應用同位素測氡技術探測煤礦井下自燃火源
摘 要 簡要介紹了同位素測氡技術的原理、工藝以及在嘉樂泉煤礦井下自燃火源探測中的應用、效果。
關鍵詞 測氡技術；火源探測；防滅火
一、前 言
二、嘉樂泉煤礦火區概況
嘉樂泉煤礦副井井筒附近的古窯火區從發現至2000年已有10年之久，中間曾治理過多次，但都未能徹底根治。99年以來距副井口45m處井壁溫度逐漸升高，最高達160℃，嚴重威脅礦井安全生產。99年5月發現料石被烤酥，支護強度降低，後采取措施對高溫區進行加固。7月3日在地麵打成一鑽孔向副井筒周圍灌漿，井壁溫度降到80℃。7月13日發現有6米長的料石垮落在金屬網上，支架變形，並在距井筒壁200mm處發現有微量的一氧化炭湧入井下，濃度為200ppm。同時在原地麵鑽孔觀測，測得CO濃度為4000ppm，說明原采空區存在火區。經研究決定，首先摸清火區範圍、火源位置及發展趨勢，在此基礎上再選擇科學的滅火方法。為準確測定火源的位置和範圍，采用了山西礦院安全研究所研究的同位素測氡法。
三、探測原理
自然界及煤岩地層中，存在著三個天然放射係即鈾、釷、錒係。這些放射性元素的半衰期均很長，在7.04×108～1.4×108年之間,故能作為母體核素廣泛存在土壤、岩石、煤係等介質中。其中鈾係的衰變產物氡屬放射性惰性氣體，以其特殊的地球化學性質被廣泛應用研究地震、火山噴發等地球動力現象中。
在鈾衰變過程中，可衰變成其子元素——放射性元素氡，同時放出α射線,通過 測量α粒子的濃度,即可測定相應的氡氣濃度值。由於地層岩性及地質構造不同，在同一地區不同岩層或同一岩層的不同層位，放射性元素的含量也大不相同，其衰變產物從地下向地上遷移的濃度及速率也大不一樣。當地下存在熱源時，由於地下火區所產生的溫度、濕度、壓力等的變化，氡及其同位素向上遷移的速率，均比地質條件相近、地下無熱源時氡及其同位素遷移速率快。所以，采空區處燃區頂部的氡氣濃度均高於無熱源區的氡氣濃度。通過采取合適的方法測量氡氣濃度的變化來測出異常變化區域，就可定出地下采空區火源的位置。
四、探測方法
測氡的方法有多種，在測量時間上分為微分法和積分法，在儀器方麵分為α杯法、活性炭法、熱釋光法等。本次嘉樂泉煤礦火區探測采用的是α杯積分法測量的方法。
4.1測量儀器及工藝
測量儀器選用CD—1α杯測氡儀，該儀器靈敏度高，其探頭為電離式，將氡子體電離，其結果顯示為cpm（每分鍾計數率），定時有1min、3min、5min等，一般先用3min。該儀器體積小、重量輕、操作簡便，其缺點是防震效果差。
與測氡儀配套使用的是α杯，，利用氡易與吸附性好的物質吸附的原理由高吸附材料製成，該杯探測麵積大為12×8cm。
實測時，按預先布置好的測點一般點距為20m×20m、15m×15m、10m×10m等，在每一測點挖40～50cm的坑布置探杯,其頂部要用塑料布覆蓋,4h後取出立即置入探測儀進行測量,定時為3 min,記下讀數,如發現測值異常需增補測點時,隨時進行增補。
4.2測場布置
4.2.1 副井井筒測場布置
根據實際情況，該測場起始位置為副井井筒第一個躲避峒室，向井筒方向延伸100m，以井筒為中線向井筒兩側各延伸20m；包括增補測點共布69個點 。點距10 m ×10 m，控製麵積4200 m2，整個測場方位與副井筒相同為NE10°。
4.2.2 主井工業廣場測場布置
根據實際情況，該測場起始線為在選煤樓立樁，向南延伸20 m，點距為4m ×4 m，共布測點21個，控製麵積控製麵積192 m2，測場方位與主井井筒相同為NE10°。
五、探測結果03manbetx
將野外所測結果應用專用軟件包進行處理，可得到測值、異常、趨勢麵立體圖及相對應的等值線圖，從而得出副井和主井周圍的火區分布平麵圖(見圖一、圖二)。
圖1 副井筒火區分布平麵圖 圖2主井周圍的火區分布平麵圖
火區結果03manbetx 為：
1、 在測區內有5個高溫火源點。
2、 A區距第1個躲避峒室20m左右，且與小窯火區相連。
3、B區、C區、D區距第1個躲避峒50～60m左右，有高溫點存在。
4、E區在井筒東側，為一高溫氧化區，距井筒10～20m。
嘉樂泉煤礦根據得出的火區分布平麵圖，製訂了科學的綜合滅火方案，通過對副井筒進行噴漿以及采用水泥粉煤灰凝膠滅火，準確有效地對井下采空區的高溫點進行了滅火，取得了較好的效果和經濟效益。實施滅火方案後，通過觀測孔發現火區內的CO、CO2、CH4及溫度的變化量均已降到《煤礦安全01manbetx 》規定範圍之內，實踐證明：同位素測氡法在探測地下火源的位置和範圍方麵，是準確的、有效的。
作者簡介：閆廣祥（1971—），男，1993年畢業於山西礦業學院采礦係礦井通風與安全專業，現在太原煤炭氣化集團有限責任公司安監局通風處工作，高級工程師，通風處副處長。 所在單位 太原煤炭氣化（集團）有限責任公司
