東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)探測(cè)與治理：技術(shù)集成與實(shí)踐探索

一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景煤炭作為重要的基礎(chǔ)能源，在全球能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著舉足輕重的地位。長期以來，煤炭的開采與利用為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步提供了強(qiáng)大動(dòng)力。在我國，煤炭資源分布廣泛，開采歷史悠久，煤炭工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著關(guān)鍵角色。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2024年我國原煤產(chǎn)量達(dá)到47.6億噸，同比增長1.3%，顯示了煤炭在我國能源供應(yīng)中的重要性。在煤炭開采的漫長歷程中，小煤窯曾是煤炭生產(chǎn)的重要組成部分。特別是在過去，由于技術(shù)、資金和管理等多方面條件的限制，小煤窯數(shù)量眾多，分布廣泛。這些小煤窯在滿足當(dāng)時(shí)能源需求的同時(shí)，也帶來了諸多問題。其開采方式往往較為粗放，多采用房柱式或以掘代采等落后方式，導(dǎo)致煤炭回采率極低，遺煤大量殘留于地下。而且，小煤窯的巷道布局雜亂無章，相互溝通，加之缺乏有效的通風(fēng)和防火措施，為煤層自燃埋下了隱患。隨著時(shí)間的推移，大量小煤窯因資源枯竭、安全隱患或政策調(diào)整等原因被廢棄，但遺留下來的火區(qū)問題卻日益凸顯。東峰礦作為煤炭開采的重要區(qū)域，同樣面臨著廢棄小煤窯火區(qū)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在東峰礦的廢棄區(qū)域，小煤窯火區(qū)廣泛分布，類型多樣，包括火燒煤堆、地下松動(dòng)火區(qū)、地下薄層火區(qū)以及火燒廢石渣等。這些火區(qū)長期存在，不僅對(duì)煤炭資源造成了巨大的浪費(fèi)，還嚴(yán)重威脅著周邊環(huán)境和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全?；饏^(qū)的燃燒導(dǎo)致地面塌陷，破壞了土地的原有結(jié)構(gòu)和功能，使得大量土地?zé)o法正常利用，造成了土地資源的嚴(yán)重浪費(fèi)?；饏^(qū)燃燒過程中釋放出大量的有害氣體，如二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等，這些氣體不僅污染空氣，危害周邊居民的身體健康，還可能引發(fā)酸雨等環(huán)境問題，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成長期的破壞?；饏^(qū)的存在也給后續(xù)的煤炭開采和其他工程建設(shè)帶來了極大的安全隱患，增加了開采和建設(shè)的難度與成本。1.1.2研究意義對(duì)東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)進(jìn)行探測(cè)及治理技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：保障安全：火區(qū)的存在嚴(yán)重威脅著周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全以及后續(xù)煤炭開采等工程作業(yè)的安全。通過對(duì)火區(qū)的精確探測(cè)，能夠準(zhǔn)確掌握火源位置、范圍和發(fā)展趨勢(shì)，從而為制定科學(xué)有效的治理方案提供依據(jù)。及時(shí)治理火區(qū)可以消除火災(zāi)隱患，避免火災(zāi)引發(fā)的爆炸、坍塌等事故，保障人員生命安全和工程設(shè)施的安全運(yùn)行，為東峰礦及周邊地區(qū)創(chuàng)造一個(gè)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)生活環(huán)境。資源利用：煤炭是不可再生資源，小煤窯火區(qū)的燃燒使得大量煤炭資源白白浪費(fèi)。據(jù)估算，在一些火區(qū)嚴(yán)重的地區(qū)，每年因火區(qū)燃燒損失的煤炭資源可達(dá)數(shù)十萬噸甚至更多。通過有效的治理技術(shù)，可以熄滅或控制火區(qū)，減少煤炭的燃燒損失，使這些原本被浪費(fèi)的煤炭資源得以保存和合理利用，提高煤炭資源的回收率，緩解我國能源資源緊張的局面，保障國家能源安全。環(huán)境保護(hù)：火區(qū)燃燒產(chǎn)生的大量有害氣體和粉塵對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，同時(shí)地面塌陷等問題也破壞了土地和生態(tài)環(huán)境。治理火區(qū)可以有效減少有害氣體的排放，降低空氣污染程度，改善周邊空氣質(zhì)量。對(duì)塌陷土地進(jìn)行修復(fù)和治理，有助于恢復(fù)土地的生態(tài)功能，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的良性互動(dòng)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1小煤窯火區(qū)探測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀小煤窯火區(qū)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于準(zhǔn)確掌握火區(qū)情況，制定有效的治理方案至關(guān)重要。國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，取得了一系列成果，以下是一些常見的探測(cè)技術(shù)：測(cè)氡法：該方法基于氡氣在煤層自燃過程中的運(yùn)移特性。煤炭自燃時(shí)，煤體中的放射性元素會(huì)衰變產(chǎn)生氡氣，氡氣具有較強(qiáng)的擴(kuò)散能力，能通過煤層裂隙、孔隙等通道向地表運(yùn)移。在地面上利用專業(yè)的測(cè)氡儀器，如FD-3017型氡釷分析儀等，按照一定的測(cè)點(diǎn)間距和網(wǎng)格布置進(jìn)行測(cè)量，獲取不同位置的氡氣濃度數(shù)據(jù)。通過分析這些數(shù)據(jù)的異常變化，就可以推斷出地下火源的位置和范圍。在某礦區(qū)的應(yīng)用中，通過測(cè)氡法成功圈定了火區(qū)范圍，為后續(xù)治理提供了關(guān)鍵依據(jù)。測(cè)氡法具有成本較低、操作相對(duì)簡便、受地形和天氣條件影響較小等優(yōu)點(diǎn)，能夠在較大范圍內(nèi)快速開展探測(cè)工作。但該方法也存在一定局限性，其探測(cè)結(jié)果容易受到地質(zhì)構(gòu)造、地下水等因素的干擾，導(dǎo)致氡氣濃度異常的解釋存在多解性，難以精確確定火源的深度和強(qiáng)度。熱紅外成像技術(shù)：利用物體的熱輻射特性，通過熱紅外成像儀接收火區(qū)表面發(fā)出的紅外輻射，將其轉(zhuǎn)化為熱圖像，從而直觀地反映火區(qū)的溫度分布和熱異常區(qū)域。在夜間或惡劣天氣條件下，熱紅外成像技術(shù)仍能正常工作，不受光線和云霧的影響。對(duì)于大面積的火區(qū)，通過航空或衛(wèi)星搭載的熱紅外成像設(shè)備，可以快速獲取火區(qū)的整體熱狀況，為火區(qū)的宏觀評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。在東峰礦的部分區(qū)域，采用熱紅外成像技術(shù)進(jìn)行火區(qū)探測(cè)，清晰地顯示出了火燒煤堆和地下淺層火區(qū)的分布情況。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式快速探測(cè)，獲取的熱圖像直觀易懂，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火區(qū)的動(dòng)態(tài)變化。然而，熱紅外成像技術(shù)受地表覆蓋物、地形起伏等因素影響較大，對(duì)于深部火源的探測(cè)能力有限，且設(shè)備成本較高，數(shù)據(jù)處理和分析需要專業(yè)知識(shí)和技能。地質(zhì)雷達(dá)法：地質(zhì)雷達(dá)利用高頻電磁波在地下介質(zhì)中的傳播特性，當(dāng)電磁波遇到不同電性介質(zhì)的界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和散射。通過發(fā)射和接收電磁波，分析反射波的時(shí)間、振幅、相位等信息，可以推斷地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和目標(biāo)體的位置。在小煤窯火區(qū)探測(cè)中，地質(zhì)雷達(dá)能夠探測(cè)到煤層的厚度變化、采空區(qū)的位置以及火區(qū)周圍的地質(zhì)構(gòu)造，為火區(qū)的空間定位提供依據(jù)。在某廢棄小煤窯火區(qū)探測(cè)中，地質(zhì)雷達(dá)準(zhǔn)確探測(cè)到了地下采空區(qū)的邊界和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為火區(qū)治理方案的制定提供了重要參考。地質(zhì)雷達(dá)具有探測(cè)速度快、分辨率高、對(duì)地下結(jié)構(gòu)成像直觀等優(yōu)點(diǎn)，但它的探測(cè)深度有限，一般在幾十米以內(nèi)，且對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的信號(hào)解釋難度較大，容易受到金屬干擾。瞬變電磁法：瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的變化。