煤矸石山火區(qū)三維綜合探測(cè)技術(shù)研究

鄭忠亞

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 安全分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (煤炭科學(xué)研究總院)，北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京 100013)

煤矸石山火區(qū)三維綜合探測(cè)技術(shù)研究

鄭忠亞1，2，3

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 安全分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (煤炭科學(xué)研究總院)，北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京 100013)

為準(zhǔn)確探測(cè)大同采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電基地建設(shè)項(xiàng)目坐落地點(diǎn)——東周窯煤矸石山的火區(qū)分布，綜合運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)、同位素測(cè)氡法探測(cè)技術(shù)和鉆孔探測(cè)技術(shù)，測(cè)得了煤矸石山火區(qū)的具體位置、面積、燃燒深度以及發(fā)展方向，為后期的火區(qū)治理奠定了基礎(chǔ)，也為今后煤矸石山火區(qū)探測(cè)提供借鑒。

煤矸石山；火區(qū)探測(cè)；紅外熱成像探測(cè)技術(shù)；同位素測(cè)氡法探測(cè)技術(shù)；鉆孔探測(cè)技術(shù)

國(guó)家推進(jìn)新能源建設(shè)，利用山西大同采煤沉陷區(qū)左云縣東周窯煤矸石山建立國(guó)家先進(jìn)技術(shù)光伏示范基地。矸石山占地面積約1.8×105m2，共分3個(gè)階梯狀煤矸石覆蓋區(qū)，海拔+1344～+1401m。由于煤矸石山長(zhǎng)期陰燃易導(dǎo)致坍塌，產(chǎn)生的有毒有害氣體腐蝕光伏設(shè)備，若發(fā)生爆炸直接摧毀設(shè)備、破壞電網(wǎng)，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，圈定露頭火區(qū)范圍，精確判定隱蔽火源的深度和范圍，為后期實(shí)施有效治理奠定基礎(chǔ)，以保證光伏設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)，需要對(duì)自燃矸石山火區(qū)進(jìn)行探測(cè)研究。

1 探測(cè)過(guò)程及結(jié)果

1.1 露頭火區(qū)紅外探測(cè)

采用ThermaCAM SC640紅外熱像儀對(duì)整個(gè)煤矸石山表面進(jìn)行地表拍攝，拍攝圖片輸入電腦，利用專門的軟件進(jìn)行處理，獲得煤矸石山1號(hào)、2號(hào)及3號(hào)平臺(tái)露頭火區(qū)共計(jì)14處，總面積約8028m2。探測(cè)結(jié)果如圖1所示。

1.2 隱蔽火區(qū)探測(cè)

采用美國(guó)Durridge公司生產(chǎn)的RAD-7測(cè)氡儀，輔助測(cè)量工具有取氣桿、鋼釬、鐵錘等。以15m×15m布置測(cè)點(diǎn)，累計(jì)布置783個(gè)。通過(guò)GPS尋找測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，用鋼釬和鐵錘在坐標(biāo)點(diǎn)鉆探出300～400mm孔洞，將測(cè)氡儀空氣探針插入矸石山，周圍用腳將地面踏實(shí)，確保探針軸與周圍土壤之間較好密封。在置換掉RAD-7測(cè)氡儀腔體內(nèi)新鮮空氣以后，開始讀取數(shù)據(jù)。考慮到放射性漲落誤差、隨機(jī)誤差及系統(tǒng)誤差，以及氣候情況、淺部土壤結(jié)構(gòu)條件的不一致等因素對(duì)放射性氡異常的提取造成的影響，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、均一化和均滑處理，并進(jìn)行氣象和儀器條件校正，得出最終結(jié)果。具有代表性數(shù)據(jù)如表1所示。

1.3 鉆孔溫度和氣體探測(cè)過(guò)程

根據(jù)紅外熱成像技術(shù)及同位素測(cè)氡法探測(cè)技術(shù)探測(cè)結(jié)果，針對(duì)煤矸石山探測(cè)異常區(qū)域施工鉆孔，共布置鉆孔13個(gè)，其中1～8號(hào)鉆孔布置在2號(hào)平臺(tái)，9～11號(hào)鉆孔布置在1號(hào)平臺(tái)，12～13號(hào)鉆孔布置在3號(hào)平臺(tái)，5號(hào)鉆孔為廢孔。鉆孔內(nèi)溫度分布如圖2所示，鉆孔布置如圖3所示，部分鉆孔內(nèi)氣體組分如表2所示。

圖1 煤矸石山紅外探測(cè)結(jié)果分布

序號(hào)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)氡濃度/(Bq·m-3)14432751384046038612244327403840467985313443270838404661852444432637384045359621544326373840453889126443266538404513884274432665384045198764844326743840451091219443268538404520963510443266738404506862711443268638404605110341244326703840462110536134432696384046309111144432665384045211103215443265038404483111111644326463840460611223174432621384046411226518443263738404672115261944326113840497298020443273538404696993214432708384043808262244326423840439387023443258038404424989

