于巖石、土壤、煤系等介質(zhì)中，鈾、釷、錒經(jīng)過一系列衰變均產(chǎn)生一個在常溫常壓下氣溶膠態(tài)形式存在的放射性核素氡（Rn），其半衰期最長，故將氡作為信息來討論地球動力現(xiàn)象和輻射危害。 氡為放射性同位素，其衰變的

3、子體為固體粒子，主要指的是鈾系的衰變體Rn-222以及它的衰變子體，在測量時既可測氡氣，又可測其子體來反映母體核素的形態(tài)及變化狀況。氡子體有很強的吸附力量，它們能堅固地附著在器物的表面，因此可將氡或其子體收集進行測量。 氡氣由地下向上遷移，是以對流為主的垂直移動，當?shù)叵聹囟?、壓力發(fā)生變化時，如煤層自燃產(chǎn)生的高溫高壓，將會使氡氣由下向上運移的速率增加。這樣，在火區(qū)的氡氣的濃度值將高于未燃前非火區(qū)的氡氣濃度值。總之，當其它條件相近而地下有煤層自燃存在熱源時，氡氣向上運移的速率和數(shù)量將大大增加，就會在發(fā)熱區(qū)上方產(chǎn)生肯定的氡氣濃度差異，故能用測氡法間接的描述氡濃度的變化，以此精確確定地下火區(qū)的位置和范

4、圍。 2探測方法 隨著核電子的技術(shù)的不斷進展，測氡手段也不斷改進。依據(jù)探測原理可分為杯法、卡法、活性炭法、熱釋光法以及徑跡蝕刻法、釙量測量等。依據(jù)探測工藝，可分為瞬時測氡法和累積測氡法兩大類。各種方法依據(jù)不同的條件及探測精度，可同時使用或單獨使用。目前，火源探測常用的方法是杯累積測氡法，探測器為電離型，具有操作簡便、重量輕、靈敏度高的優(yōu)點。 2.1測場布置 依據(jù)實示狀況，上五虎山煤礦給出初始測場及各邊界點，南北沿工作面運輸巷方向長約810m，東西長180m，共布715個測點，點距15m×15m，總探測面積145800m2，測場布置示意如圖5。 2.2探測杯埋設(shè) 在每個編號測點上，挖寬

5、30cm、深4060cm的坑，將探杯口朝下放入，上面用塑料布掩蓋，然后用土掩埋，同時記錄時間，點號等。 2.3測量 探測杯埋入深坑內(nèi)4h以后，即氡衰變達到放射性平衡狀態(tài)，將探杯取出，馬上放入儀器進行測量，定時3min。登記讀數(shù)。 3探測結(jié)果分析 將野外實測的數(shù)據(jù)應(yīng)用探火數(shù)據(jù)外理軟件（CDTH）進行處理可得出火區(qū)分布平面圖。圖1、圖2為測值立體圖及相應(yīng)等值線圖，圖3、圖4為特別值為立體圖及相應(yīng)等值線圖，以此可得出“五虎山煤礦404工作面自燃火源探測平面圖”如圖5所示： 圖1測值立體圖 （1） 在測場范圍內(nèi)有、2個高溫特別區(qū)； （2） 區(qū)內(nèi)A為一高溫氧化區(qū)，距回風巷約6080m，距切眼約035m,進展方向NE； （3） 區(qū)為一個高溫氧化區(qū)C，距運輸巷約045m，距西風井保安煤柱南邊約30m，進展方向為NW。 圖2 測值等值線圖 圖3 特別值立體圖 圖4 特別值等值線圖 圖5 五虎山煤礦404工作面自燃火源探測平面圖 4結(jié)論 五虎山煤礦依據(jù)探測的結(jié)果制定了平安回采方案：對高溫區(qū)域?qū)嵭蓄A(yù)防性灌漿，在高溫區(qū)四周按長、短軸主向勻稱布孔，進行注漿，是時加快回采推動速度。2021年