由于不同地質(zhì)體的導(dǎo)電性不同，二次渦流場(chǎng)的衰減特性也不同，通過分析二次場(chǎng)的衰減曲線，可以推斷地下地質(zhì)體的分布情況。在小煤窯火區(qū)探測(cè)中，瞬變電磁法可以有效探測(cè)到地下富水區(qū)域、采空區(qū)以及火區(qū)的范圍，因?yàn)榛饏^(qū)周圍的巖石和煤層在物理性質(zhì)上與正常區(qū)域存在差異，會(huì)導(dǎo)致瞬變電磁響應(yīng)的變化。在某礦區(qū)的應(yīng)用中，瞬變電磁法成功探測(cè)到了地下火區(qū)的邊界和深部范圍，為治理方案的制定提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。該方法具有對(duì)低阻體敏感、探測(cè)深度較大、受地形影響較小等優(yōu)點(diǎn)，但探測(cè)結(jié)果的解釋較為復(fù)雜，需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，且在高阻地質(zhì)環(huán)境下探測(cè)效果會(huì)受到一定影響。1.2.2小煤窯火區(qū)治理技術(shù)研究現(xiàn)狀針對(duì)小煤窯火區(qū)的治理，國內(nèi)外已經(jīng)形成了多種技術(shù)手段，這些技術(shù)在不同的地質(zhì)條件和火區(qū)特征下發(fā)揮著重要作用，為保障能源安全和生態(tài)環(huán)境做出了貢獻(xiàn)，以下是一些常見的治理技術(shù)：滅火技術(shù)：注漿滅火：這是一種較為常用的滅火方法，通過鉆孔將黃泥漿、粉煤灰漿等漿液注入火區(qū)。漿液在火區(qū)內(nèi)擴(kuò)散，一方面可以包裹煤體，隔絕氧氣與煤的接觸，抑制煤炭的氧化自燃；另一方面，漿液中的水分蒸發(fā)吸收熱量，降低火區(qū)溫度，從而達(dá)到滅火的目的。在某礦區(qū)，采用注漿滅火技術(shù)對(duì)小煤窯火區(qū)進(jìn)行治理，經(jīng)過長時(shí)間的注漿作業(yè)，成功熄滅了大部分火源，治理效果顯著。注漿滅火具有成本較低、材料來源廣泛、操作相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于深部火區(qū)和復(fù)雜地形條件下的火區(qū)，注漿的均勻性和覆蓋范圍難以保證，可能導(dǎo)致滅火不徹底。阻化劑滅火：將具有阻化作用的化學(xué)藥劑，如氯化鈣、氯化鎂等噴灑或注入煤體中，這些藥劑能夠降低煤的氧化活性，阻止煤的自燃過程。阻化劑可以在煤體表面形成一層保護(hù)膜，抑制氧氣與煤的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)還能吸收煤氧化產(chǎn)生的熱量，降低煤體溫度。在一些火區(qū)治理中，采用阻化劑滅火技術(shù)取得了較好的效果，有效延緩了煤炭的自燃速度。阻化劑滅火技術(shù)具有滅火速度快、針對(duì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但阻化劑的選擇和使用量需要根據(jù)煤的性質(zhì)和火區(qū)情況進(jìn)行精確計(jì)算，否則可能影響滅火效果，且部分阻化劑可能對(duì)環(huán)境造成一定污染。惰性氣體滅火：向火區(qū)注入氮?dú)?、二氧化碳等惰性氣體，降低火區(qū)內(nèi)氧氣濃度，使火區(qū)處于缺氧狀態(tài)，從而達(dá)到滅火的目的。氮?dú)夂投趸嫉榷栊詺怏w具有不燃燒、不助燃的特性，能夠有效抑制煤炭的燃燒反應(yīng)。在某火區(qū)治理項(xiàng)目中，通過向火區(qū)注入大量氮?dú)猓晒錅缌嘶饏^(qū)，且滅火后不易復(fù)燃。惰性氣體滅火技術(shù)具有滅火效果好、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備投資較大，需要專門的氣體制備和輸送設(shè)備，運(yùn)行成本較高，且在注入過程中需要嚴(yán)格控制氣體的流量和壓力，以確保滅火效果和施工安全。封閉技術(shù)：密閉墻封閉：在火區(qū)周圍構(gòu)筑密閉墻，如磚密閉墻、混凝土密閉墻等，將火區(qū)與外界空氣隔絕，切斷火區(qū)的氧氣供應(yīng)，使火區(qū)內(nèi)的燃燒因缺氧而逐漸熄滅。密閉墻的構(gòu)筑需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，確保墻體的密封性和強(qiáng)度，防止漏風(fēng)。在某小煤窯火區(qū)治理中，通過構(gòu)筑多道密閉墻，成功封閉了火區(qū)，經(jīng)過一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，火區(qū)內(nèi)的溫度和有害氣體濃度逐漸降低，表明封閉效果良好。密閉墻封閉技術(shù)適用于火源范圍較小、位置相對(duì)明確的火區(qū)，具有施工簡單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于大面積、復(fù)雜的火區(qū)，密閉墻的構(gòu)筑難度較大，且難以完全杜絕漏風(fēng)現(xiàn)象，可能導(dǎo)致火區(qū)復(fù)燃。凝膠封閉：將復(fù)合膠體注入火區(qū)，膠體在火區(qū)內(nèi)凝固形成凝膠體，不僅能夠封堵漏風(fēng)通道，還能包裹煤體，隔絕氧氣，起到滅火和防止復(fù)燃的作用。凝膠具有良好的可塑性和粘結(jié)性，能夠填充火區(qū)內(nèi)的空隙和裂隙，形成有效的密封層。在一些火區(qū)治理中，采用凝膠封閉技術(shù)取得了較好的效果，有效控制了火勢(shì)的蔓延。凝膠封閉技術(shù)具有密封性好、防火性能持久等優(yōu)點(diǎn)，但凝膠的制備和注入工藝相對(duì)復(fù)雜，成本較高，且對(duì)施工設(shè)備和技術(shù)要求較高。修復(fù)技術(shù)：土地復(fù)墾：對(duì)于因火區(qū)燃燒導(dǎo)致地面塌陷、土地破壞的區(qū)域，進(jìn)行土地復(fù)墾工作。通過平整土地、回填塌陷區(qū)、改良土壤等措施，恢復(fù)土地的原有功能，使其能夠重新用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、林業(yè)種植或其他用途。在某礦區(qū)，對(duì)火區(qū)周邊的塌陷土地進(jìn)行了復(fù)墾，種植了適宜的農(nóng)作物和樹木，不僅改善了生態(tài)環(huán)境，還提高了土地的利用率。土地復(fù)墾技術(shù)對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境、提高土地資源的利用效率具有重要意義，但復(fù)墾過程需要大量的人力、物力和財(cái)力投入，且復(fù)墾后的土地質(zhì)量和生態(tài)功能恢復(fù)需要一定的時(shí)間。生態(tài)修復(fù)：在火區(qū)治理后，通過種植耐干旱、抗污染的植物，恢復(fù)火區(qū)周邊的植被，改善生態(tài)環(huán)境。植被可以固定土壤、減少水土流失、吸收有害氣體，對(duì)改善火區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境具有重要作用。在一些火區(qū)治理項(xiàng)目中，采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)，種植了大量的沙棘、檸條等植物，經(jīng)過幾年的生長，火區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善。生態(tài)修復(fù)技術(shù)是一種長期的、綜合性的治理措施，能夠從根本上改善火區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境，但需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤條件選擇合適的植物品種，并進(jìn)行科學(xué)的種植和養(yǎng)護(hù)管理。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容火區(qū)探測(cè)技術(shù)研究：全面調(diào)研和分析東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的地質(zhì)條件、開采歷史以及現(xiàn)有資料，了解火區(qū)的基本情況。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究多種火區(qū)探測(cè)技術(shù)，如測(cè)氡法、熱紅外成像技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法等。對(duì)比不同探測(cè)技術(shù)的原理、適用條件、優(yōu)缺點(diǎn)以及在東峰礦火區(qū)探測(cè)中的可行性，選擇最適合東峰礦火區(qū)特點(diǎn)的探測(cè)技術(shù)組合。利用選定的探測(cè)技術(shù)，對(duì)東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)進(jìn)行全面、細(xì)致的探測(cè)，確定火源的位置、范圍、深度以及發(fā)展趨勢(shì)等關(guān)鍵信息，為后續(xù)的治理方案制定提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持?；饏^(qū)治理技術(shù)研究：根據(jù)火區(qū)探測(cè)結(jié)果，結(jié)合東峰礦火區(qū)的實(shí)際情況，深入研究各種火區(qū)治理技術(shù)，包括滅火技術(shù)（如注漿滅火、阻化劑滅火、惰性氣體滅火等）、封閉技術(shù)（如密閉墻封閉、凝膠封閉等）以及修復(fù)技術(shù)（如土地復(fù)墾、生態(tài)修復(fù)等）。分析不同治理技術(shù)的作用原理、適用范圍、施工工藝以及治理效果，綜合考慮技術(shù)可行性、成本效益和環(huán)境影響等因素，制定出針對(duì)東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的綜合治理技術(shù)方案。