【導讀】內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田（煤礦）火區(qū)詳細勘察。報告編制單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局117勘探隊。編制時間：2020年4月。順序號圖號圖名比例尺。卓子山煤田烏海海南小窯關(guān)閉區(qū)地形及?；饏^(qū)詳細勘察物探工程位置圖

　　

【正文】 較高。其中鈾、釷等放射性元素經(jīng)衰變后，均產(chǎn)生氡氣、 釷射氣和錒射氣，釷射氣和錒氣的半衰期很短，釷射氣為 、錒氣為 s，而氡氣的半衰期則較長（ ），其運移距離最遠，能從地下幾十米甚至數(shù)百米的地方運移到地表。 氡氣在巖層中的運移，受巖層中的孔隙度、溫度、壓力、地下水等諸多因素的控制。煤層自燃時，使得巖層的孔隙度增大，溫度和壓力升高，燃燒煤層所產(chǎn)生的其它氣體 CO、 CO SO2以及熱蒸汽等向上拖拽，氡氣的運移數(shù)量和速度明顯增加，因而在火區(qū)的上方就會形成氡氣濃度相對的高值區(qū)。在地表準確的測量氡氣濃度的大小，就可圈定活火區(qū)的范圍，推斷煤層的燃 燒狀況。 自然 電位 異常分析 自然電場法是電法勘探中使用較早的一種方法，是基于地層內(nèi)的內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 32 水分子被吸附，與圍巖存在電位差為前提的探測方法。當?shù)叵旅簩尤紵龝r，隨同吸附巖層中的水離子，通過巖層中的孔隙、裂隙或破碎帶到達地面，使火燒區(qū)水離子濃度增大，形成明顯的電位差。 通過對比分析，掌握活火區(qū)過濾電場的電位變化特征及不同電位差的幅值變化，進而判識當?shù)乇頍o塌陷區(qū)時，電位差值幅值?。划?shù)乇泶嬖谒輹r，則電位差幅值將發(fā)生較大變化，表現(xiàn)為梯度變化大。自然電位布置的測線大部分都是采空之后燃燒造成塌陷區(qū)，根據(jù)電位差剖面和野外調(diào) 查及其它物探手段，大致圈出活火區(qū)范圍。 ㈡異常 定性 分析 地質(zhì)調(diào)查分析 本區(qū)總調(diào)查火點 8 個， 塌陷 、采坑 點 9個 （位置坐標見附表 2） ，從下表可以看出，著火點都呈高溫異常，列表如下。 表 331 火區(qū)明火點坐標一攬表 點號 坐 標 溫度 備 注 X Y 1 4367751 36411242 245 高溫燃燒點，廢井口 2 4367398 36411750 167 露頭點，高溫燃燒，有熱氣 3 4367131 36411121 247 有硫化氫氣味， 采 坑 4 4367080 36411071 133 有硫化氫氣味，廢 井口 5 4366772 36411384 78 有硫化氫氣味， 塌陷坑 6 4367504 46414547 443 高溫燃燒點 ， 廢井口 7 4367226 36414668 174 有硫化氫氣味， 裂縫 8 4366599 36414687 89 有硫化氫氣味， 采坑 火區(qū) 1：位于白云烏素礦區(qū)的北東側(cè)，大部分在東風前礦八號井，少部分位于烏海市海南區(qū)東山 2 號井，燃燒煤層為 16 煤，煤層傾角10 o。該火區(qū)目前正在剝離，剝離面、底板均見有燒變巖 、青煙、明火點等。照片 13 為 采坑、露頭、裂縫處 ，可見到明火點及大量的青內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 33 煙；在剝離底板上的鉆孔內(nèi)，輻射溫度高達 248 oC，底板上有裂縫、火洞輻射溫度都很高，一般在 180 oC 以上，火區(qū)處于燃燒狀態(tài)。 照片 1 采坑著火 照片 2 裂縫著火 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 34 照片 3 煤層露頭 火點 火區(qū) 2：位于白云烏素礦區(qū)，火區(qū)自北向南橫跨烏海市海南區(qū)東風前礦 8號井、烏海市海南區(qū)巨財煤礦和烏海市海南區(qū)東山 2 號井。