乌达煤田煤层自燃内因分析与自燃类型划分

采用野外地质调查、测试分析和数据处理等综合手段,研究内蒙古乌达煤田煤层自然发火的内因条件,揭示了煤层自燃趋向性与煤层厚度、煤变质程度、灰分含量、发热量、硫含量、硫化物矿物以及有机显微组分含量等煤物质组成要素之间的关系.以煤测试统计分析数据的聚类分析结果为依据,从内因条件控制角度,将乌达煤田主要发火煤层划分为三大类:以高硫含量和富硫化物矿物为特征的高硫助燃类型;以煤层厚度大和低变质程度为特征的厚层氧化类型;过渡类型.

基于遥感技术的乌达煤田火区变化监测

采用遥感反演、自然间隔点分割与空间叠加分析等技术手段,提取1989、2001、2005年的乌达煤田火区范围,分析煤田火区的空间分布格局、空间演变态势、变化速度与变化趋势。研究结果表明:1989—2005年乌达煤田火区面积增加了98.10万m2,每年新增约6.13万m2,年增加率为2.48%,乌达煤田南部的A(12、13与14号)火区面积在逐渐减少,其他火区的面积在逐渐增加,并向四周扩散蔓延形成新的燃烧带。

内蒙古乌达煤田火区相关裂隙研究

针对当前煤层自燃研究中的薄弱环节,以强化地质因素研究为切入点,选择内蒙古乌达石炭二叠系煤田为工作区,深入研究裂隙系统在煤田火区形成的点→线→面扩展演化动力学过程中所起的重要作用.从成因角度将与煤田火区相关的裂隙划分为构造裂隙、采动塌陷裂隙、燃烧裂隙等3种基本类型和5种复合类型.其中,构造裂隙对采动塌陷裂隙和燃烧裂隙具有控制作用,燃烧裂隙通常在构造裂隙和塌陷裂隙基础上发育,单独的燃烧裂隙少见.野外调查和高分辨遥感解译证实,乌达煤田火区分布在裂隙密度较大的区域,裂隙类型与火区类型具有良好的相关性.

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

文章利用2001、2003、2007、2010年Landsat热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明:高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。

基于遥感技术的内蒙古乌达煤田火区碳排放计算

为了获得煤田火区的碳排放量,建立了计算煤田火区CO2排放通量法模型,其中,确定火区面积是该模型的关键基础参数。采用2011-01-24的ASTER L1B热红外遥感数据反演内蒙古乌达煤田火区的地表温度,提出基于梯度的自适应阈值法,以热红外图像梯度极值为阈值圈定火区范围,估算得到乌达煤田火区面积为239.6 hm2。利用排放通量法模型,依据遥感和其他手段获得的基础参数数据,计算了乌达煤田火区的碳排放量,结果显示乌达煤田火区每年的CO2碳排放量达37.9×104t。

基于DS-InSAR的乌达煤田火区长时序地表形变监测与分析

煤火燃烧不仅浪费了大量煤炭资源,而且严重破坏了火区生态环境,而传统监测方法存在范围小、频率低、成本高、危险大等问题。为此,研究了一种基于分布式目标合成孔径雷达干涉测量(distributed scatterer interferometric synthetic aperture Radar,DS-InSAR)技术的煤田火区监测方法。该方法通过快速同质点识别算法(fast statistically homogeneous pixels selection,FaSHPS)选取同质点,然后利用特征值分解方法对这些同质点进行相位优化,并根据时间相干性获取最终的分布式目标,最后结合短基线集(small baseline subsets,SBAS)InSAR处理步骤解算时序地表形变。以2017年3月—2019年4月63景Sentinel-1A影像为数据源,利用本文方法获取了乌达煤田时序地表沉降,并与临时相干点合成孔径雷达干涉测量(temporarily coherent point interferometric synthetic aperture Radar,TCP-InSAR)技术监测结果进行了可靠性验证,结果表明:两者间的相关系数为0.84,监测点位密度比TCP-InSAR提高1.24倍;乌达煤田存在严重的地表形变现象,研究区域内最大形变速率为-215 mm/a;煤火区在秋冬季节地表形变变化相对较快,且具有多个形变延伸方向及发育程度不同的沉降中心。