對(duì)治理方案中的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)和施工流程規(guī)劃，確保治理方案的科學(xué)性和可操作性。治理效果評(píng)估與建議：在火區(qū)治理過程中，建立完善的監(jiān)測(cè)體系，對(duì)治理效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)火區(qū)的溫度變化、有害氣體濃度、氧氣含量等指標(biāo)，評(píng)估治理措施的有效性。在火區(qū)治理完成后，運(yùn)用多種評(píng)估方法，如現(xiàn)場(chǎng)勘查、數(shù)據(jù)分析、數(shù)值模擬等，對(duì)治理效果進(jìn)行全面、客觀的評(píng)估?？偨Y(jié)治理過程中存在的問題和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出改進(jìn)建議和措施，為今后類似火區(qū)的治理提供參考。從技術(shù)、管理、政策等方面提出保障火區(qū)治理效果的長效機(jī)制和建議，確?；饏^(qū)治理后不再復(fù)燃，實(shí)現(xiàn)東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的徹底治理和可持續(xù)發(fā)展。1.3.2研究方法文獻(xiàn)研究法：廣泛收集國內(nèi)外關(guān)于小煤窯火區(qū)探測(cè)及治理技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、專利等。對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)的梳理和分析，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及已取得的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過文獻(xiàn)研究，總結(jié)現(xiàn)有探測(cè)和治理技術(shù)的原理、方法、優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件，為東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。實(shí)地勘查法：深入東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行實(shí)地勘查。通過實(shí)地觀察，了解火區(qū)的地形地貌、周邊環(huán)境、火區(qū)的分布范圍以及燃燒狀況等直觀信息。與當(dāng)?shù)氐拿旱V管理人員、技術(shù)人員以及附近居民進(jìn)行交流，獲取關(guān)于火區(qū)的歷史資料、開采情況、火災(zāi)發(fā)生的原因和發(fā)展過程等第一手信息。利用專業(yè)的測(cè)量儀器，對(duì)火區(qū)的邊界、面積、深度等進(jìn)行測(cè)量，為后續(xù)的探測(cè)和治理工作提供準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。技術(shù)分析法：對(duì)收集到的火區(qū)探測(cè)和治理技術(shù)進(jìn)行深入的技術(shù)分析。從技術(shù)原理、工藝流程、設(shè)備要求、施工難度、成本效益等多個(gè)方面對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的剖析和比較。結(jié)合東峰礦火區(qū)的地質(zhì)條件、開采歷史以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，評(píng)估不同技術(shù)在東峰礦火區(qū)應(yīng)用的可行性和適應(yīng)性。通過技術(shù)分析，篩選出最適合東峰礦火區(qū)的探測(cè)和治理技術(shù)，并對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以提高其在實(shí)際應(yīng)用中的效果和效率。案例對(duì)比法：收集國內(nèi)外其他地區(qū)類似小煤窯火區(qū)探測(cè)及治理的成功案例和失敗案例。對(duì)這些案例進(jìn)行詳細(xì)的分析和對(duì)比，總結(jié)成功案例的經(jīng)驗(yàn)和做法，分析失敗案例的原因和教訓(xùn)。將東峰礦火區(qū)的情況與這些案例進(jìn)行對(duì)比，借鑒成功案例的經(jīng)驗(yàn)，避免出現(xiàn)類似的問題。通過案例對(duì)比，拓寬研究思路，為東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的探測(cè)及治理提供更多的參考和啟示。二、東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)概述2.1東峰礦概況東峰礦位于陜西省府谷縣城西北約42Km處，行政區(qū)劃上隸屬于府谷縣新民鎮(zhèn)管轄，行業(yè)管理歸屬于府谷縣煤炭工業(yè)局。依據(jù)陜國土資礦采劃【2009】8號(hào)文《關(guān)于劃定府谷縣東峰煤礦有限公司礦區(qū)范圍的批復(fù)》，該礦地處“陜北侏羅紀(jì)煤田神府礦區(qū)新民鎮(zhèn)普查區(qū)”東部，其整合區(qū)由原府谷縣新民鎮(zhèn)陽塔煤礦、商業(yè)聯(lián)營煤礦、溫莊則煤礦及其擴(kuò)大區(qū)整合而成，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°38′48〃-110°42′56〃，北緯39°04′51〃-39°06′29〃，井田面積達(dá)9.1596Km2。東峰礦開采歷史較為悠久，早期開采技術(shù)相對(duì)落后，多采用房柱式或以掘代采等方式，煤炭回采率較低，遺煤現(xiàn)象嚴(yán)重，為后續(xù)的小煤窯火區(qū)問題埋下了隱患。隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，東峰礦在后續(xù)的開采過程中逐步改進(jìn)開采技術(shù)，采用長壁綜采采煤工藝，核定生產(chǎn)能力為90萬噸/年。該礦批準(zhǔn)開采的煤層為3-3、4-4、5-2三個(gè)煤層，各煤層煤類以不粘煤為主，少量長焰煤，煤層平均密度為1.31-1.32t/立方米，發(fā)熱量三層煤31.57-32.14MJ/kg，屬特高值、特低灰、磷、硫煤，煤質(zhì)優(yōu)良，是良好的動(dòng)力用煤、氣化煤以及低溫干餾用煤。在礦井建設(shè)方面，東峰礦于2010年8月至2012年7月進(jìn)行建設(shè)，總工期為23個(gè)月，改造利用原溫莊則煤礦工業(yè)場(chǎng)地的基礎(chǔ)上，新建主（傾角16°）、副（傾角6°）、風(fēng)（傾角25°）三個(gè)井筒，以一個(gè)水平對(duì)礦井內(nèi)可采煤層進(jìn)行回采。礦井用電由工業(yè)場(chǎng)地建的10KV變電站提供，兩路10KV線路分別引自新民110KV變電站。在交通方面，神（木）至朔（州）鐵路、府（谷）至店（塔）一級(jí)公路從井田南部東西向通過，整合區(qū)距神朔鐵路新城川集裝站約2Km，交通運(yùn)輸條件十分便利。然而，由于過去小煤窯的無序開采，在東峰礦的井田范圍內(nèi)，廢棄小煤窯分布廣泛且情況復(fù)雜。這些廢棄小煤窯主要分布在井田的周邊區(qū)域以及一些早期開采的區(qū)域，它們相互交錯(cuò)，巷道縱橫，給后續(xù)的火區(qū)探測(cè)和治理工作帶來了極大的困難。2.2火區(qū)形成原因東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，主要包括煤炭自燃特性、開采方式以及地質(zhì)條件等方面。深入分析這些原因，對(duì)于制定有效的火區(qū)探測(cè)及治理方案具有重要意義。2.2.1煤炭自燃特性煤炭具有自燃的特性，這是東峰礦火區(qū)形成的內(nèi)在因素。煤炭的自燃過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，主要包括以下幾個(gè)階段：低溫氧化階段：在常溫下，煤體表面的活性基團(tuán)與空氣中的氧氣發(fā)生物理吸附和化學(xué)反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的氧化物，如煤氧絡(luò)合物。這一過程會(huì)釋放出少量的熱量，但由于熱量散失較快，煤體溫度升高不明顯。自熱階段：隨著氧化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，煤氧絡(luò)合物不斷分解，產(chǎn)生更多的熱量。當(dāng)熱量積聚速度大于散失速度時(shí)，煤體溫度開始逐漸升高，進(jìn)入自熱階段。在這個(gè)階段，煤體中的水分蒸發(fā)，產(chǎn)生水蒸氣，同時(shí)煤體中的一些揮發(fā)性物質(zhì)開始釋放，如一氧化碳、二氧化碳、甲烷等。燃燒階段：當(dāng)煤體溫度升高到一定程度（一般為300-500℃）時(shí)，煤體中的可燃物質(zhì)開始劇烈氧化燃燒，產(chǎn)生明火，進(jìn)入燃燒階段。此時(shí)，火區(qū)會(huì)釋放出大量的熱量、有害氣體和煙塵，對(duì)周圍環(huán)境和人員安全造成嚴(yán)重威脅。煤炭的自燃傾向性與煤的變質(zhì)程度、煤巖成分、水分含量、含硫量等因素密切相關(guān)。東峰礦開采的煤層以不粘煤為主，少量長焰煤，這些煤種的變質(zhì)程度較低，揮發(fā)分含量較高，具有較強(qiáng)的自燃傾向性。煤中的黃鐵礦等含硫礦物在氧化過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，加速煤炭的自燃。煤體的破碎程度和孔隙率也會(huì)影響煤炭的自燃速度，破碎程度越高、孔隙率越大，煤體與氧氣的接觸面積就越大，自燃速度也就越快。在東峰礦的廢棄小煤窯中，由于開采過程中對(duì)煤體的破壞，使得煤體的破碎程度和孔隙率增大，增加了煤炭自燃的風(fēng)險(xiǎn)。2.2.2開采方式東峰礦早期的小煤窯開采方式較為落后，多采用房柱式或以掘代采等方式，這些開采方式對(duì)火區(qū)的形成起到了重要的促進(jìn)作用。