摘要

煤田火燒區的存在，給勘探、建井、開礦和環境帶來一定的危害，通過對陜北煤田火燒區區域構急人所急造和煤層火燒區磁性闭塞特征的分析研究，利用磁測圈定出新老火區的分布，推◤測出煤層地下燃燒情況，並采取多種手段對火燒區︾的預防治理，達到了一定的滅火效果，挽回諸多桑果經濟損失。

1.前言

陜西是煤罗红樱炭資源大省，尤其陜西北部賦存著大量的煤炭資源，但由於幹旱少雨等⊙環境因素，在溝谷煤層出露部放假坐在办公室位經陽光強烈照射，煤層出現氧∏化發熱自燃現象，直接影響了儲量的準確估□算及後期開采，所以在煤田勘探工作中，查明火燒區的範圍及有效治理是很有必要的。

2.測區地質、地層、構造

本測區屬侏羅紀煤田，地層區劃屬華北愁烦區鄂爾多斯盆地分區，中赞慕生代後期，受燕山運動的影響，陜北區域①東部擡升，地層遭受強烈剝蝕，鄂爾多斯臺向斜東翼陜北斜坡上，為北西向傾斜的單斜構造，產径直狀較平緩，傾角1°左右，地質構造簡單，沒有大♀的構造斷裂。地均为層從老至新為：三疊系上統永坪組（T₃y），侏羅系◣中統延安組（J₂y），第三系（N₂）及第四系（Q₄）。其中延安組(J₂y)為主要煤系地層。

本測區延安組以陸源碎屑沈積巖、淺灰字幕白色中細粒砂巖為主,其次為灰色粉四级砂巖、砂質泥巖和泥巖,少有粗碎屑巖∴∴。另外夾有一定具有經濟意義的可燃有機巖—煤、碳質泥巖和油頁巖薄層,另有極少量的內源沈積巖,主要有石灰李晟敏巖、泥灰巖、菱鐵礦、黃鐵礦。

3.井田現狀和可采煤層

3.1 井田煤層

井田內延安組煤系地層自下而上分為一～五段，每段各含一個煤〖組，自上而下董建华編為1～5號煤組，本礦區範圍內主要為1^-2上、1^-2、2^-2四層可采煤層，底板標高分別為：1115-1120m、1065-1075m和1040-1050m。其中1^-1煤層位於延安組第五段上部，僅在測區東南側有王勃厚度為1m的煤禀性难移層存在；1^-2上煤層位於延安組第五段中上部，分布於測區⌒　的南部，平均厚度3.55m；1^-2煤層位於延安組第五段中部，在測區大部分可采，平均厚度9.41m，厚构想度變化不大，規律发奖性明顯，結構較簡單继位，不含夾矸，屬穩定型煤層；2^-2煤層位於延☆安組第四段中部，全部可采，平均厚度4.75m，厚构想度變化不大，規律性明顯，結構較簡單，屬穩定型煤層。

3.2井田開采現狀

井田地勢為南高北低，北側难能可贵緊鄰河道，東北部河道處有村莊（見圖1），下部〗煤層未開采，中北部保留有小面積的原始地貌，其余地方地表都已被被剝離，東西兩部分均已揭露到1^-2煤層底板，西南部有兩塊小面積已露采决赛权至2^-2煤層。井田內1^-2上煤和2^-2煤都存在不同程度出错的明火區，共五處，主要由熱紅外遙感圈定出範圍，其中火1為揭露煤層ω　火，火2和火3主要為矸石猩红热堆火，火4和火5主要為揭露煤層火和采空區火。

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圖1 ?井田內煤層開采現狀

4.測區地球物理特征

通過對井田出露地表和鉆孔得到的火燒巖、粘土、砂巖、砂泥巖進行磁參數測定，得到了該區磁物性高云龙參數資料（表1）。

表1 ?區內磁物性參數測定統計表

井田地表絕大部分被第四系黃ぷ土和沙層覆蓋；粘土在靠近河道處出露地表，具一定磁性，成為本次磁測工作丁未的主要幹擾源；砂巖、泥巖自由作家本身磁性微弱，甚至無磁性；當煤層】自燃時，受高溫作用↘的影響，使煤層頂底板巖石受熱變質，形成了含暗色鐵磁性礦物較多的燒變巖，溫度降良深低後保留了較強的熱剩磁，使其磁性變強，這是識別邊界的重要特征。

5.磁法在听起来新老火區的特征

5.1 磁法在火燒區的勘探原漏诉理

煤層自燃過程中，煤層及圍◤巖中鐵、磷等物質發生復雜的化學變化，煤層頂底板隨著煤層燃燒以後溫度的降低，冷卻以後形成燒變巖，燒變巖溫度降更贵低後保留了較強的熱剩磁，其燒變巖和正常圍巖具有了明顯的磁性差異，磁法█勘探正是利用這一明顯的磁性差異，來解決煤層自燃後火燒範圍王光祥的。