乌达煤田雾冰藜汞的初步调查

50多年前内蒙古乌海市乌达煤田随着工业采煤出现了煤层自燃亦称地下煤火,历经曲折的一轮又一轮治理,目前仍有火点分布。笔者等在深入煤田腹地调查基础上采用Lumex RA-915M/PYRO-915+汞分析仪检测了298件当地的戈壁草本植物雾冰藜(Bassia dasyphylla)的叶和茎样品。结果是:火点附近雾冰藜的叶汞含量总均值达到903ng/g,茎汞328ng/g;远离火点的煤田公路沿线雾冰藜的叶汞为131ng/g,茎汞62ng/g。表明:乌达煤田存在空气汞污染;污染源是区内煤层自燃;污染水平介于典型汞矿区与垃圾焚烧厂附近环境之间。建议:一年生草本雾冰藜有潜力成为空气汞污染的生物指示;它作为荒漠先锋植物很可能适于中国北方地下煤火的环境地球化学研究和调查。

乌达煤田煤层自燃动态变化和产生原因

通过对乌达煤田煤火燃烧历史和燃烧面积的动态变化分析,划分出了煤火产生和治理的四个阶段:1961～1980年,煤炭开采遗留煤井下自燃为主阶段;1980～2006年,小煤窑滥采和忽视煤火治理导致煤火蔓延阶段;2006～2009年,煤火不恰当治理导致再生煤火,煤火更加扩张阶段,和2009年至目前的再次煤火治理取得突破性进展的阶段。在此基础上,探讨了煤火产生的四大原因:开采遗留煤和煤柱煤自然氧化,瓦斯爆炸着火,小煤窑开采引发煤火和煤火治理期发生再生煤火。这一研究对乌达煤田的煤火治理及其对其他矿区的火灾治理提供了参考或借鉴。

基于分区决策树的乌达煤田土地覆被分类研究

精确的土地覆被分类结果是研究煤田火区生态环境变化的基础。本文基于Landsat8卫星遥感数据,依据地形特征、主体地物类型以及辐射特征,将乌达煤田分为五个子区。利用多光谱特征、高程、坡度和热辐射特性构建决策树模型,并分区实现土地覆被分类。分类结果表明,与传统决策树分类法相比,基于决策树法的分区分类方法总体分类精度提高了14.75%,Kappa系数增加了0.17,其准确性有了较大的提高。

乌达煤田地表汞交换通量研究

地表汞释放被认为是大气汞的主要来源之一。我国拥有世界上总面积最大的煤矿区,但对煤矿区地表汞释放的研究鲜有报道。采用通量箱与RA-915+测汞仪联用法对具煤火发育的乌达煤矿区地表汞交换通量进行了测试。测试结果显示:背景区地表汞交换通量值为4~29ng/(m^2·h),均值为19ng/(m^2·h);无火区地表汞交换通量值为14~62ng/(m^2·h),均值为32ng/(m^2·h);火区地表汞交换通量值为80~318ng/(m^2·h),均值为177ng/(m^2·h)。煤矿区地表汞交换通量值显著高于背景区,并且部分汞可能直接来源于地下煤火,地表汞释放可作为认识地下煤火发育状况的有效途径。通过分析地表汞交换通量与自然条件相关性,发现汞交换通量与光照强度、地表温度存在显著正相关性。矿区白天大气汞含量受地表汞释放影响。

乌达煤田火区对井下工作面安全生产影响分析

以乌达煤田火区燃烧状态为例,根据火区与开采煤层间的岩层位置、岩性、厚度关系,分析下层煤开采时上覆岩层冒落带和裂隙带高度,判断煤田火区对下层煤开采时的影响程度,为火区治理前保证工作面安全开采提供科学理论依据。

乌达煤田火灾Landsat-8/TIRS遥感动态监测

为了更加方便和准确地对实施灭火工程之后的乌达煤田火区变化情况进行监测,以覆盖乌达地区的Landsat-8卫星遥感影像为基础,采用普适性单通道算法对煤田地表温度开展了反演研究,通过设定一定的阈值提取了煤田火区的空间分布,并利用相邻时间多幅影像提取的相似结果验证了煤田火区监测结果的可靠性,最后依据时间序列监测结果分析了2015—2017年煤田火区分布的变化情况。结果表明:提取出的煤田火区分布范围明显,且具有较高的可靠性;近3年乌达煤田煤火分布范围基本稳定,但有增大的趋势。

航空三通道扫描技术在乌达煤田火区调查中的应用

利用航空三通道(可见光、中红外、热红外)扫描技术,在乌达煤田火区航空遥感探测基础上,采用图像处理、建立解译标志、煤火信息提取方法,辅之以野外验证方法,快速圈定了乌达煤田火区面积350万m2。野外验证表明,火区调查精度超过95%,显示出航空遥感地物识别力高,可迅速获取地面煤火燃烧热信息等特点,有助于在较短时间内快速完成大面积煤田火区的调查与监测任务。