房柱式開采：在房柱式開采中，煤柱被留設(shè)來支撐頂板，但由于煤柱的尺寸和間距設(shè)計(jì)不合理，以及開采過程中的擾動(dòng)，煤柱容易受到破壞，導(dǎo)致煤炭暴露在空氣中。隨著時(shí)間的推移，這些暴露的煤炭逐漸氧化自燃，形成火源。而且，房柱式開采留下的采空區(qū)空間較大，通風(fēng)條件復(fù)雜，難以有效控制風(fēng)流，使得氧氣能夠不斷進(jìn)入采空區(qū)，為煤炭自燃提供了充足的條件。在東峰礦的一些廢棄小煤窯中，采用房柱式開采的區(qū)域，火區(qū)分布較為廣泛，治理難度較大。以掘代采：以掘代采是一種掠奪式的開采方式，沒有正規(guī)的采煤工作面和采煤工藝，只是通過掘進(jìn)巷道來采煤。這種開采方式不僅煤炭回采率極低，遺煤大量殘留于地下，而且巷道布置雜亂無章，相互連通，形成了復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。這些遺煤在適宜的條件下極易自燃，而復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)又使得火源難以被發(fā)現(xiàn)和控制，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)容易迅速蔓延。在東峰礦的部分區(qū)域，由于早期采用以掘代采的方式，導(dǎo)致火區(qū)分布零散，給探測(cè)和治理工作帶來了極大的困難。2.2.3地質(zhì)條件地質(zhì)條件是影響東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)形成的重要外部因素，主要包括以下幾個(gè)方面：煤層賦存條件：東峰礦的煤層賦存條件較為復(fù)雜，煤層厚度變化較大，存在斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。這些地質(zhì)構(gòu)造使得煤層的連續(xù)性遭到破壞，煤體破碎，增加了煤炭與氧氣的接觸面積，從而促進(jìn)了煤炭的自燃。在斷層附近，煤體受到擠壓和破碎，形成了大量的裂隙和孔隙，氧氣容易進(jìn)入煤體，引發(fā)自燃。褶皺構(gòu)造也會(huì)導(dǎo)致煤層的局部應(yīng)力集中，煤體破碎，增加自燃的風(fēng)險(xiǎn)。水文地質(zhì)條件：地下水對(duì)煤炭自燃也有一定的影響。一方面，地下水可以降低煤體的溫度，抑制煤炭的氧化自燃；另一方面，地下水的流動(dòng)會(huì)帶走煤體中的熱量和水分，使煤體干燥，增加煤炭的自燃傾向性。在東峰礦，部分區(qū)域的地下水水位較低，對(duì)煤炭自燃的抑制作用較弱，而地下水的流動(dòng)又可能導(dǎo)致煤體中的水分流失，使得煤炭更容易自燃。地形地貌條件：東峰礦的地形地貌較為復(fù)雜，山區(qū)地形起伏較大，溝壑縱橫。這種地形條件使得廢棄小煤窯的分布較為分散，且難以進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和治理。在一些地勢(shì)低洼的區(qū)域，容易積聚熱量和有害氣體，為煤炭自燃提供了有利的環(huán)境。地形的復(fù)雜性也增加了火區(qū)探測(cè)和治理的難度，如在山區(qū)進(jìn)行探測(cè)工作時(shí)，儀器設(shè)備的運(yùn)輸和操作都受到很大的限制。2.3火區(qū)特征2.3.1火源特征東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的火源具有以下顯著特征，這些特征對(duì)火區(qū)的探測(cè)和治理工作帶來了諸多挑戰(zhàn)。隱蔽性：由于小煤窯開采歷史久遠(yuǎn)，巷道布局錯(cuò)綜復(fù)雜，且大多已廢棄多年，缺乏有效的監(jiān)測(cè)和管理?；鹪赐[藏在地下深處的采空區(qū)、煤柱內(nèi)部或被垮落的巖石所掩埋，難以直接被發(fā)現(xiàn)。在一些復(fù)雜的地質(zhì)條件下，如斷層、褶皺等區(qū)域，火源的位置更加難以確定。這些隱蔽的火源如同隱藏在暗處的“定時(shí)炸彈”，隨時(shí)可能引發(fā)更大規(guī)模的火災(zāi)，對(duì)周邊環(huán)境和人員安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。多點(diǎn)性：小煤窯的開采方式較為粗放，遺留的煤柱和采空區(qū)分布廣泛，且相互連通，形成了多個(gè)潛在的火源點(diǎn)。這些火源點(diǎn)可能同時(shí)存在，也可能在不同時(shí)間先后發(fā)生自燃，使得火區(qū)的范圍不斷擴(kuò)大，火勢(shì)難以控制。在某一區(qū)域，可能同時(shí)存在多個(gè)火源點(diǎn)，它們之間相互影響，形成復(fù)雜的燃燒網(wǎng)絡(luò)，增加了探測(cè)和治理的難度。多點(diǎn)性火源還會(huì)導(dǎo)致火區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)難以預(yù)測(cè)，給治理工作帶來極大的不確定性。立體性：火區(qū)不僅在平面上分布廣泛，而且在垂直方向上也呈現(xiàn)出立體分布的特點(diǎn)。從淺部煤層到深部煤層，都可能存在火源。這是因?yàn)樾∶焊G開采過程中，不同煤層之間的煤柱往往被破壞，形成了溝通不同煤層的通道，使得火源能夠在不同煤層之間蔓延。深部煤層的火源由于受到上覆巖層的壓力和隔熱作用，燃燒速度相對(duì)較慢，但溫度較高，治理難度更大。立體性火源要求在探測(cè)和治理過程中，需要綜合考慮不同深度的火源情況，采取多層次、全方位的探測(cè)和治理措施?；鹪吹倪@些特征使得火區(qū)的探測(cè)和治理工作面臨巨大的挑戰(zhàn)。在探測(cè)方面，傳統(tǒng)的探測(cè)方法難以準(zhǔn)確確定隱蔽、多點(diǎn)和立體分布的火源位置和范圍，需要采用多種先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜合探測(cè)。在治理方面，由于火源的復(fù)雜性，單一的治理技術(shù)往往難以奏效，需要根據(jù)火源的具體情況，制定個(gè)性化的綜合治理方案，才能有效地控制和撲滅火災(zāi)。2.3.2火區(qū)環(huán)境特征東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的環(huán)境特征復(fù)雜，對(duì)火區(qū)的發(fā)展和治理產(chǎn)生了重要影響，同時(shí)也對(duì)周邊環(huán)境和人員安全構(gòu)成了嚴(yán)重危害。溫度特征：火區(qū)內(nèi)的溫度分布極不均勻，火源中心溫度可高達(dá)1000℃以上，而在火區(qū)邊緣和遠(yuǎn)離火源的區(qū)域，溫度相對(duì)較低。在火源附近，煤體劇烈燃燒，釋放出大量的熱量，使得周圍巖石和空氣溫度急劇升高。隨著距離火源的增加，熱量逐漸散失，溫度逐漸降低?；饏^(qū)內(nèi)的溫度還會(huì)隨著時(shí)間的變化而波動(dòng)，受到通風(fēng)條件、燃燒物質(zhì)的變化等因素的影響。高溫環(huán)境不僅對(duì)火區(qū)周邊的植被和土壤造成嚴(yán)重破壞，還會(huì)加速巖石的風(fēng)化和破碎，導(dǎo)致地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。高溫還會(huì)使火區(qū)內(nèi)的氣體膨脹，增加火區(qū)內(nèi)的壓力，可能引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)情況，對(duì)治理人員的生命安全構(gòu)成威脅。氣體成分特征：火區(qū)燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，主要包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）、二氧化硫（SO?）、氮氧化物（NO?）等。一氧化碳是一種無色、無味、有毒的氣體，人體吸入后會(huì)與血紅蛋白結(jié)合，導(dǎo)致缺氧窒息，嚴(yán)重威脅人員生命安全。二氧化碳濃度過高會(huì)導(dǎo)致人員窒息，影響火區(qū)內(nèi)的通風(fēng)和滅火效果。二氧化硫和氮氧化物會(huì)形成酸雨，對(duì)周邊環(huán)境造成污染，損害植被和建筑物?；饏^(qū)內(nèi)還可能存在甲烷（CH?）等可燃性氣體，當(dāng)這些氣體與空氣混合達(dá)到一定比例時(shí)，遇到火源會(huì)發(fā)生爆炸，增加了火區(qū)的危險(xiǎn)性。地形地貌特征：東峰礦地處山區(qū)，地形起伏較大，溝壑縱橫。廢棄小煤窯分布在不同的地形部位，使得火區(qū)的分布也呈現(xiàn)出復(fù)雜的特點(diǎn)。在山區(qū)，火區(qū)的治理工作面臨著交通不便、設(shè)備運(yùn)輸困難等問題。在一些陡峭的山坡上，難以搭建施工平臺(tái)，增加了治理工作的難度。地形地貌還會(huì)影響火區(qū)的通風(fēng)和散熱條件。在山谷等低洼地區(qū)，空氣流通不暢，熱量和有害氣體容易積聚，加劇了火區(qū)的危害程度。而在山頂?shù)雀咛帲L(fēng)速較大，火勢(shì)容易蔓延，給滅火工作帶來困難?；饏^(qū)的這些環(huán)境特征相互作用，使得火區(qū)的治理工作變得異常復(fù)雜。高溫環(huán)境和有害氣體對(duì)治理人員的身體健康和安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，需要采取有效的防護(hù)措施。復(fù)雜的地形地貌增加了治理工作的難度和成本，需要合理規(guī)劃治理方案，選擇合適的治理技術(shù)和設(shè)備。了解火區(qū)的環(huán)境特征，對(duì)于制定科學(xué)有效的治理方案，保障治理工作的順利進(jìn)行具有重要意義。三、東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)探測(cè)技術(shù)3.1熱紅外成像技術(shù)3.1.1技術(shù)原理熱紅外成像技術(shù)基于物體的熱輻射特性，其原理涉及到熱輻射基本理論、紅外探測(cè)器工作原理以及信號(hào)處理與圖像生成等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。