2 探測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)紅外熱成像技術(shù)探測(cè)結(jié)果，1號(hào)平臺(tái)的露頭火區(qū)基本位于東側(cè)和南側(cè)的坡面處，沒(méi)有向深部發(fā)展痕跡；2號(hào)平臺(tái)的露頭火區(qū)基本分為3個(gè)區(qū)域，其中東南-南側(cè)的范圍最大，東北側(cè)靠近馬路附近為另一處露頭火區(qū)，第3處位于西側(cè)邊坡處；3號(hào)平臺(tái)已被黃土覆蓋，西側(cè)坡面處存在1處露頭火區(qū)。

圖2 鉆孔溫度分布

從同位素測(cè)氡法探測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，氡濃度在8500Bq/m3以上數(shù)據(jù)有18組，最高點(diǎn)濃度達(dá)12265Bq/m3，大部分?jǐn)?shù)據(jù)位于1000～8500Bq/m3之間，說(shuō)明東周窯煤矸石山異常區(qū)域煤巖體的溫度較高，導(dǎo)致天然放射性元素氡的析出率大幅增加。為便于闡述和數(shù)值解析，將氡值異常區(qū)域測(cè)值與地形圖疊加，如圖3所示，計(jì)算出隱患區(qū)域面積、位置，分析火區(qū)發(fā)展方向等。即2號(hào)平臺(tái)區(qū)域內(nèi)共存在A，B，C，D，E，F(xiàn)，G共7個(gè)氡濃度峰值點(diǎn)，區(qū)域總面積預(yù)估為16800m2。

圖3 煤矸石山火區(qū)探測(cè)疊加圖

表2 部分鉆孔氣體組分

根據(jù)鉆孔施工及檢測(cè)結(jié)果，1～4號(hào)鉆孔、7～8號(hào)鉆孔溫度整體偏高，最低溫度34.2℃，最高溫度111.9℃，鉆孔施工過(guò)程中，煙氣嚴(yán)重。4號(hào)鉆孔CO濃度最高1287×10-6，H2S濃度40×10-6；3號(hào)鉆孔CO濃度1280×10-6，CH4濃度達(dá)3.2%。隱蔽火區(qū)的燃燒深度均大于10m，鉆孔最高溫度點(diǎn)深度大于4m。說(shuō)明東周窯煤矸石山自燃嚴(yán)重，且內(nèi)部瓦斯?jié)舛容^高。

3 結(jié) 論

(1)山西大同采煤沉陷區(qū)左云縣東周窯煤矸石山國(guó)家先進(jìn)技術(shù)光伏示范基地的火區(qū)探測(cè)，是將紅外探測(cè)技術(shù)、同位素測(cè)氡法探測(cè)技術(shù)以及鉆孔探測(cè)技術(shù)的一次綜合應(yīng)用，也是一次成功探索。

(2)得出了東周窯煤矸石山露頭火區(qū)及隱蔽火區(qū)的具體位置、面積、燃燒深度以及發(fā)展方向，為后期的火區(qū)治理奠定了基礎(chǔ)。

(3)煤矸石山火區(qū)三維綜合探測(cè)技術(shù)測(cè)得的數(shù)據(jù)可相互驗(yàn)證，準(zhǔn)確性較高，為今后煤矸石山火區(qū)探測(cè)提供了很好的借鑒。

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[責(zé)任編輯：施紅霞]

國(guó)資委：央企上半年化解煤炭過(guò)剩產(chǎn)能6.59Mt

化解過(guò)剩產(chǎn)能是深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要任務(wù)，特別是在煤炭、鋼鐵領(lǐng)域，今年以來(lái)國(guó)有企業(yè)去產(chǎn)能的步伐正在顯著加快。

日前，國(guó)資委總會(huì)計(jì)師沈瑩在國(guó)新辦例行發(fā)布會(huì)上透露，上半年央企累計(jì)化解鋼鐵過(guò)剩產(chǎn)能5.95Mt，已提前完成全年任務(wù)；化解煤炭過(guò)剩產(chǎn)能6.59Mt，重組煤炭產(chǎn)能13Mt。

摘自：《煤炭信息》周刊2017.7.20

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)

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 exploration 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.

coal gangue pile，fire area exploration；infrared thermal imaging technology;radon isotope exploration technology；drilling exploration technology

2017-03-08

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.04.004

煤科院基礎(chǔ)基金(2014JC06)；中煤科工集團(tuán)青年基金(2016QN002)

鄭忠亞(1986-)，男，河南新鄉(xiāng)人，助理研究員，主要從事煤礦火災(zāi)防治技術(shù)研究工作。

鄭忠亞.煤矸石山火區(qū)三維綜合探測(cè)技術(shù)研究[J].煤礦開采，2017，22(4)：13-15.

TD75+1

A

1006-6225(2017)04-0013-03