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《煤》2018年第1期

【摘要】因特殊的煤層賦存條件，新疆尤其是阜康地區煤田每年均存在大量自燃發火現象。查明火燒區范圍，并采取措施進行滅火治理可產生極大的社會和經濟效益。本文在生產勘探中采用高精度磁法測量，對煤礦火燒區的范圍及深度進行了圈定，經鉆探驗證，其吻合度較高。

【關鍵詞】磁法測量；煤田火燒區；應用探究

由于特殊的煤層賦存條件，新疆地區煤田火災極易發生，新疆目前共有44處煤田火災，火區面積達992萬m2，年燃煤損失量達552萬t，火區威脅儲量477億t，年排放溫室氣體CO2達到1238萬t。煤田火燒區的存在，給煤礦勘探、建井、開采帶來一定危害，造成煤炭資源的損失及對環境的影響，如何利用地球物理勘探手段，結合煤層煤質等特征，開展火燒區的研究成為重要的研究內容。本文以阜康地區某礦為例，在其生產勘探過程中采用磁法測量技術手段進行了煤火燒區范圍及深度的圈定。

1火燒區探測方法研究現狀

目前，國內外煤礦自燃火區火源探測方法主要有電阻率探測法、高光譜遙感技術、氡氣探測法、紅外探測法以及磁法勘探法等多種方法。同時，需要對上述探測方法進行勘查、調查等綜合分析，并進行驗證，以獲得精確的結果，從而規劃各個自燃區域的位置情況，能有效提高火燒區儲量探測的精準性，為安全生產工作提供了保障。通常情況下，當煤層存在自燃情況時，主要是在人工或自然環境的影響下，為煤層自燃提供了發生、擴大的條件，以體現煤田火區的這一過程。使得煤田發生風化氧化、增溫、燃燒、熄滅等幾個階段，也形成了各個相對應的區域，從而形成了溫度異常場。在此環境下，煤層及其周圍的鐵磁物質發生了溫度異變，其磁性也發生了明顯的變化。根據變化現象可知，當溫度升高時，其磁性會衰弱，但溫度穩定在350℃左右時，磁性會穩步增加，并最終穩定下來。另外，若煤層燃燒結束后，其溫度會逐漸降低，但磁性會得到增強，直至磁性穩定。近年來，許多學者利用上述理論，基于煤層自燃條件下燒變巖石磁場對于火區的指示特征，在磁場異常反演方面做了大量的研究工作。而針對阜康煤礦區煤層自燃特性，趙蕻等基于勘探資料、煤層煤質資料等，研究了煤層自燃、圍巖燒變等特征，分析了控制自燃的主要因素。結果表明：煤自燃后性質明顯變化，圍巖形成燒變巖；構造發育，地下水補給徑流差，煤孔裂隙發育且厚度大，容易發生自燃。

2煤層自燃及燒變巖特征分析

煤的自燃傾向性是用來區分和衡量不同煤層發生危險程度的一項重要指標，也是對礦井煤層自然發火采取不同的針對性措施進行有效管理的主要依據。煤自燃傾向性等級共分為三類，即Ⅰ類（容易自燃）、Ⅱ類（自燃）和Ⅲ類（不易自燃）。以每克干煤在常溫（30℃）、常壓（1.013×105Pa）下吸氧量作為分類的主要指標。通過生產勘探采集的11件樣品，進行了全硫和吸氧量分析，礦區各主要可采煤層以Ⅰ類容易自燃及Ⅱ類易自燃煤層為主。礦區內含煤地層侏羅系下統八道灣組中的A4煤層因自燃火燒嚴重，地表上沿東西向分布于該煤層地表露頭位置，形成寬150~200m的燒變巖帶，且橫貫全區，向兩端延伸至礦區外。區內燒變巖巖性具有以下特征：（1）通常情況下，煤層在經過火燒后，會呈現黑褐色或灰褐色松散或膠結在一起的物質。該物質的透水性能、含水性能等顯著增強，但在其物質上存在明顯的火燒殘留現象。同時,這些殘留部分中，絕大多數都分布在火燒底界面或燒變巖的中間部分。由于該物質受到高溫烘烤的影響，僅存留了部分煤層特點，原有煤層的理化性能已經發生了改變，給勘探工作帶來了一定的難度。（2）煤層圍巖在經歷火燒后，其理化性質也發生了明顯的變化，導致其呈現褐色、淺紅色、黑褐色等熔狀物質。同時，煤層圍巖的原始狀態發生了根本性改變，無法探測其真實形態。且這種熔狀物質存在堅硬、致密、氣孔發育等特點，一般作用在煤層的直接頂或底板上。（3）與煤層圍巖火燒不同的是，經過火燒烘烤的圍巖并未出現太大的改變，其表面仍為灰白色、淺紅色、棕紅色，且絕大多數煤層圍巖的原始狀態保存較好，很容易辨別。但其理化性能也發生了一定程度的改變，相比于原巖來說，火燒烘烤后的圍巖更加致密、堅硬。之所以會發生這種情況，是因為巖層在火燒烘烤的作用下，其裂隙呈現發育情況，使其具備良好的貯水性和透水性。同時，該巖層遠離火源也是主要因素，受到火燒的影響較小。