任何溫度高于絕對(duì)零度（-273.15°C，0K）的物體都會(huì)以電磁波的形式向外輻射能量，主要是紅外線，這種輻射能量的大小與物體的溫度密切相關(guān)，遵循斯特藩-玻爾茲曼定律，即熱輻射的總能量與物體溫度的四次方成正比。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)中，火源區(qū)域的煤炭燃燒產(chǎn)生高溫，其熱輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周圍正常區(qū)域。根據(jù)這一特性，熱紅外成像技術(shù)利用熱紅外成像儀來探測(cè)火區(qū)表面發(fā)出的紅外輻射。熱紅外成像儀主要由紅外探測(cè)器、光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)處理器和顯示設(shè)備等部分組成。紅外探測(cè)器是熱紅外成像儀的核心部件，它能夠捕捉物體表面的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。光學(xué)系統(tǒng)通常包含紅外透鏡，用于聚焦紅外輻射，確保探測(cè)器能夠準(zhǔn)確接收目標(biāo)物體的紅外信號(hào)。信號(hào)處理器則負(fù)責(zé)將探測(cè)器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，以提取有用的信息并抑制噪聲，然后將處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和圖像生成。最后，顯示設(shè)備根據(jù)處理后的數(shù)字信號(hào)，通過特定的算法和圖像處理技術(shù)，生成紅外熱圖像。在生成的熱圖像中，不同顏色或灰度級(jí)別代表不同的溫度分布，溫度較高的區(qū)域通常顯示為紅色或亮色，而溫度較低的區(qū)域則顯示為藍(lán)色或暗色，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的非接觸式溫度測(cè)量和可視化呈現(xiàn)。例如，在對(duì)東峰礦某疑似火區(qū)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，當(dāng)熱紅外成像儀對(duì)準(zhǔn)該區(qū)域，火源處高溫煤炭強(qiáng)烈的紅外輻射被成像儀接收，經(jīng)過一系列處理后，在熱圖像上會(huì)清晰地顯示出一個(gè)明顯的高溫區(qū)域，與周圍低溫區(qū)域形成鮮明對(duì)比，這就直觀地反映了火區(qū)的位置和大致范圍。這種通過熱輻射差異成像來確定火區(qū)位置和范圍的技術(shù)原理，使得熱紅外成像技術(shù)在火區(qū)探測(cè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式快速探測(cè)，不受光線條件限制，即使在夜間或惡劣天氣條件下也能正常工作，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)火區(qū)提供了有力的手段。3.1.2應(yīng)用實(shí)例與數(shù)據(jù)分析在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)探測(cè)中，熱紅外成像技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的效果。在對(duì)東峰礦某區(qū)域的廢棄小煤窯火區(qū)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，使用了專業(yè)的熱紅外成像儀，該成像儀具有高分辨率和寬溫度測(cè)量范圍的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確捕捉到火區(qū)的熱輻射信號(hào)。在探測(cè)過程中，操作人員按照預(yù)定的路線和測(cè)點(diǎn)布置方案，對(duì)火區(qū)進(jìn)行了全面的掃描。從獲取的熱紅外圖像數(shù)據(jù)來看，在圖像中清晰地顯示出多個(gè)明顯的高溫異常區(qū)域。這些高溫區(qū)域呈現(xiàn)出不規(guī)則的形狀，大小不一，溫度分布也不均勻。通過對(duì)圖像數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，利用成像儀自帶的溫度測(cè)量功能和數(shù)據(jù)分析軟件，確定了這些高溫區(qū)域的具體溫度范圍。其中，火源中心區(qū)域的溫度最高可達(dá)800°C以上，而在火區(qū)邊緣部分，溫度相對(duì)較低，約為200-400°C。通過對(duì)不同時(shí)間獲取的熱紅外圖像進(jìn)行對(duì)比分析，還可以清晰地觀察到火區(qū)的動(dòng)態(tài)變化情況。隨著時(shí)間的推移，部分高溫區(qū)域的范圍逐漸擴(kuò)大，表明火勢(shì)在蔓延；而有些區(qū)域的溫度有所降低，可能是由于自然因素或前期的一些簡單滅火措施起到了一定的作用。為了更直觀地展示熱紅外成像技術(shù)對(duì)火區(qū)探測(cè)的作用，以其中一個(gè)典型的火區(qū)為例，在熱紅外圖像中，該火區(qū)呈現(xiàn)為一個(gè)紅色的不規(guī)則塊狀區(qū)域，周圍環(huán)繞著黃色和橙色的過渡區(qū)域，與周圍正常區(qū)域的藍(lán)色和綠色形成鮮明對(duì)比。通過對(duì)該圖像的分析，能夠準(zhǔn)確地確定火區(qū)的邊界，測(cè)量出火區(qū)的面積約為500平方米。而在傳統(tǒng)的肉眼觀察和簡單的溫度測(cè)量方法下，很難準(zhǔn)確地確定火區(qū)的范圍和邊界，只能大致估計(jì)火區(qū)的位置，誤差較大。熱紅外成像技術(shù)能夠提供直觀、準(zhǔn)確的火區(qū)信息，為后續(xù)的火區(qū)治理工作提供了重要的依據(jù)。根據(jù)熱紅外成像技術(shù)探測(cè)到的火區(qū)位置、范圍和溫度分布等信息，治理人員可以制定更加科學(xué)合理的治理方案，如確定注漿滅火的鉆孔位置和注漿量、選擇合適的滅火材料和設(shè)備等，從而提高火區(qū)治理的效率和效果。3.2激光雷達(dá)掃描技術(shù)3.2.1技術(shù)原理激光雷達(dá)掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的空間探測(cè)技術(shù)，其基本原理是通過向目標(biāo)物體發(fā)射激光束，并接收從物體表面反射回來的激光信號(hào)，利用光的飛行時(shí)間（TimeofFlight，ToF）來精確測(cè)量距離信息。具體而言，激光雷達(dá)系統(tǒng)主要由激光發(fā)射模塊、掃描系統(tǒng)、激光接收模塊以及數(shù)據(jù)處理單元等部分組成。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)探測(cè)中，激光發(fā)射模塊會(huì)按照一定的頻率和角度，向火區(qū)所在區(qū)域發(fā)射高能量的激光脈沖。這些激光脈沖以光速在空氣中傳播，當(dāng)遇到火區(qū)的地面、建筑物、巖石或其他物體表面時(shí)，部分激光會(huì)被反射回來。掃描系統(tǒng)則負(fù)責(zé)控制激光束的掃描方向和范圍，通過旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)火區(qū)的全方位掃描。激光接收模塊接收到反射回來的激光信號(hào)后，會(huì)將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元是激光雷達(dá)系統(tǒng)的核心部分，它會(huì)根據(jù)激光發(fā)射和接收的時(shí)間差，結(jié)合光速這一已知常量，利用公式d=c\timest/2（其中d表示距離，c表示光速，t表示激光往返的時(shí)間）精確計(jì)算出激光雷達(dá)與目標(biāo)物體之間的距離。通過不斷地發(fā)射和接收激光脈沖，并對(duì)不同角度和位置的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，激光雷達(dá)能夠獲取大量的離散點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，這些點(diǎn)被稱為“點(diǎn)云”。隨著掃描的進(jìn)行，大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)逐漸匯聚，經(jīng)過專門的數(shù)據(jù)處理算法和軟件的處理，最終可以構(gòu)建出火區(qū)的高精度三維模型。在這個(gè)三維模型中，能夠清晰地呈現(xiàn)出火區(qū)的地形地貌、建筑物的分布、地下空洞的位置以及火區(qū)與周邊環(huán)境的空間關(guān)系等詳細(xì)信息，為火區(qū)的探測(cè)和后續(xù)治理提供了直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。例如，在對(duì)東峰礦某廢棄小煤窯火區(qū)進(jìn)行掃描時(shí)，通過激光雷達(dá)技術(shù)獲取的三維模型，可以清晰地看到火區(qū)周邊地形的起伏情況，以及廢棄巷道在地下的延伸走向，為確定火區(qū)范圍和制定治理方案提供了關(guān)鍵依據(jù)。3.2.2應(yīng)用實(shí)例與數(shù)據(jù)分析在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的實(shí)際探測(cè)工作中，激光雷達(dá)掃描技術(shù)得到了充分的應(yīng)用，并取得了顯著的成果。針對(duì)東峰礦某片存在復(fù)雜地形和眾多廢棄小煤窯的區(qū)域，采用了車載式激光雷達(dá)進(jìn)行掃描。車載式激光雷達(dá)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、掃描速度快的特點(diǎn)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成大面積區(qū)域的掃描工作。