5.2煤層燒變與磁異常分析

煤層在燃燒的過程中，煤層上覆巖石受到高溫张强烘烤，由於高溫和地磁場的作用，鐵質礦物經氧化還原及“弱場冷卻”的物理化學變牛杂化，產ξ生了較強的“熱剩磁”，相應的巖層形成●了具有較強磁性的燒變巖，使燒ㄨ變巖與圍巖產生明顯的磁性差異，利用磁參數測量可以圈出煤層火區燃燒範圍，也會在磁異常中有所反應。

煤層的頂、底板原巖中含有大量的黃鐵礦及菱鐵礦結核，但含礦原巖磁薪饷性較微弱，磁化率（K）值一般很小。通過資料收集了解到本次測區為火燒區，當煤層過火□　後，煤層頂、底板的原巖受到高溫烘烤，其中的鐵質礦物成分發生化學變化，從而形成含鐵磁廖祖毅性礦物的燒變巖。溫度降低後，就保留較強的熱剩磁，其磁化率（K）和剩余磁红烛化強度（Jr）的常見那就好值一般為燃燒變質前的數倍至數十倍，從而形成了明顯的磁性差異，相應的巖層形成了具有較強磁性的燒變巖，使燒ㄨ變巖與圍巖產生明顯的磁性差異。

另外，未燃燒煤層磁性非常弱或無磁性，部分燃燒的煤層和正在燃燒的煤層磁性请进也很小，而熄滅後的燒】變巖磁性最強，因此，用磁法勘探火燒區實際上反映的是發火帶到¤熄滅帶的範圍。

5.3新老火區︼磁性特征

磁異常成果解釋結果，由?T等值線圖可以看出（圖2），整體為正◣中高磁異常；東北角為負高磁異常，為正常煤層√√；中〓間未開挖區為正中高磁◥異常；其余正高磁異常主要由老燒變巖所致。

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圖2 ?磁♀法解釋圖

經21個鉆孔驗證，其中ZK3、13、17和21共四個鉆孔有火燒現象，其余孔均為正常煤層，綜合考慮下勾繪出煤層自佟亚瑶然邊界，推測圈定突发出火燒區7處，其中死火區4處，活火區3處，磁法異常區▓9處，具體分析如教委下：

死活區（即老火區）：SH1為正高磁異常，最高為864 nT，地表為原始地貌第四系覆蓋物，未見工程港澳開挖治理，可見多處裂縫，塌陷區有熱▼氣冒出，磁場值向∩上延拓50米後，該異常基本消失，主要由早期1^-2上煤層自燃形成的燒≡變巖引起；SH2為正中高磁因事制宜異常，最高為562 nT，地表大部分為第四系覆蓋層，未見工程治疗開挖治理，無明顯〒火燒特征，成因同於SH1；SH3為正中王庄司法所高磁異常，最高為358nT，地表已全㊣部工程開挖治理，形成刘晓贞了落差5m的階梯狀陡崖，主要由早期1^-2煤周丕堃層自燃形成的燒變巖引起；SH4磁測值除零星幾處高值外都為正的中磁異常，最高為600nT，地表為1^-2煤層底板，北部為後期轉運來的燒變巖，上層覆】蓋有較厚的黃沙，未見明顯火燒現象巴枯宁，南部表現為條帶狀中高磁異常，主要由堆←積的燒變巖引起。

活火區（即新火區，正在燃燒）：HH1為正中高磁因事制宜異常，最高為980 nT，地表已開挖治理，見煤層燃燒，多處裂縫及塌陷區有熱氣冒〓出，異常南部與火4重合，磁場值向上延⊙拓50米後，該異常仍然承认存在，主要由1^-2煤層自燃形成的燒變巖引起，異常邊界為火燒過渡帶；HH2為正中高磁異常，最高為676 nT。地表被開挖治理，見煤層燃燒，位於火5北部，磁場值向上搽粉延拓50米後，該異常值降低但孟祥丹範圍變大，推測該火燒烘烤向西南蔓延，異常東部為♂1^-2上煤層自燃形成的燒變巖；HH3為正中高磁異常，磁測值北高南低，最高為384 nT，推測由陡坎邊煤層出噍类露而燒變形成的弱磁性燒變巖引起，與火4南部相吻合；

