活性炭测氡法在煤矿火区探测中的应用——以黄白茨煤矿为例

陈达蔚

（宁夏回族自治区煤田地质局，宁夏 银川750002)

0 引言

地下煤层自燃形成的火区是矿井五大灾害之一，其火源隐蔽、不易扑灭。火区的存在：一方面消耗了大量的煤炭资源，造成资源浪费；另一方面影响矿井的安全生产，形成安全隐患；与此同时，煤矿火区内往往存在空气污染大、植被退化、水资源污染等现象，生态环境遭到严重破坏。因此，火区治理迫在眉睫。如何高效、准确地探测火区范围，是亟待解决的关键所在。

1 活性炭测氡法方法原理

测氡方法有很多种，但是并不是所有的方法都可以进行地下火源的探测。从测量时间上可分为三种：累积测氡法、连续测氡法和瞬时测氡法。目前最常用的固体径迹蚀刻法、α杯法、双滤膜法和活性炭法等。相较于其他几种测氡方法，活性炭测氡法作为一种静态、累积的氡气测量方法，无论从短期勘探还是长期监测角度而言，都能体现出它的优点[1]：灵敏度高、精度高，能够更加真实的反映实际的地质现象；抗干扰能力强，有效的提高了测氡的数据质量；探测深度达；操作简便且价格低廉。

氡是非极性单原子分子，活性炭是一种非极性的强吸附剂，其孔隙比较发育，堆积密度低，比表面积为500～1700m2/g，比容积为0.15～0.90cm3/g，故活性炭有很强的吸附能力[2]。

活性炭测氡的原理是：由于影响活性炭测氡的因素比较多，尤其是考虑到湿度对活性炭活性的影响，专门设计了活性炭吸附器（见图1）。将活性炭吸附器埋置于地下一定深度，通过试验确定活性炭所吸附氡量达到最大值即与周围环境中的氡浓度达到一个相对平衡。取出活性炭吸附器，运用专门的γ能谱测量仪测量γ总计数，从而确定氡气浓度值的高低[3]。

图1

2 施工工艺

1）准备工作：在使用前首先将活性炭和硅胶用高温进行烘烤，去掉水分，冷却后按适量标准装入吸附器中，并用硅胶塞口防止地下湿气的影响，然后密封待用；

2）挖坑：在每个测点上挖掘深40cm，直径适合放置探杯的探坑，坑的底部一定要平；

3）埋杯：将集气杯(集气杯是一个杯底有圆孔的塑料杯)倒置于坑中，将吸附器塞进集气杯底部的圆孔中，平稳地放在坑中，盖上塑料布并用土密封住坑口；

4）测量：埋杯一定时间后(一般情况为5天)，仪器中设置好相应的线号和点号，取出探杯，将活性炭杯放入仪器中进行测量；

5）记录数据：每分钟测量时间到后，仪器自动将数据记录在存储器中。3分钟时间到后，仪器将点号自动加1，可继续下一点的测量；

6）传输数据：测量工作完成后，可将仪器中的数据通过串行口传输到计算机中；

7）资料整理：将测量到的数据根据需要进行适当的处理后，可以绘制所需的剖面图、立体图等图件。

3 实例应用与探测结果分析

黄白茨煤矿开采年代较长且为多层开采，采后地面变形，形成地面裂缝，致使采空区内的煤柱和残留煤炭发生氧化，由于煤的热容量较大，而热传导率低，所以煤层在不断的氧化过程中，温度也不断的增高，当温度达到一定程度后，煤层就会自燃；同时采空区内良好的通风也是煤层燃烧较好的供养条件。黄白茨煤矿火区的发展历史已经有几十年，受井下开采、地面剥挖等因素的影响，使得黄白茨煤矿的火区范围不断的变化。

根据黄白茨煤矿给出的研究范围确定：基本网度为20m×20m，即线距20m，点距20m。共布设物探测线37条，测点922个，测线长度760～230m，测线总长度为17.78km。

对采集到的原始数据进行相关的整理、处理与解释后，圈定出黄白茨煤矿火区范围如图2[3]所示。共查明火区5块，火区总面积0.19km2。在研究区内，共布设4个验证孔，其中2个布设在异常区，测温值分别为320℃和78℃；2个布设在正常区，测温值分别为27℃和35℃。钻探验证表明，通过活性炭测氡法圈定出的火区范围准确。

4 结论

实践证明，运用活性炭测氡法可以确定火区的准确位置、形态及面积，可以为煤田灭火设计及施工提供重要依据。同时，该方法在实际应用中也存在不足之处，即：仅利用活性炭测氡法还无法有效确定燃烧煤层及层数；建议根据地形地质条件采用其他有效方法进行辅助勘探，以确定垂向上的燃烧煤层和层数。

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［1］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,2004,3(35)：304-306.

［2］刘鸿福,等.白春明.煤炭自燃区上部地气氡分布规律的实验研究[J].中国地球物理年会年刊,1994.

［3］陈达蔚.乌达矿区上覆火区测氡法探测技术的应用研究项目[R].银川：宁夏煤田地质局,2013：9-52.