綜合地質(zhì)勘查手段在煤田火區(qū)勘查中的應(yīng)用

茍釗

（新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊(duì) 烏魯木齊 830009）

1 概況

作為我國煤田火災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)，新疆煤田火區(qū)分布廣、燃燒歷史長，北起阿勒泰草原，南至帕米爾高原都有煤田火災(zāi)發(fā)生，每年燒掉煤炭資源1000多萬噸，排放有害氣體和煙塵100 多萬噸，近些年有逐漸增大趨勢。雖然近些年在煤田滅火工程局堅(jiān)持不懈的努力下，熄滅多處重點(diǎn)火區(qū)，但由于新疆特殊自然條件、地質(zhì)構(gòu)造、煤層性質(zhì)和人為因素等使煤田火災(zāi)不斷發(fā)生。千百年來，新疆煤田火災(zāi)對新疆的自然環(huán)境、資源利用都造成了極大的損失。

2 勘查手段

2.1 地形測量

河南能源三源、成鑫煤礦火區(qū)勘查地形測量工作使用的三維激光掃描儀RIEGL（VZ-1000）和中海達(dá)GPS-RTK 接收機(jī)均在檢定有效期內(nèi)，GPS 接收機(jī)的基座圓水準(zhǔn)氣泡、光學(xué)對點(diǎn)器在作業(yè)前已進(jìn)行了檢校。以全球定位系統(tǒng)GPS-RTK 測量、三維激光掃描儀數(shù)字測圖等先進(jìn)技術(shù)為手段，采用了現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)規(guī)定；充分利用已有測繪成果資料在測區(qū)內(nèi)布設(shè)圖根級GPS 控制網(wǎng)，為該項(xiàng)目區(qū)域地理信息的采集提供空間位置基準(zhǔn)。使用GPS-RTK 技術(shù)進(jìn)行圖根控制測量，外業(yè)使用三維激光掃描儀對地物、地貌信息數(shù)據(jù)采集，確定成圖區(qū)范圍內(nèi)地理信息的位置和性質(zhì)。內(nèi)業(yè)使用南方cass2008地形地籍成圖軟件進(jìn)行編輯、成圖。為今后的規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的基礎(chǔ)地理信息基準(zhǔn)與圖件。

該種測圖方法準(zhǔn)確高效，極大縮短了項(xiàng)目施工周期。三維激光掃描儀測量技術(shù)的應(yīng)用大大提高了外業(yè)測量的生產(chǎn)效率，它被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量方法，具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢。三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。本次測繪項(xiàng)目在地形測繪上廣泛應(yīng)用了三維激光掃描測量技術(shù)，經(jīng)檢驗(yàn)成果可靠，且精度分布均勻。為煤田滅火初步設(shè)計計算剝離工作量、燃燒體體積提供詳細(xì)數(shù)據(jù)。

2.2 紅外測溫、地表測溫

2.2.1 紅外測溫

本次勘查采用FLIR—T610 型熱紅外成像儀，測溫范圍0—＞660℃，成像分辨率為320×640，拍攝角度為45°。紅外成像整體圖片涵蓋測區(qū)溫度正常區(qū)和異常區(qū)范圍。通過紅外圖片和地表踏勘對比，說明紅外圖片基本能反映地表溫度分布情況，受地形和拍攝角度的限制，部分區(qū)域所拍攝的溫度與實(shí)際溫度有一定偏差，但不影響分析整個火區(qū)的溫度分布情況。

通過紅外圖片分析，該火區(qū)主要高溫區(qū)分布在西部的三源煤礦范圍內(nèi)，高溫區(qū)呈連片狀分布，溫度范圍在10—324℃之間；從地表對照來看，三源煤礦井界范圍中部有一處明顯的青煙冒出區(qū)，地表直徑超過3米的塌陷坑有2處，沿煤層露頭有大量裂隙和小的塌陷，裂隙中均有熱浪和刺鼻氣味氣體冒出。

2.2.2 地表測溫

本次所使用的zyTemp-TN435測溫槍，其測溫范圍為0～1000℃，測溫誤差0.1℃?；饏^(qū)溫度測量點(diǎn)覆蓋所有溫度異常區(qū)域并包括一定數(shù)量正常值背景范圍，較完整地反映了火區(qū)溫度分布輪廓。由此保證了火區(qū)測溫真實(shí)反映了火區(qū)溫度空間分布。溫度測量數(shù)據(jù)通過相關(guān)軟件繪制成溫度等值線圖，統(tǒng)計并計算出各溫度區(qū)間的面積，各溫度區(qū)間面積的和即是地表測溫得出的火區(qū)溫度異常區(qū)的面積。對各溫度區(qū)間面積與相應(yīng)散熱參數(shù)求積，計算出火區(qū)每年燃燒的煤炭儲量。

2.3 地質(zhì)調(diào)查

通過地表踏勘，結(jié)合GPS 定位，準(zhǔn)確等位高溫區(qū)、明火點(diǎn)、塌陷坑、裂隙、返堿和返潮點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)多分布于塌陷坑、裂隙內(nèi)，多處濃重的青煙冒出，局部裂隙亦有青煙和刺激性氣味氣體冒出，高溫整體沿煤層走向分布，并對煤層露頭進(jìn)行追索控制，對出露地層產(chǎn)狀、構(gòu)造界線等進(jìn)行定位測量。為煤田火區(qū)范圍圈定提供直接依據(jù)。