磁異常區: YC1為負低磁★異常，最小為-1135nT，地表多為村莊和耕地，零星的正磁異常為鐵器及房屋等幹擾造成，煤層不声色存在自燃和開采；YC2、YC3、 YC4、 YC5、 YC6和YC7都為正高磁異常，最大值為642～969 nT，均由地表堆放的燒變巖所致；YC8為正中高磁異常，最高為434 nT，北緊火5，向東為工程開失意失意挖的分界線，地表可見數排未〓見爆破的鉆孔，屬於待爆破開挖區，由地層松散及淺部巖層燒變所致；YC9為正中高磁異常，最大為359 nT，地表打嗝已被開挖揭露，表層巖石松散破治兵碎，並覆蓋有大量燒變巖碎屑殘留。

綜上所述，新老↘火區都為正高磁異常，不同▓之處為老火區磁異常值極高，並且成片狀，對磁場值進行上沿處理後，規模較小的老火區磁異常會減昂首弱甚至消失，而規模較大的老火區不會有太大變化；新火區整體為高磁△異常，但磁場值高低參差不挺高齊，零星伴有中磁特征，這與煤▲層的燃燒進度和程度不同有很大的關系，故而要區分新老火區僅通過磁測之外，還需結合其他資料進行甄別處理。

6.?煤田火燒區的形成唱响及滅火措施

6.1煤田火燒还清區成因

按照必要條件分為三個要素：①充足的空●氣(氧化助燃)，②適當的高溫(聚熱大於散熱)，③充足的時間(形成火區支持全部過程)。

按照形成因素可分為三方面：①地理環境，陜北煤田屬於中溫帶ξ幹旱大陸性季風氣候，而又屬西風帶，日照充足，四季分明，氣候多變，溫差較大，氣溫偏寒，雨少不勻，春多風沙，夏季多雨，冬季受幹燥而寒门票冷的變性極地大陸性氣團控制，形成低濕、寒冷、降水稀少的氣候特點，這些因素加快了出〓露煤層吸熱氧化自燃的速度，是形成煤田火燒區的主要原因。

②自然因素，幹旱半溪边幹旱區巖層和裸露的煤層經風化大量吸豺狼虎豹熱，煤層顆粒孔隙內部原保留有部分CO₂ ，當溫度上升ξ　達到臨界溫度時，煤顆粒孔隙間的 CO₂ 借熱浮力作用掙脫於煤層，煤顆粒之間又獲得外部新的空氣補給，當內失体存溫度達到一定高溫 ( 80℃以上)，聚熱溫度大於散熱溫度時，就可以引起煤本身快速增溫而燃燒，並『釋放出一定數量的CO₂ 氣體，森林因久江西新闻旱、幹燥、少雨而產生自然火災，雷電◇激化也會引起自燃，荒漠地表腐殖植土氧化自熱燃燒，都會引起煤燃燒，這種火災從古至今都有發生。

③人為因素，從人類鉆木取火開始到現代单间的礦井和露天采礦，都存在著人為火災的因素▓。現代煤礦發生的火災，主要是生產管理上的問題，如開采方法不當，不能及喟叹時通風、排塵、井下火點不能及時熄滅等因素引發了礦內瓦斯暴炸，引起煤層》燃燒。西北是煤田立定火災多發區, 究其原因不僅與西北地區自然地理氣候環境Ψ 有關，而且與人的管理不善也有關。

6.2滅火方法

火區滅火現場條件可選擇適當的滅火方法：①沙土壓埋法，成本低、效果較好，②水土沖李玉芬填法，③水沖降溫法，④山脊火區▅暴破剝離法，⑤巷道隔離法，⑥液體二氧化碳滅火法，⑦冷彈高壓膨脹滅火法（適法嗣用井下采區）。

滅火效果：井田內火4和火5為1^-2和2^-2兩層煤自燃，防治前著火規模很大，防治時╱先後采用爆破剝離、沙土壓埋、沙土肥皂泡壓埋和水沖降溫發等處理方法，地表明火被全部控制，再者由∞於水源方便，長期進行澆灌降溫，效果尤為明顯，因受地區限制，黃土極少，僅先后用沙子覆蓋住了明火口，其內部仍存在秘本陰燃，密封效果欠佳；火2和火3主要為2^-2煤露采後自燃→，規模小，采用了◤沙土壓埋法，效果好；由於火1處在井田邊界的西側陡坎處，位置高，滅火成本較大，暫無治理。

7.?結論

1、磁測基本劃定了煤田新简称老火區邊界線，通過鉆孔進一步驗證了火區邊界的可靠性，作者認為，利用磁測方法是確定煤田火燒』區邊界的一種尹超簡單过奖、方便、有效方法之一。

2、磁測在區分煤田新老火區上效果○較為明顯，但受地形地質條件、煤層的燃燒進度和程〓度等影響，明確區分的話還需其他資料進而甄別。

3、在煤田火區防铺砌治方面，要采用多種岩土界线方法結合的手段進行，必會達到一定的防治效果，挽回大量的經︽濟損失，

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