综合地质勘查手段在煤田火区勘查中的应用

苟钊

（新疆煤田地质局综合地质勘查队 乌鲁木齐 830009）

1 概况

作为我国煤田火灾最严重的地区，新疆煤田火区分布广、燃烧历史长，北起阿勒泰草原，南至帕米尔高原都有煤田火灾发生，每年烧掉煤炭资源1000多万吨，排放有害气体和烟尘100 多万吨，近些年有逐渐增大趋势。虽然近些年在煤田灭火工程局坚持不懈的努力下，熄灭多处重点火区，但由于新疆特殊自然条件、地质构造、煤层性质和人为因素等使煤田火灾不断发生。千百年来，新疆煤田火灾对新疆的自然环境、资源利用都造成了极大的损失。

2 勘查手段

2.1 地形测量

河南能源三源、成鑫煤矿火区勘查地形测量工作使用的三维激光扫描仪RIEGL（VZ-1000）和中海达GPS-RTK 接收机均在检定有效期内，GPS 接收机的基座圆水准气泡、光学对点器在作业前已进行了检校。以全球定位系统GPS-RTK 测量、三维激光扫描仪数字测图等先进技术为手段，采用了现行的国家标准、测绘行业标准以及有关规定；充分利用已有测绘成果资料在测区内布设图根级GPS 控制网，为该项目区域地理信息的采集提供空间位置基准。使用GPS-RTK 技术进行图根控制测量，外业使用三维激光扫描仪对地物、地貌信息数据采集，确定成图区范围内地理信息的位置和性质。内业使用南方cass2008地形地籍成图软件进行编辑、成图。为今后的规划建设提供了可靠的基础地理信息基准与图件。

该种测图方法准确高效，极大缩短了项目施工周期。三维激光扫描仪测量技术的应用大大提高了外业测量的生产效率，它被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。本次测绘项目在地形测绘上广泛应用了三维激光扫描测量技术，经检验成果可靠，且精度分布均匀。为煤田灭火初步设计计算剥离工作量、燃烧体体积提供详细数据。

2.2 红外测温、地表测温

2.2.1 红外测温

本次勘查采用FLIR—T610 型热红外成像仪，测温范围0—＞660℃，成像分辨率为320×640，拍摄角度为45°。红外成像整体图片涵盖测区温度正常区和异常区范围。通过红外图片和地表踏勘对比，说明红外图片基本能反映地表温度分布情况，受地形和拍摄角度的限制，部分区域所拍摄的温度与实际温度有一定偏差，但不影响分析整个火区的温度分布情况。

通过红外图片分析，该火区主要高温区分布在西部的三源煤矿范围内，高温区呈连片状分布，温度范围在10—324℃之间；从地表对照来看，三源煤矿井界范围中部有一处明显的青烟冒出区，地表直径超过3米的塌陷坑有2处，沿煤层露头有大量裂隙和小的塌陷，裂隙中均有热浪和刺鼻气味气体冒出。

2.2.2 地表测温

本次所使用的zyTemp-TN435测温枪，其测温范围为0～1000℃，测温误差0.1℃。火区温度测量点覆盖所有温度异常区域并包括一定数量正常值背景范围，较完整地反映了火区温度分布轮廓。由此保证了火区测温真实反映了火区温度空间分布。温度测量数据通过相关软件绘制成温度等值线图，统计并计算出各温度区间的面积，各温度区间面积的和即是地表测温得出的火区温度异常区的面积。对各温度区间面积与相应散热参数求积，计算出火区每年燃烧的煤炭储量。

2.3 地质调查

通过地表踏勘，结合GPS 定位，准确等位高温区、明火点、塌陷坑、裂隙、返碱和返潮点，发现高温区多分布于塌陷坑、裂隙内，多处浓重的青烟冒出，局部裂隙亦有青烟和刺激性气味气体冒出，高温整体沿煤层走向分布，并对煤层露头进行追索控制，对出露地层产状、构造界线等进行定位测量。为煤田火区范围圈定提供直接依据。