在掃描過程中，激光雷達(dá)以一定的速度和間距對(duì)地面進(jìn)行密集掃描，獲取了大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和分析，構(gòu)建出了該區(qū)域火區(qū)的詳細(xì)三維模型。從三維模型中可以清晰地觀察到，火區(qū)主要分布在地勢(shì)低洼的山谷地帶，這與該區(qū)域的地形地貌和通風(fēng)條件密切相關(guān)。在山谷中，空氣流通不暢，熱量和有害氣體容易積聚，為煤炭自燃提供了有利條件。三維模型還準(zhǔn)確地顯示出了廢棄小煤窯的巷道分布情況，這些巷道相互交錯(cuò)，形成了復(fù)雜的地下網(wǎng)絡(luò)。其中，一些巷道由于長期廢棄，頂板垮落，導(dǎo)致部分區(qū)域的地形出現(xiàn)了明顯的凹陷。為了更直觀地分析火區(qū)情況，利用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)三維模型進(jìn)行了進(jìn)一步處理。通過設(shè)置不同的顏色和高度值來表示不同的地形特征和火區(qū)范圍。在處理后的三維模型中，火區(qū)范圍被清晰地標(biāo)識(shí)為紅色區(qū)域，其邊界與周邊正常區(qū)域形成了鮮明的對(duì)比。通過測(cè)量工具，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出火區(qū)的面積約為800平方米，同時(shí)還可以獲取火區(qū)不同位置的深度信息，為后續(xù)的治理工作提供了精確的數(shù)據(jù)支持。與傳統(tǒng)的探測(cè)方法相比，激光雷達(dá)掃描技術(shù)在東峰礦火區(qū)探測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的人工勘查方法受地形和環(huán)境限制較大，在復(fù)雜的山區(qū)和廢棄小煤窯區(qū)域，人員難以到達(dá)一些危險(xiǎn)或隱蔽的地方，且勘查效率較低，容易遺漏重要信息。而激光雷達(dá)掃描技術(shù)能夠快速、全面地獲取火區(qū)的三維信息，不受地形和光照條件的影響，即使在夜間或惡劣天氣下也能正常工作。其獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和三維模型精度高，能夠?yàn)榛饏^(qū)治理提供更準(zhǔn)確、詳細(xì)的依據(jù)，大大提高了火區(qū)探測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，為后續(xù)的火區(qū)治理工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3.3測(cè)氡法3.3.1技術(shù)原理測(cè)氡法是基于煤炭自燃過程中煤巖內(nèi)放射性元素的變化以及氡氣的運(yùn)移特性來探測(cè)火源的一種方法。在煤炭自燃進(jìn)程中，煤體中的放射性元素會(huì)發(fā)生衰變，產(chǎn)生氡氣（^{222}Rn）。煤炭氧化升溫階段，隨著溫度的逐漸升高，煤巖內(nèi)部的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化促使煤巖中放射性物質(zhì)的衰變加速，從而使得氡氣的析出量顯著增加。相關(guān)研究表明，在一定溫度范圍內(nèi)，煤巖溫度每升高10℃，氡氣的析出強(qiáng)度可增加1.5-2.5倍。氡氣具有較強(qiáng)的擴(kuò)散能力，它能夠通過煤層中的裂隙、孔隙等通道向上運(yùn)移至地表。這是因?yàn)殡睔馐且环N氣體，在濃度差和壓力差的作用下，會(huì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散。在地下，火源附近的氡氣濃度較高，而地表的氡氣濃度相對(duì)較低，這種濃度梯度為氡氣的向上運(yùn)移提供了動(dòng)力。同時(shí)，由于地下存在著一定的壓力，尤其是在煤層受到開采擾動(dòng)后，壓力分布不均，也會(huì)促使氡氣向壓力較低的地表方向運(yùn)移。在地面上，利用專業(yè)的測(cè)氡儀器，如FD-3017型氡釷分析儀等，按照一定的測(cè)點(diǎn)間距和網(wǎng)格布置進(jìn)行測(cè)量。這些儀器通過探測(cè)氡氣衰變時(shí)產(chǎn)生的α粒子來確定氡氣的濃度。例如，F(xiàn)D-3017型氡釷分析儀采用閃爍計(jì)數(shù)法，當(dāng)氡氣進(jìn)入儀器的探測(cè)器后，其衰變產(chǎn)生的α粒子會(huì)與閃爍體相互作用，使閃爍體發(fā)出閃爍光，光電倍增管將閃爍光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行放大，最后由計(jì)數(shù)器記錄電信號(hào)的數(shù)量，從而得出氡氣的濃度。通過對(duì)不同測(cè)點(diǎn)氡氣濃度數(shù)據(jù)的采集和分析，繪制出氡氣濃度等值線圖。在圖中，當(dāng)出現(xiàn)氡氣濃度明顯高于背景值的異常區(qū)域時(shí)，通?？梢酝茢嘣搮^(qū)域地下存在火源。這是因?yàn)榛鹪吹拇嬖趯?dǎo)致煤炭自燃，進(jìn)而產(chǎn)生大量氡氣，使得該區(qū)域的氡氣濃度升高。通過對(duì)這些異常區(qū)域的分析和判斷，就可以確定火源的大致位置和范圍。3.3.2應(yīng)用實(shí)例與數(shù)據(jù)分析在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)探測(cè)中，測(cè)氡法得到了廣泛應(yīng)用，并取得了重要成果。在對(duì)東峰礦某重點(diǎn)區(qū)域的火區(qū)探測(cè)時(shí)，采用了FD-3017型氡釷分析儀，按照50m×50m的測(cè)點(diǎn)間距，在該區(qū)域布置了密集的測(cè)點(diǎn)，共設(shè)置了200個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了多次測(cè)量，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。從測(cè)量得到的氡氣濃度數(shù)據(jù)來看，大部分測(cè)點(diǎn)的氡氣濃度處于正常背景值范圍內(nèi)，平均值約為500Bq/m3。但在該區(qū)域的西南部，有一片區(qū)域的氡氣濃度出現(xiàn)了明顯異常。其中，測(cè)點(diǎn)A的氡氣濃度達(dá)到了1500Bq/m3，測(cè)點(diǎn)B的氡氣濃度更是高達(dá)2000Bq/m3，遠(yuǎn)高于正常背景值。通過對(duì)這些異常測(cè)點(diǎn)的分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)它們集中在一個(gè)面積約為10000平方米的區(qū)域內(nèi)。為了更直觀地展示氡氣濃度的分布情況，繪制了該區(qū)域的氡氣濃度等值線圖。在等值線圖中，以不同的顏色和線條表示不同的氡氣濃度范圍?？梢郧逦乜吹剑谖髂喜康漠惓^(qū)域，氡氣濃度等值線呈現(xiàn)出密集分布的狀態(tài)，形成了一個(gè)明顯的高濃度閉合區(qū)域，這表明該區(qū)域地下存在火源的可能性極大。為了驗(yàn)證測(cè)氡法的探測(cè)結(jié)果，在該異常區(qū)域進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。鉆探結(jié)果顯示，在地下約30-50米的深度處，發(fā)現(xiàn)了煤炭自燃的痕跡，煤體呈現(xiàn)出黑色、燒焦的狀態(tài)，且溫度較高，最高溫度達(dá)到了350℃。這與測(cè)氡法探測(cè)到的火源位置和范圍基本相符，證明了測(cè)氡法在東峰礦火區(qū)探測(cè)中的有效性和準(zhǔn)確性。通過對(duì)多個(gè)類似區(qū)域的探測(cè)和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)氡法能夠有效地探測(cè)到東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的火源位置和范圍。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，測(cè)氡法的探測(cè)結(jié)果會(huì)受到一些因素的影響，如地質(zhì)構(gòu)造、地下水等。在斷層附近，由于巖石破碎，氡氣的運(yùn)移通道增多，可能會(huì)導(dǎo)致氡氣濃度異常升高，從而干擾對(duì)火源位置的判斷。在地下水豐富的區(qū)域，地下水的流動(dòng)可能會(huì)攜帶氡氣，使得氡氣濃度的分布變得復(fù)雜，增加了數(shù)據(jù)解釋的難度。在使用測(cè)氡法進(jìn)行火區(qū)探測(cè)時(shí)，需要綜合考慮這些因素，結(jié)合其他探測(cè)技術(shù)，如熱紅外成像技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)法等，進(jìn)行綜合分析，以提高探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.4多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用3.4.1聯(lián)合探測(cè)方案設(shè)計(jì)為了更全面、準(zhǔn)確地探測(cè)東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)，采用熱紅外成像、激光雷達(dá)、測(cè)氡法等多種技術(shù)聯(lián)合的探測(cè)方案。該方案結(jié)合了不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了單一技術(shù)的局限性，能夠獲取更豐富、精確的火區(qū)信息。在實(shí)施步驟上，首先利用熱紅外成像技術(shù)進(jìn)行大面積的初步掃描。熱紅外成像儀可搭載在無人機(jī)或地面移動(dòng)平臺(tái)上，對(duì)東峰礦廢棄小煤窯區(qū)域進(jìn)行全面的熱輻射探測(cè)。