3地球物理參數特征

一般情況下，煤層圍巖中有很多的礦質資源，包括菱鐵礦、黃鐵礦等，但磁性物質較少，煤層磁性較弱，磁化率低。一旦煤層出現自燃情況時，圍巖在高溫影響下，會發生化學、物理變化，部分礦石形成了燒變巖，且帶有鐵磁性（圖1）。而溫度下降后，燒變巖中存有一定的熱剩磁，其磁化率比之前提高了幾十倍不止，使得煤層自燃前后出現了磁性差異。因此，在勘測磁的變化曲線時發現，當煤層處于穩定狀態時，其磁性比較穩定，而火燒區則可測到明顯磁異常。

4火燒區范圍的確定

本次高精度磁法測量工作使用的儀器裝備為GSM-19T型質子磁力儀共3臺。測網由南北向的勘探線控制，所有磁測線平行勘探線，勘探線、測線測點用手持GPS測定。礦區內共布設測線53條，點距為10m，線距為50m，網度為10m×50m。工作區位于正在開發的煤礦上，地表有大量的廠房、鉆塔施工設施及工程設施和其它鐵質類物品，且滅火用的材料為就地取材的黃土加燒變巖粉粒，給磁測工作帶來了極大的影響。為消除地表鐵質類物品的影響，應用MAGS2.0軟件對ΔT值化極處理后進行了100m的上延，基本消除了地表各種因素的影響。經數據整理、預處理以及資料的轉換、處理與正反演可知，工作區南部地表有大量燒變巖出露，呈帶狀分布，與地層走向一致。ΔTmin＝-2706.24nT，ΔTmax=4717.33nT，總體上磁異常強度大。經ΔT等值線圖、ΔT上延100m等值線圖、ΔT剖面平面圖進行綜合解釋，推斷出在工作區內有大面積的火燒區，ΔT上延100m等值線圖中的0值范圍內推定為火燒區，其中又分為兩部分，Ⅰ區肯定為火燒區，Ⅱ區可能有淺部的火燒現象，深部則沒有。選擇兩條有代表性的剖面進行反演，結合ΔT上延100m等值線圖，綜合分析認為，火燒區的走向為正東西向，火燒區的傾向以40~45°的傾角向南延伸，呈板狀，厚度為30~50m；到中部為兩層火燒層，層間相互平行。用經驗切線法對代表性剖面進行深度反演，火燒層是以薄板狀且走向無限延伸存在，其傾向上中心埋深為65.6m。

5啟示及建議

通過上述分析可知，筆者對新疆阜康煤田火燒區的實際情況進行了探究，在升溫的影響下，巖石比原巖的磁性有所下降。但溫度升高至350℃左右時，巖石的磁性會明顯增強，并最終呈現穩定的趨勢。由此可知，在煤田火燒區范圍內，火燒區的巖石與燒變巖存在明顯的磁異常現象，可通過磁異常變化情況來探究煤田火燒區的大致范圍。另外，筆者還對燒變巖的性質進行了探究，煤層及其圍巖經歷的火燒情況不同，其理化性能也發生了不同程度的改變。當其經歷過火燒后，原巖的顏色、理化性能發生了根本的改變，無法探測原始狀態。而經歷過火燒烘烤的圍巖，并沒有太大的改變，仍舊可以辨別。雖然可以確定巖石與原巖的變化情況，但在實際分析上還存在很多問題，主要是因為地質構造資料不足，會影響勘探結果的精準性。6結論經過磁法測量，大致圈定了阜康地區某煤礦火燒區的范圍及深度。經后期鉆探驗證，與磁法測量成果基本吻合，可達到指導生產的目的，說明在火燒區的圈定中使用磁法手段是完全可行的。

參考文獻

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作者：張利松1；楊峰利1；李應發2 單位：1..重慶一三六地質隊，2.重慶市能源投資集團有限公司