燃燒煤層為 9 煤，煤層傾角 10 o。火區(qū)內(nèi)見有廢棄的井口、塌陷坑、裂隙、煙汽、溫度異常點，明火點特等 （見照片 45） 。未 封閉的廢棄井口 ,增強了燃燒煤層的供氧條件，使地下煤層燃燒更加強烈，井口熱浪明顯，輻射溫度高達 287℃。從塌陷坑和裂縫中冒出的熱汽和煙霧十 分明顯，并 夾雜著強烈的刺激性氣味。在煤層露頭處也出現(xiàn)過煤層自燃。 照片 4 廢氣井口著火 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 35 照片 5 裂縫塌坑 著火 火區(qū) 3：位于白云烏素礦區(qū)，烏海市海南區(qū)東方紅前礦井田內(nèi)。燃燒煤層為 16 煤，煤層傾角 9～ 12 o。局部地段正在剝離，剝離面、底板均見有燒變巖、煙汽、高溫點、硫磺析出等 （見照片 67） 。地面上的輻射溫度高達 443 oC。 照片 6 裂縫著火 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 36 照片 7 采坑著火 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 37 D02 線物探曲線 剖面分析 在各物探曲線上的火區(qū)與正常區(qū)存在明顯差異，據(jù)此可以劃分火區(qū)邊界。現(xiàn)以 D2線為例予以以說明。 （ 1）測氡 異常 煤層自燃時，使得巖層的孔隙度增大，溫度和壓力升高，燃燒煤層所產(chǎn)生的其它氣體 CO、 CO SO2以及熱蒸汽等向上拖拽，氡氣的運移數(shù)量和速度明顯增加，因而在火區(qū)的上方就會形成氡氣濃度相對的高值區(qū)。如圖中 250～ 480號區(qū)域，氡的數(shù)量達到 10 以上，與正常區(qū)形成明顯差異。本區(qū)以大于 10 計數(shù)氡含量劃分火區(qū)。 （ 2）測溫 異常 從圖中可以看出， 火 區(qū)上方溫度明顯偏高。本區(qū)以溫度大于 20186。劃分火區(qū)。 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 38 （ 3）自然電位 異常 自然電位呈負 異常，與 正常區(qū)呈臺階狀躍變，一般以自然電位小于 0mv 的躍變點劃分火區(qū)邊界。 （ 4）磁測 異常 區(qū)內(nèi)煤層主要沿溝邊、廢棄巷道和煤層采空區(qū)自燃，隨著向覆蓋區(qū)延伸 ,通風供氣條件變差 ,煤層自燃隨之變?nèi)醪②呌诩鉁?,對應的燒變巖磁性隨之變?nèi)?,故一般在溝邊燒變巖出露區(qū)觀測到的磁異常幅度較大 ,多為尖峰的鋸齒異常；而在自燃邊界附近，因燒變巖有一定的埋深 ,則觀測到幅度相對較小的園滑異常。本區(qū)以正異常向負異常的過渡段零值劃分火區(qū)邊界。 平面成果 對比各曲線 異常形態(tài)，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查成果，劃分 D2 線火區(qū)范圍在 250～ 480號間； 其他測線解釋與 D2 線相同（見剖面曲線圖） 。對全區(qū) 66 條曲線通過綜合解釋，劃分出各曲線火區(qū)范圍，繪制成平面圖，最終圈出火區(qū)范圍（圖中紅線區(qū)域）。全區(qū)資料齊全，解釋方法正確，成果可靠。 二、綜合物探方法解釋成果分析 火區(qū)邊界 本次火區(qū) 詳細 勘探采用綜合物探方法，是有效且合理的勘探手段。 先根據(jù) 測氡氡元素累計量異常圈定 活火 區(qū) 或隱伏及半隱伏火區(qū)范圍；然后根據(jù) 熱紅外測溫溫度異常能大致圈定高溫區(qū)與低溫區(qū)， 最后根據(jù)自然電位差、梯度變化的磁測異 常圈定煤層熄滅帶與燃燒帶（吸附水蒸發(fā)帶）的邊界，另外參考地形走向、煤層露頭，綜合圈定活火區(qū) 燃燒 范圍邊界。 影響邊界 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 39 影響邊界涵義為地下煤層活火造成周邊塌陷及裂隙且包括即將引起 火區(qū)、 相對 低溫區(qū)的 區(qū)域 。