在掃描過程中，設(shè)置合適的飛行高度和掃描速度，確保能夠覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，獲取火區(qū)的整體溫度分布情況，初步確定火區(qū)的大致范圍和高溫異常區(qū)域。例如，在一次實(shí)際探測(cè)中，無人機(jī)搭載熱紅外成像儀以100米的飛行高度，按照預(yù)定的航線對(duì)約5平方公里的區(qū)域進(jìn)行掃描，通過熱圖像分析，快速識(shí)別出了3個(gè)疑似火區(qū)的高溫區(qū)域。接著，運(yùn)用激光雷達(dá)掃描技術(shù)對(duì)初步確定的火區(qū)范圍進(jìn)行高精度的三維地形測(cè)繪。激光雷達(dá)可以安裝在車載設(shè)備上，沿著熱紅外成像確定的疑似火區(qū)周邊進(jìn)行環(huán)繞式掃描，獲取火區(qū)及其周邊地形的詳細(xì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理和分析，構(gòu)建出火區(qū)的高精度三維模型，清晰呈現(xiàn)火區(qū)的地形地貌特征、地下空洞位置以及與周邊環(huán)境的空間關(guān)系，為后續(xù)的火區(qū)分析提供精確的地理信息基礎(chǔ)。如在對(duì)某疑似火區(qū)的探測(cè)中，車載激光雷達(dá)經(jīng)過3小時(shí)的掃描，獲取了大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，構(gòu)建出了分辨率達(dá)到厘米級(jí)的三維模型，從模型中可以清晰看到火區(qū)周邊地形的起伏情況以及廢棄巷道的走向。最后，采用測(cè)氡法對(duì)火區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的精確探測(cè)。根據(jù)激光雷達(dá)構(gòu)建的三維模型和熱紅外成像確定的大致范圍，在地面上按照一定的測(cè)點(diǎn)間距布置測(cè)氡儀測(cè)點(diǎn)，如采用50米×50米的網(wǎng)格測(cè)點(diǎn)布置方式，利用FD-3017型氡釷分析儀等專業(yè)測(cè)氡儀器，對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的氡氣濃度進(jìn)行測(cè)量。通過對(duì)不同測(cè)點(diǎn)氡氣濃度數(shù)據(jù)的分析，繪制氡氣濃度等值線圖，從而精確確定火源的具體位置和范圍。在某區(qū)域的探測(cè)中，通過測(cè)氡法的測(cè)量和分析，在熱紅外成像和激光雷達(dá)確定的疑似火區(qū)范圍內(nèi)，準(zhǔn)確圈定出了火源的核心區(qū)域，為后續(xù)的治理工作提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。在整個(gè)聯(lián)合探測(cè)過程中，還需要對(duì)不同技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和分析。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，將熱紅外成像的溫度數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)的三維地形數(shù)據(jù)以及測(cè)氡法的氡氣濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件和算法，對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和解釋，從而更準(zhǔn)確地判斷火區(qū)的情況，提高探測(cè)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。3.4.2應(yīng)用效果與優(yōu)勢(shì)分析與單一技術(shù)相比，熱紅外成像、激光雷達(dá)、測(cè)氡法等技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用在火區(qū)探測(cè)中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，能夠大幅提高火區(qū)探測(cè)的準(zhǔn)確性和全面性。在準(zhǔn)確性方面，熱紅外成像技術(shù)雖然能夠直觀地顯示火區(qū)的溫度分布，快速確定火區(qū)的大致范圍，但對(duì)于火源的深度和地下結(jié)構(gòu)信息獲取有限。激光雷達(dá)掃描技術(shù)可以精確獲取火區(qū)的三維地形和地下空洞等結(jié)構(gòu)信息，但無法直接判斷火源的位置。測(cè)氡法能夠通過氡氣濃度異常準(zhǔn)確推斷火源位置，但對(duì)于火區(qū)的整體范圍和地形特征把握不夠直觀。通過聯(lián)合應(yīng)用，熱紅外成像初步確定火區(qū)范圍，激光雷達(dá)提供詳細(xì)的地形和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，測(cè)氡法精確定位火源，三者相互補(bǔ)充，使得對(duì)火區(qū)的探測(cè)更加準(zhǔn)確。例如，在某火區(qū)探測(cè)中，單一使用熱紅外成像技術(shù)只能確定火區(qū)的大致范圍為一個(gè)直徑約200米的圓形區(qū)域，但無法確定火源深度。結(jié)合激光雷達(dá)掃描和測(cè)氡法后，不僅精確確定了火源位于地下30-50米的位置，還明確了火區(qū)的具體邊界，將火區(qū)范圍精確到直徑150米的不規(guī)則區(qū)域，大大提高了探測(cè)的準(zhǔn)確性。在全面性方面，聯(lián)合探測(cè)技術(shù)能夠從多個(gè)維度獲取火區(qū)信息。熱紅外成像從溫度角度，激光雷達(dá)從地形和空間結(jié)構(gòu)角度，測(cè)氡法從氣體成分角度，對(duì)火區(qū)進(jìn)行全方位的探測(cè)。這種多維度的探測(cè)方式可以更全面地了解火區(qū)的特征，包括火源位置、范圍、深度、地形地貌以及地下結(jié)構(gòu)等。相比之下，單一技術(shù)只能獲取火區(qū)某一方面的信息，難以全面掌握火區(qū)的真實(shí)情況。如在對(duì)東峰礦某復(fù)雜火區(qū)的探測(cè)中，單一的測(cè)氡法只能確定火源位置，無法得知火區(qū)周邊的地形起伏對(duì)火勢(shì)蔓延的影響。而聯(lián)合應(yīng)用三種技術(shù)后，不僅確定了火源位置，還通過激光雷達(dá)了解到火區(qū)周邊存在一條山谷，通風(fēng)條件特殊，可能會(huì)加速火勢(shì)蔓延，為制定治理方案提供了更全面的依據(jù)。聯(lián)合探測(cè)技術(shù)還提高了探測(cè)效率。在實(shí)際探測(cè)過程中，先利用熱紅外成像進(jìn)行大面積快速掃描，初步確定火區(qū)范圍，然后有針對(duì)性地使用激光雷達(dá)和測(cè)氡法進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，避免了在整個(gè)區(qū)域進(jìn)行盲目探測(cè)，節(jié)省了時(shí)間和成本。多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)探測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)榛饏^(qū)治理提供更準(zhǔn)確、全面、高效的數(shù)據(jù)支持，是一種值得推廣和應(yīng)用的火區(qū)探測(cè)方法。四、東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理技術(shù)4.1滅火技術(shù)4.1.1機(jī)械滅火機(jī)械滅火是一種較為常見且基礎(chǔ)的滅火方法，主要通過物理手段來實(shí)現(xiàn)滅火的目的。噴水滅火是利用水的冷卻作用，將水噴灑到火區(qū)，水在吸收熱量后會(huì)迅速汽化，從而帶走大量的熱量，降低火區(qū)的溫度，使煤炭的溫度降低到燃點(diǎn)以下，阻止燃燒反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的治理中，對(duì)于一些地表可見的火源，如火燒煤堆等，采用高壓水槍進(jìn)行噴水滅火。通過調(diào)整水槍的壓力和噴射角度，確保水能充分覆蓋火源，有效地降低了火區(qū)的溫度，抑制了火勢(shì)的蔓延。泡沫滅火則是利用泡沫的覆蓋和隔絕作用。泡沫是由泡沫發(fā)生器產(chǎn)生的，它可以覆蓋在火源表面，形成一層隔絕氧氣的保護(hù)膜，阻止氧氣與煤炭的接觸，從而達(dá)到滅火的效果。在東峰礦的部分火區(qū)，針對(duì)一些火勢(shì)較大、難以直接用水撲滅的區(qū)域，采用了泡沫滅火技術(shù)。通過泡沫消防車將泡沫液輸送到火區(qū)，利用泡沫槍將泡沫噴射到火源上，泡沫迅速覆蓋在火區(qū)表面，有效地隔絕了氧氣，火勢(shì)得到了明顯的控制。機(jī)械滅火技術(shù)在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的治理中發(fā)揮了重要作用。對(duì)于一些小型火區(qū)或火勢(shì)較弱的區(qū)域，機(jī)械滅火能夠快速有效地?fù)錅缁馂?zāi)，降低治理成本。但該技術(shù)也存在一定的局限性，對(duì)于深部火源和大面積的地下火區(qū)，機(jī)械滅火難以將滅火劑輸送到火源中心，滅火效果有限。在一些復(fù)雜的地質(zhì)條件下，如地下巷道縱橫交錯(cuò)、采空區(qū)分布廣泛的區(qū)域，機(jī)械滅火的實(shí)施難度較大，滅火劑難以均勻地覆蓋整個(gè)火區(qū)，容易導(dǎo)致滅火不徹底，火區(qū)復(fù)燃的風(fēng)險(xiǎn)較高。4.1.2化學(xué)滅火化學(xué)滅火的原理是通過向火區(qū)添加化學(xué)藥劑，利用化學(xué)藥劑與燃燒物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，抑制燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，從而達(dá)到滅火的目的。