煤田火区探测与均压通风防灭火技术--贺明新

矸石山燃烧影像
遥感探测技术
圈状燃烧影像不规则的 黑圈解译为正在燃烧的 塌陷区；线状影像特征 浅色短线突起解译为燃 烧形成的裂隙；面状影 像特征大型锯齿长条形 图案解译为采煤工作面 塌陷区喷气、冒烟 。
采空塌陷型燃烧裂隙
遥感探测技术
对光谱信息的解译 岩石、植被和土壤等环境物质在高温的作用下， 会引起这些物质物理、化学性质的改变，形成与煤层 自燃有关的一些特殊光谱特征。 通过对燃烧区内处于不同燃烧程度的岩石、土壤、 围岩标本采集和室内光谱测试，对光谱的反射、吸收 进行分析，作出各地物的图像光谱曲线，分析与非煤 火区的光谱差异，总结燃烧区高光谱特征参数，从而 确定煤火异常区。
遥感探测技术
遥感探测技术
遥感探测技术对地表、近地表煤火的探测十分
迅速有效，由于遥感方法探测的是地表信息，无 法直接获得地下煤火的深度和燃烧状态信息，而 地球物理探测方法对地下燃烧体相关信息的探测 比较有效，将遥感和地球物理方法进行有效地组
合，可以弥补单一探测方法的不足，是一种较有
效地探测煤火的途径。
地下煤层自燃遥感探测机理
遥感探测依据利用平台类型的不同分为卫星遥感 探测、航空遥感探测以及地面遥感探测，这些探测方 法构成了地下煤层自燃遥感探测体系。 遥感探测机理: 煤层自燃是一个具有耗散结构的开放系统，与外 界存在物质和能量的交换。这种交换引起物质成分和 结构的变换，进而导致物理、化学和生物性质的变化， 这些变化会引起遥感图像光谱特征、结构特征和热辐 射等异常现象。例如煤层自燃形成的高温作用，
地质雷达法
超声波在介质中传播时，遇有高温时反射速率将 发生变化，地质雷达法即是利用这个原理对煤自燃隐 蔽火源进行探测的。利用地质雷达法探测火源时，由 于波的衰减过快，并且在井下非连续介质中进行温度 的定性或定量分析缺乏准确性和可靠的对比参数，对 煤自燃火源的探测效果并不明显。目前，该方法主要 用于地质构造极其裂隙的探测，对于煤自燃火源点的 探测仍处于研究阶段。
同位素测氡技术在公乌素煤矿1604工作面的应用
数据处理及分析
将现场测得的数据 导入到Excel中，用数 据处理软件做出氡气浓 度等值线图、氡气浓度 表面图、氡气浓度线框 图。
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氡气浓度等值线图
同位素测氡技术在公乌素煤矿1604工作面的应用
煤田火灾
由于入风相对分散，地表入风一般较微弱，地面无 明显的指示．给入风口的勘探带来很大困难。目前， 还没有一种仪器能在入风口的勘察中起到有效的作用。
在火区的内部，由于存在出风口和入风口的自然高
差即火区内外温度差，形成了火区内外空气密度差， 产生压力差．从而促使火区内外空气流动，推动火区 的发展。这种促使火区内外空气流动的能量我们称为 火风压。火风压一旦形成就可以成为火区发展的动力。
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地下煤层自燃遥感探测机理
使岩石、煤、植被、土壤等部分环境要素发生物理变 化，地表的裂隙、塌陷、滚石等异常景观则是热应力 作用结果。岩石热应力作用改变了岩石的结构和构造， 导致岩石裂隙发育和扩大；热辐射异常直接显示了煤 层自燃状态和地质环境；光谱异常则是地表析出物质、 岩石烧变、土壤枯化和植被发育不良的直接反应。通 过遥感光谱、热红外和结构等异常变化信息的提取， 可以宏观、动态和综合地了解煤层自燃的发生、发展、 消失的过程信息和响应的空间状态，是遥感探测煤火 的理论基础。
煤田火灾
查明火区的通风系统，特别是火区的出风口和入风口 是非常重要的，应作为火区勘探的主要内容之一。入 风口和出风口一般具有如下特点。出风口一般位于地 势较高处的煤层顶部岩石，由燃烧或采空塌陷形成的 裂隙或烧变岩裂隙构成．在周围有烟气、高温、返潮 和硫磺等结晶物，很容易识别。由于火区内高温气体 按照阻力最小原则选择裂隙通道作为出风口，因而出 风相对较集中。出风口一旦形成也并不是一成不变的。 它也随着火区的发展需要而改变。和出风口相比。入 风口一般分布于地势较低处，如沟谷的两侧。主要由 已熄灭火区的烧变岩和煤层顶部岩石的裂隙构成。
煤田火区探测与均压通风 防灭火技术
主讲人：贺明新
煤炭科学研究总院沈阳研究院 神 华 乌 海 能 源 有 限 责 任 公 司 西 北 煤 矿 防 灭 火 研 究 院
遥感探测技术及应用
煤 田 火 区 探 测
地球物理火区探测技术 同位素测氡技术及应用 矿井漏风检测技术及应用
均 压 防 灭 火 技 术
开区均压
磁探测法
