乡宁井坝湾火区采空区探测方案.docx
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乡宁井坝湾火区采空区探测方案
乡宁井坝湾火区、采空区探测方案
山西省第五地质工程勘察院
二O一一年九月
一、目的任务
乡宁县井坝湾煤矿,数年前煤层就曾发生火灾,经现场了解,该地区私开矿井口较多,采空巷道复杂,互相连通,使得地下煤层着火范围很难确定。
该煤层火灾威胁着与之相邻的毛则渠煤矿的安全生产。
煤层燃烧既污染环境又浪费资源。
因此,当地政府拟对该火区进行治理。
火区治理需要开展地下煤层灭火工程。
火区探测是灭火工程的前期工作,其目的是查明火区范围、采空区范围,为灭火工程设计提供依据。
本次火区探测主要任务是:
1.用放射性测氡法圈出火区氡浓度等值线图,确定火区范围;
2.用瞬变电磁和放射性测氡法探测采空区范围。
二、火区着火范围勘查工作量布置
1、探测方法
采用放射性测氡法进行火区勘查。
2、测网
在前述火区范围内,首先按40×20m进行放射性测氡扫面,初步确定着火范围,在此基础上按20×10m进行加密探测,确定着火的准确范围。
3、采用仪器
放射性测氡采用成都理工大学研制生产的CD—1α杯探测仪。
4、各项工作方法及其技术要求
⑴、测网布设
采用全站仪进行测网布设,要求点位误差不超过±1m,在每条测线的端点打木桩编号,每个测点拴红布条或红油漆在实地编号。
测点编号为线号加点号,如0921为第9线第21号点。
⑵、在每个测点挖一深0.5米的探坑,将探杯放入孔底埋好,4小时后进行数据观测,读取三分钟的氡浓度脉冲数值。
5、火区圈定
通过放射性测氡法测出各测点的每分钟氡浓度脉冲数值,然后绘出氡浓度等值线图。
依据放射性测氡等值线图,在异常区,进行钻探验证,根据钻探取芯验证,圈定着火范围和高氡异常范围。
6、设计各项工作量
⑴、放射性测氡法
面积100x100m2。
⑵、放射性测氡加密探测
面积约取扫面面积的五分之一,进行加密探测。
⑶、全站仪布设测网
现场采用全站仪布设测点。
⑷、由于工程时间紧,任务急,边验证变注浆灭火。
四、采空区范围勘查工作量布置
1、勘查工作技术依据
⑴、《视电阻率剖面法技术规程》(DZ/T0073-1993)
⑵、《地面瞬变电磁法技术规程》(DZ/T0073-93);
⑶、《城市勘察物探规范》(CJJ7-85)
⑷、《水利水电工程物探规程》(SL326-2005)
⑸、《煤矿地质测量图例》中华人民共和国能源部能源煤总[1989]第26号
⑹《煤矿测量规程》
⑺《岩土工程勘察规范》GB50021-2001
⑻《工程测量规范》GB50026-93
2、总体工作
勘查本着由已知到未知,由表到里,由简单到复杂,分阶段分步骤逐步完善的原则,从收集资料、调查研究、实地踏勘着手,初步形成对勘查区的总体评价。
在区内已知采空区,布置物探试验剖面,优化物探工作模式;用瞬变电磁确定异常区段;进而在异常区投入放射性测氡法进行加密,对异常性质加以综合判别。
3、勘查工作方法及原理
⑴、工作方法
根据勘查工作目的与任务,设计投入测量、地质工作外,主要以物探勘查为主。
⑵、物探工作原理
①、瞬变电磁勘探
根据工作目的与任务,本次施工选用瞬变电磁法进行勘查。
瞬变电磁法(TEM)是近几年发展起来的一种新方法、新技术,其工作方法是利用不接地回线向地下发送脉冲式一次电磁场,用线圈观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布,二次场的大小与地质体的电性有关,低阻地质体感应二次场衰减速度较慢,二次场电压较大;高阻地质体感应二次场衰减速度较快,二次场电压较小。
根据二次场衰减曲线的特征,就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等,从而解决采空区等地质问题。
②、放射性测氡法
自然界存在三大天然放射性系列,即:
铀系(238U)、钍系(232Th)和锕铀系(235U)。
这些元素的半衰期均很长(7.04×108~1.41010年),所以它们均赋存在目前的岩石中。
放射性核素放出射线,同时变成另一种核素的现象叫做衰变,原来的核素称为母体,新产生的核素称为子体,子体核素还会衰变,一直持续到衰变的产物不再具有放射性为止。
氡既是铀系的子体,又是唯一呈气态的惰性气体,也是人们感兴趣的子体,因为它可以由地下深部迁移至地表,并可显示出地层深部各种变化的信息。
氡(222Rn)具有以下特性:
a.氡是一种无色、无味、无嗅的放射性惰性气体,其密度为9.73克/升,是目前已知的最重的气体。
当温度为-65℃时,由气体变为液体;在-71℃时,又由液体变为固体。
b.氡是一种惰性气体,一般不参加化学反应,能溶于水、油等液体中,在液体中的溶解度随液体温度的升高而下降。
c.氡能被固体物质所吸附。
所有固体物质都不同程度地吸附氡,其吸附能力随温度的增加而减弱。
活性炭测氡仪是通过探测土壤中氡子体的γ射线的强弱,来了解氡的存在情况。
当γ射线射入探测器中的NaI(TI)闪烁体,使其产生光信号,通过光电倍增管变成微弱电信号,经前置放大器、主放大器和脉冲整形电路,形成单片计算机可接受的脉冲。