本次勘探圈定影響邊界的原則為活火區(qū)范圍外推 20m， 并綜合煤層走向、煤層露頭將被火區(qū)影響的范圍。 燃燒深度 一般煤層燃燒都為近地表、第四系覆蓋層較薄的層位。燃燒造成煤層及頂板形成烘拷帶，形成比煤層厚度大許多的燃燒厚度。一般來說，憑經(jīng)驗得出，燃燒厚度比煤層厚度大 1～ 倍。 燃燒深度主要依據(jù)地表標高及各煤層 底板標高推斷求得。 第 四 章 礦區(qū)火區(qū) 第一節(jié) 火區(qū)特征及著火煤層 一、火區(qū)分布特征 礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)已查明 3 處火區(qū)。 ㈠火區(qū)燃燒特征 火區(qū) 現(xiàn)場 勘查發(fā)現(xiàn)，煤火 處 一般沿裂縫、塌陷坑 、采坑 及 廢棄井口 部位 見有青煙、硫磺析出、高溫輻射 ，燃燒強烈一些 的 ，大多可見到明火、大量的青煙、強裂的刺鼻氣味 (SO2)，局部見燒變巖。老窯井口及 采空區(qū)大多可見到明火、大量的青煙。 ㈡火區(qū)地表特征 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 40 火區(qū)地表指示特征是火區(qū)野外調(diào)查和火區(qū)圈定的重要依據(jù)，表現(xiàn)為明火、熱異常、有害氣體、青煙、裂縫、硫磺（硭硝）析出、燒變巖及植被枯死等。 熱異常和煙氣 煤層燃燒后釋放出大量的熱量，以傳導、對流和輻射的形式擴散到圍巖和大氣中，在地表形成熱異常區(qū)，與周圍背景形成較大的溫差；通常地表熱異常在裂縫、氣孔、塌陷附近表現(xiàn)最為明顯，有時在裂縫見有硫磺、芒硝結(jié)晶體析出；同時，煤層在燃燒過程中釋放出大量的煙氣，煙氣中含有有害氣體，如 SO H2S、 CO、 NOX 等，有刺鼻氣味，這些煙氣一般沿地表裂縫中冒出。地表熱異常和煙氣，是野外火區(qū)調(diào)查的主要依據(jù) （見照片 8） 。 照片 8 熱異常和煙氣 火區(qū)裂縫與塌陷 火區(qū)地表的地貌變化十分顯著。由于火區(qū)內(nèi)溫度高，巖 石的物理化學性質(zhì)發(fā)生變化，導致巖石破碎，形成大量的裂縫；同時，由于煤內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 41 層燃燒后形成空洞，導致上部的巖石冒落形成地表塌陷，地表裂縫和塌陷溝通了燃燒的煤層與外界空氣的接觸，為煤層燃燒繼續(xù)發(fā)展提供了更充分的通風供氧條件，隨著裂隙、裂縫密度增加，火區(qū)也逐步向深部發(fā)展。裂隙的發(fā)育程度與煤田火區(qū)的燃燒程度、發(fā)展速度和規(guī)模以及原生地質(zhì)條件等有密切關(guān)系，因而火區(qū)地表塌陷裂隙、裂縫是火區(qū)調(diào)查與分析的重要內(nèi)容，也是火區(qū)范圍圈定的依據(jù) (見照片 9)。 燒變巖 煤層周圍巖石在高溫烘烤作用下，常發(fā)生脫水、氧化、熔融、碎裂和重結(jié)晶作用 ，改變了巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，形成不同變質(zhì)程度的燒變巖 （見照片 10） 。 火區(qū)以上的這些地表特征是火區(qū)地面地質(zhì)調(diào)查、熱紅外測溫，確定火區(qū)范圍依據(jù)。 照片 9 火區(qū)裂縫與塌陷 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 42 照片 10 燒變巖 二、著火原因 煤是一種可燃有機巖，煤層自燃是由煤自身的燃燒特性和外部條件所決定的，當滿足煤燃燒條件時，煤層就會發(fā)生自燃。內(nèi)因是指煤層的自燃傾向性，外因是指引發(fā)煤層自燃的外部環(huán)境，如氣候條件、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及人為因素。 ㈠煤層的自燃傾向性 煤的自燃傾向性主要決定于煤的變質(zhì)程度，據(jù)以往地質(zhì)資料及前人研究，煤的變質(zhì)程 度越高，自燃傾向性越低，但煤層出露于地表或經(jīng)開采后與外界空氣相連，經(jīng)長期風化、氧化，煤的物理特性和化學結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，成為易自燃狀態(tài)。 本區(qū)煤層主要 為高 變質(zhì)程度的 焦 煤 ,屬易自燃煤～極易自燃煤。 據(jù) 白云烏素 礦區(qū)已開發(fā)的煤礦實際資料分析，采出的煤堆放 4～6 個月即開始自燃，特別是雨后更易自燃，故煤礦產(chǎn)出的煤，應該注意堆放方式，縮短存放時間，避免煤的自燃。 內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 43 ㈡氣候與地貌 本區(qū)為大陸性氣候，干旱少雨、蒸發(fā)量大且多風，氣候干燥，為煤層氧化蓄熱和燃燒提供了良好的條件。 ㈢地質(zhì)因素 地質(zhì)因素主要包括潛水位、地質(zhì)構(gòu)造、煤層上 覆巖層等。 潛水位：如果煤層位于潛水以下，水充滿著煤層頂、底板巖石的孔隙和裂隙，使煤層與氧氣隔絕不能自燃。區(qū)內(nèi)煤層露頭及淺部煤層均位于地下水位以上，為煤火燃燒提供了便利通風供氧條件。 地質(zhì)構(gòu)造：地質(zhì)構(gòu)造的作用往往是使煤層及煤層頂?shù)装迨艿狡茐?，裂隙發(fā)育，增加煤層與空氣接觸的面積，或使煤層直接出露于地表接受氧化蓄熱，同時也為煤層燃燒創(chuàng)造較好的供氧條件。 上覆巖層：上覆巖層厚，煤層埋藏較深，煤體的風化和氧化只能與節(jié)理、裂隙、孔隙中的氧氣發(fā)生作用，煤層的氧化聚熱自燃受到很大的限制，而且煤層與其燃燒所必須 氧氣受到上覆地層的隔離，煤層不易發(fā)生自燃。區(qū)內(nèi)煤層的上覆巖多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，部分有第四系覆蓋，不利于煤層燃燒。 四 、人為因素： 本區(qū) 在過去亂采亂挖， 井口 較 多， 加之煤層埋藏淺， 僅 5～ 20m，地面采空區(qū)塌陷裂隙多， 地表開挖和采坑部位回填不利， 采空區(qū)浮煤多，煤垛煤柱留設較大。使井下與地面形成了良好的供氧通道，從而引發(fā)了采空區(qū)煤層自燃發(fā)火。關(guān)閉小井后，對地表所有井口進行填埋，在井田內(nèi)地表雖然基本看不到煙霧，但有多處調(diào)查點有硫磺析出現(xiàn)象內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田 白云烏素礦 區(qū) 烏海海南小窯關(guān)閉區(qū) 火區(qū)詳細勘探 報告 44 并伴有較強烈的煤煙味，說明井下火區(qū)仍然存在。 三、著火煤層 本礦區(qū)范圍內(nèi)著火煤 層 一號火區(qū)、三號火區(qū) 為 16 號 煤層 ，二號火區(qū)為 9 號煤層 。 四 、煤田火區(qū)燃燒現(xiàn)狀 本次火區(qū)詳細勘查通過地表調(diào)查、物探工作，從整體上查清了工作區(qū)內(nèi)煤火的燃燒現(xiàn)狀、燃燒程度及空間分布情況。目前準確圈定火區(qū) 3 處 ， 覆蓋面積達 179。 104m2?；饏^(qū)現(xiàn)狀綜述如下（見附圖 1）： 一號 火區(qū) 位于 工作 區(qū) 的 西北 部，火區(qū)面積約為 179。 104m2，燃燒煤層為 16號煤 。二號 火區(qū) 位于 工作 區(qū) 的 西南 部，火區(qū)面積約為 179。 104m2，燃燒煤層為 9 號煤 。三號 火區(qū) 位于 工作 區(qū) 的 東 部，火區(qū)面積約為 179。 104m2，燃燒煤層為 16 號 煤 。 3 個火區(qū) 地表 均 可 見明火 、熱異常和煙氣 、 地表塌陷、裂隙 、