乌达煤田浅部煤层自燃灾害及治理

较为系统的论述了乌达煤田浅部煤层自然灾害的主要特征,简要介绍了一些灭火的方法,并提出应结合神东煤田煤层的赋存条件及地质构造实际,吸取乌达煤田灭火治理经验的建议。

乌达煤田18#火区综合探测研究

乌达煤田18#火区是一个典型的煤层自燃区。本文试图通过采用遥感技术、同位素测氡法、地质雷达探测法、地表裂隙勘查法、地表浅层测温法、剥挖断面勘查测温法等综合监测方法,有效探测来自煤自燃过程中产生的热、温场,确定燃烧产生的高温区,判别出燃烧中心的相对分布位置和煤火燃烧扩散趋势,为指导矿区进行灭火工作提供了很好的指导。

乌达煤田火区测温测气技术研究

乌达煤火长期吞噬着煤炭资源,造成煤层开采受到限制,直接威胁到乌达矿业公司的煤矿安全生产。课题组在乌达煤田进行了钻孔测温测气现场施工,并将乌达煤田火区灭火监测中以往的钻孔测温及气体取样化验数据进行整理分析,结合实际监测效果,判断火区煤火燃烧状态,对乌达煤田火区进行监测技术研究。

乌达煤田煤火海绵体多环芳烃污染评价

本文以在乌达煤火区的一种煤火烟气的天然捕集器——煤火海绵体为研究对象,即地下煤火烟气上升到含土层地表“顶”出的蘑菇状含水蓬松黏土质凸起物,对其所含的多环芳烃进行研究。对研究区煤火海绵体中多环芳烃的污染程度进行评价,结果表明,研究区多环芳烃污染严重,重度污染达到83%。

内蒙古乌达煤田早二叠世山西组湿地植被群落演替序列

基于对内蒙古乌达地区早二叠世山西组2号煤相邻地层的野外工作,系统采集植物化石12属、14种。根据沉积环境及植物古生态学分析,识别出生长于该地区早二叠世三角洲平原环境下的植被群落演替序列,包括由早及晚5个群落,即:1)Lepidodendron incertum Sze et Lee群落,代表最初开始形成2号煤层的植被;2)Lepidodendron incertum-Lepidodendron posthumii Jongm.et Goth.群落,反映2号煤下段煤层在停止成煤作用之前的沼泽植被;3)Stigmaria ficoides(Sternb.)Brongn.-Calamites suckowii Brongn.群落,反映泛滥平原上碎屑沼泽与河流之间的广大湿地所生长的植被;4)Lepidodendron incertum-Calamites suckowii群落,代表该区泛滥平原上碎屑沼泽植被;5)Pecopteris taiyuanensis Halle-Emplectopteris triangularis Halle-Taeniopteris serrulata Halle群落,反映天然堤及河流上游泛滥平原中的植被生态群落。植物群落整体面貌为典型的华夏植物群(如织羊齿、大量的带羊齿以及东方鳞木类)。当前群落演替序列反映了二叠纪华夏植物群成煤向碎屑景观的演替状况,以及华夏区成煤植被的稳定性。

内蒙古乌达煤田下二叠统山西组4,5号煤层底板植物群研究

基于对内蒙古乌达煤田下二叠统山西组4,5号煤层底板的野外工作,系统采集、鉴定植物化石18属26种,其中以华夏植物群的特有属种或常见分子占绝对优势。沉积环境及植物古生态学分析表明,5号煤底板植物群主要由Lepidodendron posthumii Jongm. and Goth.和Cathaysiodendron cf.incertum(Sze and Lee) Lee等组成,代表了三角洲平原上碎屑沼泽植被景观。4号煤底板植物群主要由成煤沼泽植物和碎屑沼泽植物混合而成,原位埋藏的Stigmaria ficoides(Sternb.) Brongn.为成煤沼泽植被类群,代表了上覆4号煤的成煤植物;由Tingia carbonica(Schenk) Halle和Pecopteris arborescens(Schloth.) Sternb.等组成的碎屑沼泽植被类群,代表了三角洲平原上的碎屑沼泽植被景观。综合相关研究资料和当前植物化石分析表明,煤层底板植物群主要代表了地质历史时期中的湿地植被,按照其与形成上覆煤层植物之间的关系可主要分为:上覆煤层形成初期的泥炭沼泽植物群、与成煤作用无关的碎屑沼泽植物群和两者的混合类型。底板植物群的深入研究必须要结合沉积岩石学、地层学以及埋藏学的分析。当前研究显示乌达地区早二叠世沉积时期,湿地植被组成较为稳定,其中石松类植物一直都是重要的成煤泥炭沼泽植被类型;碎屑沼泽植被与成煤沼泽植被多数情况下成分类似,仅存在种一级别的差异。