在单位时间内,辐射射线强时,单位时间内产生的脉冲数目多;辐射射线弱时,单位时间内产生的脉冲数目少。
单位时间内脉冲数目的多少反映了γ射线的强弱。
通过测量、记录整个探测区不同地点的样品,可得到不同地点γ射线强弱情况,从而可了解不同地点的氡异常,为分析整个探测区地下的地质情况奠定了基础。
本次放射性测氡法测试选用的仪器为新型的便携式活性炭测氡仪,其工作方法如下:
在测点上挖深约40cm的坑,将活性炭采样器放置在采样坑内,上覆黄土。
放置约2~3天后取出。
将活性炭采样器放入仪器,通过仪器键盘设置好线号、点号后,按开始键开始测量。
每分钟显示一次测量结果,测量总时间到后,仪器自动将数据(包括线号、点号)存入存储器中即完成该工作点的测量工作。
从野外回到室内后通过数据线将仪器与计算机相连,可将数据从仪器传输到计算机,可在计算机上对数据进行再处理。
d.氡具有衰变性。
氡是由镭衰变来的,氡又继续衰变并产生系列子体。
煤层开采后,在地下形成大面积的采空区,改变了地下地质体的应力分布状态,促使地质体发生变形,从而改变了地下气体的运移与积聚环境,对氡气的运移与富集具有一定的控制作用。
主要表现为以下三个方面:
储气作用:
相对于周围完整岩体来说,采空区冒落带及裂隙带是相对松散带,其中岩石块体之间空隙大,连通性好,是储存气体与地下水的理想场所
集气作用:
采空区煤层顶板塌陷冒落后,应力集中向围岩内部迁移,在采空区周边形成一个低应力区,一般来说,气体与液体总是由压力较高的部位向压力较低的部位运移。
因此,采空区及其周边派生变形区就成为地下抽吸气体的容器,不断把围岩中的气体抽到采空区中来,造成氡气在采空区的积聚。
同时,采空区及其周边裂隙带的存在,还可以其它方式促使放射性元素向采空区运移、富集。
通道作用:
采空区冒落带及其派生裂隙形成后,都是气体自下向上运移的良好通道,在地温与地压作用下,氡气必然与其它气体一起自地下深处向地表迁移,在地表形成氡异常区。
总之,通过上述种种作用,氡射气元素向采空区运移,在采空区积聚,在地表形成一个与采空区形态相应的氡异常区。
因此,可以通过测量地表氡元素的浓度来圈定煤矿采空区的位置和范围。
4、施工方案
为了查明该区内构造及采空区的分布情况,为灭火设计提供依据,本次勘查采用以下方案进行。
根据场地范围,按《岩土工程勘查规范》(GB50021-2001)和《瞬变电磁勘查技术规范》(DZ/T0170-1997)等有关条文和以往经验,地面瞬变电磁方法设计50m的线距,10m的点距,边长为300米的线框采用大定源装置进行工作。
根据场地情况设计布设剖面,和瞬变电磁测点;并且在瞬变电磁异常区布置放射性测氡法剖面,以对异常性质加以综合判别。
根据以往经验,预计放射性测氡法剖面为1/2瞬变电磁剖面长度;基本查清采空区的分布范围、规模及赋存深度。
汇总以上工作取得的成果,进行综合分析研究,按地质灾害体性质、成因、规模、危害程度等,提出针对采空区的处理建议,并绘制相应图件,为下一步注浆灭火提供依据。
5、采空区勘查工作量及工期见下表:
设计工作量、工期一览表
序号
项目
工作量
工期
(天)
备注
1
资料收集
10000m2
测区及其周边区域进行
2
测绘
10000m2
放设物探剖面点
3
瞬变电磁
10000m2
4
放射性测氡法勘探
10000m2
5
成果
10000m2
合计
注:
预估工作量100x100m2,具体工作量以现场实测为准。
6、设备仪器
野外施工设备一览表
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1
瞬变电磁仪
WTEM-1Q/GPS
套
1
2
放射性测氡法测量系统
CD-1α
套
1
4
全站仪
TOPIC
台
2
6
笔记本电脑
联想
台
2
7
彩喷打印机
EPSONc43
台
1
8
数码摄像机
SONY
部
1
9
越野车
皮卡
辆
1
五、技术及管理人员组成
野外技术及管理人员组成一览表
序号
岗位
专业
人数
备注
1
项目经理
物探
1
2
项目副经理
地质
1
3
技术负责
物探
1
4
技术人员
物探
3
5
工程师
地质
2
6
工程师
测量
1
7
助理工程师
测量
1
8
工程师
工程地质
1
六、质量保证措施
1、成立以项目经理为组长,技术负责具体负责,各组组长及技术骨干参与的质量管理小组,实行全员质量管理,严把质量关;
2、成立以技术负责为首,各专业技术骨干为主,对施工过程中遇到的难题,进行科技攻关,确保施工方法的有效、合理;
3、各工种严格按有关规范进行施工,严禁随意更改施工纲要和不按纲要施工,确保需要变更的,必须逐级请示,得到书面许可方可变动;
4、技术人员、质检人员严守工作岗位,发现问题及时向工程技术负责人或项目经理请示,严格执行逐级签字制度;
5、成立安全组,落实安全责任制,施工人员要牢固树立以人为本安全第一的思想,严格按施工操作规程施工,杜绝一切事故发生;
6、成果的编制一定要依照现行的有关规范,客观实际的反应场地的实际情况。
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- 乡宁 井坝湾火区 采空区 探测 方案