2.4 综合物探

火区勘查常规物探勘查主要使用磁法、自燃电法对火区范围、燃烧深度进行控制，本次勘查工作同时进行了高密度电法和瞬变电磁工作手段，高密度电法主要对浅部空区进行探测，瞬变电磁主要对深部空区进行探测，标示空洞位置采用合适的处理方法，可减少灭火施工时对重型设备安全隐患和空洞注浆材料的选择提供依据。同时所测数据与电、磁法数据成果相互验证，更精确确定火区范围和深度。

自燃电法施工选用重庆奔腾地质仪器研究所生产的WDJD-4 型多功能数字直流激电仪；高精度磁法测量工作使用的仪器装备为PMG-1 型质子磁力仪，高密度电法施工选用重庆奔腾地质仪器研究所生产的WDJD-4 型多功能数字直流激电仪配合WDZJ-120多路电极转换器。

2.5 钻探

主要通过钻探对前期物探圈定火区范围和深度进行验证，同时为物探解释提供参数支持，本次钻探施工机械采用沙驼WT150B型钻机完成，由柴油发电机组提供动力。岩层采用硬质合金或人造金刚石复合片钻头钻进，煤层采用单动双套或半合管的硬质合金或人造金刚石复合片钻头钻进，钻头类型主要有φ98mm 里外钻头，φ98mm 四翼肋骨钻头，φ98mm双管取芯钻头，φ102 肋骨钻头，第四系开孔孔径φ 146mm，终孔直径一般为不小于φ98mm。通过钻探详细查明钻孔处燃烧煤层层位、深度及燃烧状况等，通过应用热电偶测温绳和便携式数字温度计孔内测温，可根据孔内温度变化位置分析孔内燃烧程度，判断燃烧点位置，钻探探火详细数据为地表物探解释燃烧范围和深度提供准确参数。

3 综合分析

通过地形测量、红外测温、地表测温、地质调查、综合物探和钻探验证多种勘查手段相结合高效精确的完成了设计和《煤田火灾灭火规范》对详细勘查阶段的任务。

E9 线磁法及自电测线全长1050 m，高密度测线全长440m。测线490 m-550 m 段地表裂缝发育，局部裂缝有盐结晶析出，局部地段地表湿润，区内无火成岩侵入。自然电位剖面470m-640 m桩有幅值为20mv-50mv的电位异常；磁异常剖面480m-610 m桩有一单峰状较为平缓的磁异常段，其中480 m-520 m桩号段磁场梯度较大。ΔT 值为0 nT-500 nT，正异常高出背景值50 nT-300 nT，负异常低于背景值500 nT-180 nT；高密度反演电阻率剖面呈现出一个高阻带，位于460 m-560 m桩，反演电阻率范围为200 Ω·m-600Ω·m，呈条带状从地表往下延伸20 m；结合地表情况及地质资料，解释如下：南侧火区范围位于470 m-610 m桩，火区北深南浅，火区最大埋深17.5m；北侧火区范围位于655 m-9800 m桩，火区通过塌陷带，火区最大埋深50m；产状与煤层一致。

通过该综合剖面图可以看出磁异常反应明显，因中部为燃烧塌陷坑自燃电法无法覆盖仅右侧呈现异常，通过磁异常和自电异常结合地质调查得到的煤层、地层产状综合解释深度为0-50米，施工钻孔处解释深度为44 米，钻孔验证火区深度为44.85 米，误差小于1米，说明物探解释成果可靠。钻探探明的深度又为地表物探提供参数支持。

通过地形地质测量、红外测温、地表测温网、地质调查、综合物探和钻探验证的综合勘查手段，多种方法相互配合、相互验证最终准确确定火区范围、深度和燃烧程度。各种方法紧密衔接，相互配合准确高效的完成了详细勘查任务。

4 灭火方法建议

在煤田火区详细勘查过程中，查明了火区的燃烧煤层、范围、燃烧深度和水、土、电源情况，建议采用综合治理方法，即剥离、钻探、注水、注浆、黄土覆盖的灭火方法。