煤炭自燃火(huǒ)災一(yī)直是我(wǒ)國煤礦的重大(dà)災害之一(yī)，給國家和礦井帶來了極大(dà)的危害經濟損失，嚴重于擾了礦井的正常生(shēng)産秩序。内蒙古烏達煤田是全國最大(dà)的自燃火(huǒ)區。據統計，共有火(huǒ)區29處，總面積達307.6萬m2，已損失煤炭資(zī)源1150萬t，價值達1.2億元。五虎山煤礦位于烏達礦區南(nán)部，年産150萬t，共有可采煤層14層，其中(zhōng)1#~12#煤在井田西部均出露地表。從1982年以來，小(xiǎo)煤窯的濫采亂挖造成多個煤層露頭及淺部塌陷區自然發火(huǒ)，并且逐步向煤層深部蔓延。2003年2月，五虎山煤礦布置404工(gōng)作面開(kāi)采4#煤層，404工(gōng)作面上部爲1#、2#煤層采空區，在404采煤工(gōng)作面開(kāi)切眼冒頂處發現，冒落岩石有溫熱感，判斷上覆2#煤采空發火(huǒ)。在這種條件下(xià)，如何對工(gōng)作面開(kāi)采部署提出了新的難題，而解決這一(yī)難題的關鍵是查明火(huǒ)源位置。

    爲了給五虎山煤礦404工(gōng)作面安全回采及制訂安全技術措施提供科學依據，由太原理

    工(gōng)大(dà)學和五虎山煤礦共同對404工(gōng)作面應用地面同位素測氡技術進行火(huǒ)源探測。

     1火(huǒ)原位置探測原理

     自然界廣泛存在着3個天然放(fàng)射系列，即鈾系列、钍系列和锕系列。因其半衰期長，故能作爲母體(tǐ)核素存在于岩石、土壤、煤系等介質中(zhōng)，鈾、钍、锕經過一(yī)系列衰變均産生(shēng)一(yī)個在常溫常壓下(xià)氣溶膠态形式存在的放(fàng)射性核素氡（Rn），其半衰期最長，故将氡作爲信息來研究地球動力現象和輻射危害。

     氡爲放(fàng)射性同位素，其衰變的子體(tǐ)爲固體(tǐ)粒子，主要指的是鈾系的衰變體(tǐ)Rn-222以及它的衰變子體(tǐ)，在測量時既可測氡氣，又(yòu)可測其子體(tǐ)來反映母體(tǐ)核素的形态及變化狀況。氡子體(tǐ)有很強的吸附能力，它們能牢固地附着在器物(wù)的表面，因此可将氡或其子體(tǐ)收集進行測量。

     氡氣由地下(xià)向上遷移，是以對流爲主的垂直移動，當地下(xià)溫度、壓力發生(shēng)變化時，如煤層自燃産生(shēng)的高溫高壓，将會使氡氣由下(xià)向上運移的速率增加。這樣，在火(huǒ)區的氡氣的濃度值将高于未燃前非火(huǒ)區的氡氣濃度值。總之，當其它條件相近而地下(xià)有煤層自燃存在熱源時，氡氣向上運移的速率和數量将大(dà)大(dà)增加，就會在發熱區上方産生(shēng)一(yī)定的氡氣濃度差異，故能用測氡法間接的描述氡濃度的變化，以此精确确定地下(xià)火(huǒ)區的位置和範圍。

     2探測方法

     随着核電子的技術的不斷發展，測氡手段也不斷改進。根據探測原理可分(fēn)爲α杯法、α卡法、活性炭法、熱釋光法以及徑迹蝕刻法、钋量測量等。根據探測工(gōng)藝，可分(fēn)爲瞬時測氡法和累積測氡法兩大(dà)類。各種方法依據不同的條件及探測精度，可同時使用或單獨使用。目前，火(huǒ)源探測常用的方法是α杯累積測氡法，探測器爲電離(lí)型，具有操作簡便、重量輕、靈敏度高的優點。

     2.1測場布置

     根據實示情況，上五虎山煤礦給出初始測場及各邊界點，南(nán)北(běi)沿工(gōng)作面運輸巷方向長約810m，東西長180m，共布715個測點，點距15m×15m，總探測面積145800m2，測場布置示意如圖5。

     2.2探測杯埋設

     在每個編号測點上，挖寬30cm、深40～60cm的坑，将探杯口朝下(xià)放(fàng)入，上面用塑料布覆蓋，然後用土掩埋，同時記錄時間，點号等。

     2.3測量

     探測杯埋入深坑内4h以後，即氡衰變達到放(fàng)射性平衡狀态，将探杯取出，立即放(fàng)入儀器進行測量，定時3min。記下(xià)讀數。

     3探測結果分(fēn)析

     将野外(wài)實測的數據應用探火(huǒ)數據外(wài)理軟件（CDTH）進行處理可得出火(huǒ)區分(fēn)布平面圖。圖1、圖2爲測值立體(tǐ)圖及相應等值線圖，圖3、圖4爲異常值爲立體(tǐ)圖及相應等值線圖，以此可得出“五虎山煤礦404工(gōng)作面自燃火(huǒ)源探測平面圖”如圖5所示：

 圖1測值立體(tǐ)圖

    （1） 在測場範圍内有Ⅰ、Ⅱ2個高溫異常區；

    （2） Ⅰ區内A爲一(yī)高溫氧化區，距回風巷約60～80m，距切眼約0～35m,發展方向NE；

    （3） Ⅱ區爲一(yī)個高溫氧化區C，距運輸巷約0～45m，距西風井保安煤柱南(nán)邊約０～30m，發展方向爲NW。