煤矸石山火区三维综合探测技术研究

郑忠亚

(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)

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)

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。

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

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1.8×105m2，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。

图1 煤矸石山红外探测结果分布

序号X坐标Y坐标氡浓度/(Bq·m-3)14432751384046038612244327403840467985313443270838404661852444432637384045359621544326373840453889126443266538404513884274432665384045198764844326743840451091219443268538404520963510443266738404506862711443268638404605110341244326703840462110536134432696384046309111144432665384045211103215443265038404483111111644326463840460611223174432621384046411226518443263738404672115261944326113840497298020443273538404696993214432708384043808262244326423840439387023443258038404424989

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之间，说明东周窑煤矸石山异常区域煤岩体的温度较高，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。

图3 煤矸石山火区探测叠加图

表2 部分钻孔气体组分

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1287×10-6，H2S浓度40×10-6；3号钻孔CO浓度1280×10-6，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。

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[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

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

煤科院基础基金(2014JC06)；中煤科工集团青年基金(2016QN002)

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。

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.

TD75+1

A

1006-6225(2017)04-0013-03