2.4 綜合物探

火區(qū)勘查常規(guī)物探勘查主要使用磁法、自燃電法對火區(qū)范圍、燃燒深度進(jìn)行控制，本次勘查工作同時進(jìn)行了高密度電法和瞬變電磁工作手段，高密度電法主要對淺部空區(qū)進(jìn)行探測，瞬變電磁主要對深部空區(qū)進(jìn)行探測，標(biāo)示空洞位置采用合適的處理方法，可減少滅火施工時對重型設(shè)備安全隱患和空洞注漿材料的選擇提供依據(jù)。同時所測數(shù)據(jù)與電、磁法數(shù)據(jù)成果相互驗(yàn)證，更精確確定火區(qū)范圍和深度。

自燃電法施工選用重慶奔騰地質(zhì)儀器研究所生產(chǎn)的WDJD-4 型多功能數(shù)字直流激電儀；高精度磁法測量工作使用的儀器裝備為PMG-1 型質(zhì)子磁力儀，高密度電法施工選用重慶奔騰地質(zhì)儀器研究所生產(chǎn)的WDJD-4 型多功能數(shù)字直流激電儀配合WDZJ-120多路電極轉(zhuǎn)換器。

2.5 鉆探

主要通過鉆探對前期物探圈定火區(qū)范圍和深度進(jìn)行驗(yàn)證，同時為物探解釋提供參數(shù)支持，本次鉆探施工機(jī)械采用沙駝WT150B型鉆機(jī)完成，由柴油發(fā)電機(jī)組提供動力。巖層采用硬質(zhì)合金或人造金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)，煤層采用單動雙套或半合管的硬質(zhì)合金或人造金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)，鉆頭類型主要有φ98mm 里外鉆頭，φ98mm 四翼肋骨鉆頭，φ98mm雙管取芯鉆頭，φ102 肋骨鉆頭，第四系開孔孔徑φ 146mm，終孔直徑一般為不小于φ98mm。通過鉆探詳細(xì)查明鉆孔處燃燒煤層層位、深度及燃燒狀況等，通過應(yīng)用熱電偶測溫繩和便攜式數(shù)字溫度計孔內(nèi)測溫，可根據(jù)孔內(nèi)溫度變化位置分析孔內(nèi)燃燒程度，判斷燃燒點(diǎn)位置，鉆探探火詳細(xì)數(shù)據(jù)為地表物探解釋燃燒范圍和深度提供準(zhǔn)確參數(shù)。

3 綜合分析

通過地形測量、紅外測溫、地表測溫、地質(zhì)調(diào)查、綜合物探和鉆探驗(yàn)證多種勘查手段相結(jié)合高效精確的完成了設(shè)計和《煤田火災(zāi)滅火規(guī)范》對詳細(xì)勘查階段的任務(wù)。

E9 線磁法及自電測線全長1050 m，高密度測線全長440m。測線490 m-550 m 段地表裂縫發(fā)育，局部裂縫有鹽結(jié)晶析出，局部地段地表濕潤，區(qū)內(nèi)無火成巖侵入。自然電位剖面470m-640 m樁有幅值為20mv-50mv的電位異常；磁異常剖面480m-610 m樁有一單峰狀較為平緩的磁異常段，其中480 m-520 m樁號段磁場梯度較大。ΔT 值為0 nT-500 nT，正異常高出背景值50 nT-300 nT，負(fù)異常低于背景值500 nT-180 nT；高密度反演電阻率剖面呈現(xiàn)出一個高阻帶，位于460 m-560 m樁，反演電阻率范圍為200 Ω·m-600Ω·m，呈條帶狀從地表往下延伸20 m；結(jié)合地表情況及地質(zhì)資料，解釋如下：南側(cè)火區(qū)范圍位于470 m-610 m樁，火區(qū)北深南淺，火區(qū)最大埋深17.5m；北側(cè)火區(qū)范圍位于655 m-9800 m樁，火區(qū)通過塌陷帶，火區(qū)最大埋深50m；產(chǎn)狀與煤層一致。

通過該綜合剖面圖可以看出磁異常反應(yīng)明顯，因中部為燃燒塌陷坑自燃電法無法覆蓋僅右側(cè)呈現(xiàn)異常，通過磁異常和自電異常結(jié)合地質(zhì)調(diào)查得到的煤層、地層產(chǎn)狀綜合解釋深度為0-50米，施工鉆孔處解釋深度為44 米，鉆孔驗(yàn)證火區(qū)深度為44.85 米，誤差小于1米，說明物探解釋成果可靠。鉆探探明的深度又為地表物探提供參數(shù)支持。

通過地形地質(zhì)測量、紅外測溫、地表測溫網(wǎng)、地質(zhì)調(diào)查、綜合物探和鉆探驗(yàn)證的綜合勘查手段，多種方法相互配合、相互驗(yàn)證最終準(zhǔn)確確定火區(qū)范圍、深度和燃燒程度。各種方法緊密銜接，相互配合準(zhǔn)確高效的完成了詳細(xì)勘查任務(wù)。

4 滅火方法建議

在煤田火區(qū)詳細(xì)勘查過程中，查明了火區(qū)的燃燒煤層、范圍、燃燒深度和水、土、電源情況，建議采用綜合治理方法，即剝離、鉆探、注水、注漿、黃土覆蓋的滅火方法。