应用同位素测氡技术探测煤矿井下自燃火源VIP

1、 专业技术文件 / Technical documentation 编号： 应用同位素测氡技术探测煤矿井下自燃火源Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.编制：_日期：_应用同位素测氡技术探测煤矿井下自燃火源温馨提示：该文件为本公司员工进行生产和各项管理工作共同的技术依据，通过对具体的工作环节进行规范、约束，以确保生产、

2、管理活动的正常、有序、优质进行。本文档可根据实际情况进行修改和使用。 摘 要 简要介绍了同位素测氡技术的原理、工艺以及在嘉乐泉煤矿井下自燃火源探测中的应用、效果。 关键词 测氡技术；火源探测；防灭火 一、前 言 煤矿自燃火灾给煤矿生产和资源带来巨大的危害和经济损失。据统计我国煤矿自燃火灾95%以上是发生在采空区并为人们不能直视或到达的地点。由于井下地质条件及采空区等处特殊条件的限制, 人们不能准确确定地下火源的位置与范围, 也就难以采取灭火措施, 只能用大包围的办法灭火, 不仅消耗大量的人力、物力、财力, 而且还难以根治。因此对采空区火源位置进行准确、有效的探测就显得优为重要。 二、嘉乐泉煤矿

3、火区概况嘉乐泉煤矿副井井筒附近的古窑火区从发现至2000年已有10年之久, 中间曾治理过多次, 但都未能彻底根治。99年以来距副井口45m处井壁温度逐渐升高, 最高达160, 严重威胁矿井安全生产。99年5月发现料石被烤酥, 支护强度降低, 后采取措施对高温区进行加固。7月3日在地面打成一钻孔向副井筒周围灌浆, 井壁温度降到80。7月13日发现有6米长的料石垮落在金属网上, 支架变形, 并在距井筒壁200mm处发现有微量的一氧化炭涌入井下, 浓度为200ppm。同时在原地面钻孔观测, 测得CO浓度为4000ppm, 说明原采空区存在火区。经研究决定, 首先摸清火区范围、火源位置及发展趋势, 在

4、此基础上再选择科学的灭火方法。为准确测定火源的位置和范围, 采用了山西矿院安全研究所研究的同位素测氡法。 三、探测原理自然界及煤岩地层中, 存在着三个天然放射系即铀、钍、锕系。这些放射性元素的半衰期均很长, 在7.041081.4108年之间,故能作为母体核素广泛存在土壤、岩石、煤系等介质中。其中铀系的衰变产物氡属放射性惰性气体, 以其特殊的地球化学性质被广泛应用研究地震、火山喷发等地球动力现象中。在铀衰变过程中, 可衰变成其子元素放射性元素氡, 同时放出射线,通过 测量粒子的浓度,即可测定相应的氡气浓度值。由于地层岩性及地质构造不同, 在同一地区不同岩层或同一岩层的不同层位, 放射性元素的含

5、量也大不相同, 其衰变产物从地下向地上迁移的浓度及速率也大不一样。当地下存在热源时, 由于地下火区所产生的温度、湿度、压力等的变化, 氡及其同位素向上迁移的速率, 均比地质条件相近、地下无热源时氡及其同位素迁移速率快。所以, 采空区处燃区顶部的氡气浓度均高于无热源区的氡气浓度。通过采取合适的方法测量氡气浓度的变化来测出异常变化区域, 就可定出地下采空区火源的位置。 四、探测方法测氡的方法有多种, 在测量时间上分为微分法和积分法, 在仪器方面分为杯法、活性炭法、热释光法等。本次嘉乐泉煤矿火区探测采用的是杯积分法测量的方法。 4.1 测量仪器及工艺测量仪器选用CD1杯测氡仪, 该仪器灵敏度高, 其

6、探头为电离式, 将氡子体电离, 其结果显示为cpm（每分钟计数率）, 定时有1min、3min、5min等, 一般先用3min。该仪器体积小、重量轻、操作简便, 其缺点是防震效果差。与测氡仪配套使用的是杯, , 利用氡易与吸附性好的物质吸附的原理由高吸附材料制成, 该杯探测面积大为128cm。实测时, 按预先布置好的测点一般点距为20m20m、15m15m、10m10m等, 在每一测点挖4050cm的坑布置探杯,其顶部要用塑料布覆盖,4h后取出立即置入探测仪进行测量,定时为3 min,记下读数,如发现测值异常需增补测点时,随时进行增补。 4.2 测场布置 4.2.1 副井井筒测场布置 根据实际

7、情况, 该测场起始位置为副井井筒第一个躲避峒室, 向井筒方向延伸100m, 以井筒为中线向井筒两侧各延伸20m；包括增补测点共布69个点 。点距10 m 10 m, 控制面积4200 m2, 整个测场方位与副井筒相同为NE10。4.2.2 主井工业广场测场布置根据实际情况, 该测场起始线为在选煤楼立桩, 向南延伸20 m, 点距为4m 4 m, 共布测点21个, 控制面积控制面积192 m2, 测场方位与主井井筒相同为NE10。 五、探测结果 分析 将野外所测结果应用专用软件包进行处理, 可得到测值、异常、趋势面立体图及相对应的等值线图, 从而得出副井和主井周围的火区分布平面图(见图一、图二)

8、。 图1 副井筒火区分布平面图 图2主井周围的火区分布平面图火区结果分析为:1、 在测区内有5个高温火源点。2、 A区距第1个躲避峒室20m左右, 且与小窑火区相连。 3、B区、C区、D区距第1个躲避峒5060m左右, 有高温点存在。 4、E区在井筒东侧, 为一高温氧化区, 距井筒1020m。 嘉乐泉煤矿根据得出的火区分布平面图, 制订了科学的综合灭火方案, 通过对副井筒进行喷浆以及采用水泥粉煤灰凝胶灭火, 准确有效地对井下采空区的高温点进行了灭火, 取得了较好的效果和经济效益。实施灭火方案后, 通过观测孔发现火区内的CO、CO2、CH4及温度的变化量均已降到煤矿安全规程规定范围之内, 实践证明:同位素测氡法在探测地下火源的位置和范围方面, 是准确