但是，由于火烧岩的磁性随自燃 温度的升高而增强，当自然发火 区温度小于400℃时，上覆岩层不 会形成较高的磁性。另外，煤自 燃初期的火源点面积一般较小， 且烘烤时间相对较短，磁场强度 往往变化不大，实际探测效果不 明显。因此，磁探测法一般适宜 于煤田自燃火区或规模较大自燃 火源点的探测，对于煤自燃发火 初期是很难准确探测火源位置的。
遥感探测技术
热辐射信息解译， 在地下煤层自燃条件下，燃烧产生的热量沿岩石 裂隙扩散，向上逸出；或经过岩层热传导作用在地表
形成热异常区。由于热异常区温度比地面环境温度高，
因此形成较强的热辐射，其强度取决于异常场的温度。 温度越高，则辐射越强。 乌达矿区地表正常温度在14-35℃之间，通过热红 外测温成像即可识别火区热异常区域。
直升机航磁、电磁测量系统
根据目前各种方法的使用情况，我们认为同位 素测氡法配合气体测量法和温度法勘查火区的综
合方法是当前比较准确、经济、实用的火源勘查
方法。
同位素测氡法原理
当地下煤层发生氧化升温或自燃时，其周围及上覆岩 层中天然放射性素氡的析出率增大，由于氡衰变时的离子 交换作用使其反应到地表而形成放射性异常，该异常可作 为反映温度的信息而被检测出来，通过在地面探测氡气的 变化规律，对煤自燃火源的位置、范围和发展趋势进行分 析，即是同位素测氡法探测煤层火区的原理 。但是由于造 成氡气异常的原因非常复杂，除了煤炭自燃火源之外，断 层、陷落柱、裂隙、地下水等往往也会造成类似的结果， 因此，即使测出氡气异常的范围也不能完全确定为自燃火 源位置。
闭区均压
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煤田火区探测
遥感探测 技术及应用 地球物理火区 探测技术
同位素测氡 技术及应用
矿井漏风检测 技术及应用
国内外遥感探测现状
60年代美国首次使用热感相机红外侦查系统，进行探 测和定位煤矸石煤火的可行性试验，这是科技人员首次利 用热红外遥感技术研究和探测煤火。80年代美国开始应用 陆地卫星数据调查研究煤层自燃问题。我国80年代地质部 遥感中心在宁夏汝箕沟矿区开展了航空遥感调查煤层自燃 工作，煤炭地质总局航测遥感局、北京遥感公司等单位也 相继开展了卫星遥感、航空热红外遥感对北方地区煤田火 灾进行调查和监测。 地下煤层自燃遥感探测大致经历了热红外遥感探测、 基于GIS的遥感探测和现在的多平台多传感器探测等三个 主要阶段。
磁探测法
煤层上覆岩层中一般含有大量的菱铁矿及黄铁矿 结核，煤层自燃时上覆岩石受到高温烘烤，其中铁质 成份发生物理化学变化，往往形成磁性矿物，天然磁 场探测法即是根据这个特性对火源进行探测的。 磁探测法只适用于煤层或顶、底板岩层中存在铁 磁性物质或能够撒布铁磁性物质的地方。我国曾于20 世纪60年代利用磁探测法对西北各省的煤田火区进行 过探测，印度曾利用磁探测法划定了煤田火区的范围， 此外，俄罗斯、乌克兰等过对该法也有所应用。
地 球 物 理 火 区 探 测 技 术
测电阻法
地质雷达法
磁探测法
同位素测氡法
测电阻法
正常情况下，埋藏于地下的煤层沿走向（或其他方 向）的结构状态和含水性变化不大，电阻率基本保持不 变。但是，由于煤自燃直至燃烧过程的影响，附近煤层 的结构状态及其含水性将发生较大的变化，并引起煤层 及周围岩石电阻率的变化。煤自燃初期，由于空气中的 水分逐渐凝积，使得裂隙中的水分增加，导电性增强， 导致电阻率下降；自燃发展后期，由于遗煤燃烧比较充 分，煤层结构状态变化较大，水分也全部蒸发掉，电阻 率值较高。 测电阻率法受大地杂散电流干扰大，高压线、大型 电机对其测定结果也影响较大，故分析结果存在多解性。
同位素测氡法原理
氡气异常区 地表 热异常区
含煤岩系地层
裂隙发育带 放射性元素激发区
煤层
地下煤火源区
同位素测氡技术在公乌素煤矿1604工作面的应用
1604工作面上覆9#煤层小窑火区概况
9#煤层小窑火区为小窑开采后引发的浮煤自燃，火区
面积不详。经过2009年和2010年的两次灭火后又出现复燃 迹象。2012年1月进行第三次灭火，设计将9#煤层前期着 火位置和上覆岩层全部剥离。剥离工作已完成设计工程量， 坑内南部和北部分别有小窑巷道出现烟雾和明火。需要明
确剥挖坑周边隐蔽火区位置及范围，为下一步的火区治理
方案提供科学依据，为此对9#煤层小窑火区采取了同位素 测氡法进行了火区范围探测。
同位素测氡技术在公乌素煤矿1604工作面的应用
探测仪器的选择
本次测氡采用性能可靠、应用广泛的RAD7专业电子测
氡仪和GPS定位仪，如图所示。
同位素测氡技术在公乌素煤矿1604工作面的应用
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范围为目前剥离坑以
南100m和以东50m范 围内，总体呈“L” 型，测氡点布置示意 图如图所示。