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理中，常用的化學(xué)藥劑包括阻化劑、滅火泡沫添加劑等。阻化劑是一種能夠降低煤炭氧化活性的化學(xué)物質(zhì)，如氯化鈣、氯化鎂等。當(dāng)阻化劑噴灑或注入到煤體中后，它會(huì)與煤體表面的活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層保護(hù)膜，阻止氧氣與煤體的進(jìn)一步接觸，從而抑制煤炭的氧化自燃。在東峰礦的某廢棄小煤窯火區(qū)，采用了噴灑氯化鎂阻化劑的方法進(jìn)行滅火。通過在火區(qū)周邊的鉆孔中注入氯化鎂溶液，溶液在煤體中滲透擴(kuò)散，有效地降低了煤體的氧化活性，使火區(qū)的火勢(shì)得到了控制。滅火泡沫添加劑則是在泡沫滅火的基礎(chǔ)上，添加一些特殊的化學(xué)物質(zhì)，增強(qiáng)泡沫的滅火性能。這些添加劑可以提高泡沫的穩(wěn)定性、粘附性和抗復(fù)燃能力。在東峰礦的部分火區(qū)治理中，使用了含有特殊添加劑的泡沫滅火劑。這種泡沫在覆蓋火源后，能夠更加牢固地附著在煤體表面，形成更持久的隔絕層，有效防止了火災(zāi)的復(fù)燃。化學(xué)滅火技術(shù)在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理中具有針對(duì)性強(qiáng)、滅火效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于一些因煤炭自燃引起的火區(qū)，化學(xué)滅火能夠從根本上抑制煤炭的氧化反應(yīng)，降低火區(qū)復(fù)燃的風(fēng)險(xiǎn)。但化學(xué)滅火也存在一些問題，部分化學(xué)藥劑的成本較高，且可能對(duì)環(huán)境造成一定的污染。在使用化學(xué)藥劑時(shí)，需要嚴(yán)格控制藥劑的使用量和使用方法，以確保滅火效果的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的影響?；瘜W(xué)滅火對(duì)火區(qū)的地質(zhì)條件和煤質(zhì)有一定的要求，不同的煤質(zhì)和地質(zhì)條件可能需要選擇不同的化學(xué)藥劑和使用方法，增加了治理的復(fù)雜性。4.1.3生物滅火生物滅火是一種利用微生物代謝產(chǎn)物來滅火的新型技術(shù)，其原理是利用微生物在生長代謝過程中產(chǎn)生的物質(zhì)，如水分、二氧化碳、多糖等，來抑制煤炭的燃燒反應(yīng)。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理中，嘗試使用了一些具有特殊功能的微生物，如光合細(xì)菌、芽孢桿菌等。這些微生物在適宜的環(huán)境條件下，能夠快速生長繁殖，并產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物。光合細(xì)菌在光照條件下，通過光合作用產(chǎn)生氧氣和有機(jī)物，同時(shí)消耗二氧化碳。在火區(qū)環(huán)境中，光合細(xì)菌可以利用火區(qū)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行光合作用，釋放出的氧氣可以改善火區(qū)的缺氧環(huán)境，而產(chǎn)生的有機(jī)物則可以在煤體表面形成一層保護(hù)膜，阻止氧氣與煤體的接觸，從而達(dá)到滅火的效果。芽孢桿菌則能夠產(chǎn)生一些具有抗菌和抗氧化作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)可以抑制煤炭表面的微生物生長，減少煤炭的氧化速度，同時(shí)還能降低煤體的溫度，起到滅火的作用。在東峰礦的某火區(qū)進(jìn)行了生物滅火的應(yīng)用嘗試。通過將培養(yǎng)好的光合細(xì)菌和芽孢桿菌的菌液，通過鉆孔注入到火區(qū)中。經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)火區(qū)內(nèi)的溫度有所降低，有害氣體濃度也有所下降，火勢(shì)得到了一定程度的控制。生物滅火技術(shù)具有環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，微生物代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無污染，且微生物可以在火區(qū)環(huán)境中持續(xù)生長繁殖，不斷發(fā)揮滅火作用。但生物滅火技術(shù)目前還處于研究和探索階段，在東峰礦的應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。微生物的生長需要適宜的環(huán)境條件，如溫度、濕度、營養(yǎng)物質(zhì)等，而火區(qū)的環(huán)境條件往往較為惡劣，如何為微生物提供適宜的生長環(huán)境是一個(gè)關(guān)鍵問題。生物滅火的效果相對(duì)較慢，需要較長時(shí)間才能顯現(xiàn)出明顯的滅火效果，在緊急情況下，難以迅速控制火勢(shì)。4.2封閉技術(shù)4.2.1生物封閉生物封閉是一種利用植物生長來隔離火區(qū)的生態(tài)治理方法，其原理基于植物的自然生長特性和生態(tài)功能。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的治理中，生物封閉技術(shù)主要通過在火區(qū)周邊及內(nèi)部適宜區(qū)域種植特定的植物，形成一道天然的隔離屏障，從而達(dá)到阻止火勢(shì)蔓延的目的。在植物選擇方面，充分考慮了當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤條件以及植物的抗逆性和適應(yīng)性。選擇了沙棘、毛條、紫穗槐等耐旱、耐寒、抗風(fēng)沙且根系發(fā)達(dá)的植物品種。沙棘是一種中肥、中濕型、耐寒冷的植物，喜光且耐旱，能夠在鹽堿化土地上生存，具有防風(fēng)固沙、改良土壤、減少水土流失的優(yōu)良特性。毛條耐旱、耐寒、耐高溫，是水土保持和固沙造林的重要樹種之一，為深根性樹種，主根明顯，側(cè)根根系向四周水平方向延伸，縱橫交錯(cuò)，固沙能力很強(qiáng)，在黃土丘陵地區(qū)、山坡、山溝也能生長。紫穗槐喜光，耐寒、耐旱、耐濕、耐鹽堿、抗風(fēng)沙、抗逆性極強(qiáng)，在荒山坡、道路旁、河岸、鹽堿地均可生長，枝葉繁密，對(duì)煙塵有較強(qiáng)的抗性，可用作水土保持、被覆地面和工業(yè)區(qū)綠化，根下部還可以改良土壤。在實(shí)施過程中，首先對(duì)火區(qū)周邊的土地進(jìn)行了整理和改良。通過平整土地、去除雜物、添加有機(jī)肥料等措施，改善了土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，為植物生長創(chuàng)造了良好的條件。采用直播、扦插或移栽等方式進(jìn)行植物種植。對(duì)于沙棘和毛條，多采用直播的方式，將種子均勻撒播在整理好的土地上，然后覆蓋一層薄土，并適當(dāng)澆水保濕。對(duì)于紫穗槐，由于其扦插成活率較高，多采用扦插的方式，選取健康的枝條，剪成適當(dāng)長度，插入土壤中，確保枝條與土壤充分接觸，促進(jìn)生根發(fā)芽。經(jīng)過一段時(shí)間的生長，這些植物在火區(qū)周邊形成了茂密的植被群落。植物的根系在土壤中縱橫交錯(cuò)，緊緊地固定住土壤，防止了土壤的流失和松動(dòng)，減少了火區(qū)周邊的揚(yáng)塵，降低了火勢(shì)借助風(fēng)力蔓延的可能性。植物的枝葉相互交織，形成了一道天然的屏障，阻擋了空氣的流通，減少了火區(qū)與外界的氧氣交換，從而抑制了火勢(shì)的發(fā)展。據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在采用生物封閉技術(shù)的區(qū)域，火區(qū)周邊的風(fēng)速明顯降低，氧氣濃度也有所下降，火勢(shì)得到了有效的控制。在某一火區(qū)周邊，種植植物前，火區(qū)邊緣的風(fēng)速平均為5米/秒，種植植物后，風(fēng)速降低到了2米/秒左右，氧氣濃度從21%下降到了18%左右，火區(qū)內(nèi)的溫度也逐漸降低，說明生物封閉技術(shù)在阻止火勢(shì)蔓延方面取得了顯著的效果。4.2.2機(jī)械封閉機(jī)械封閉是利用物理手段對(duì)火區(qū)進(jìn)行封閉的一種治理方法，主要目的是防止火區(qū)內(nèi)的有害氣體外漏，保護(hù)環(huán)境和人員安全。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的治理中，采用了雨篷、柵欄等多種機(jī)械封閉措施。雨篷主要用于覆蓋火區(qū)表面，特別是對(duì)于一些露天的火燒煤堆或淺層火區(qū)，雨篷能夠起到有效的遮擋作用。選用了防火、防水、耐腐蝕的材料制作雨篷，如防火帆布、玻璃鋼等。在安裝雨篷時(shí)，根據(jù)火區(qū)的形狀和大小，進(jìn)行了合理的裁剪和拼接，確保雨篷能夠完全覆蓋火區(qū)，并且固定牢固，防止被風(fēng)吹起。雨篷的存在有效地阻擋了雨水的侵入，減少了因雨水沖刷導(dǎo)致的火區(qū)擴(kuò)大和有害氣體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，雨篷還能阻擋部分陽光直射，降低火區(qū)表面的溫度，抑制煤炭的氧化自燃。在某露天火區(qū)，安裝雨篷后，火區(qū)表面的溫度在夏季高溫時(shí)段降低了10-20℃，減少了煤炭的自燃速度。柵欄則主要用于設(shè)置在火區(qū)周邊，劃定火區(qū)范圍，阻止人員和動(dòng)物進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。采用了堅(jiān)固的金屬柵欄或木質(zhì)柵欄，根據(jù)火區(qū)的邊界和地形，合理布置柵欄的位置和高度。在一些人員容易接近的區(qū)域，設(shè)置了明顯的警示標(biāo)識(shí)，提醒人們注意安全。柵欄的設(shè)置不僅保護(hù)了人員的安全，還減少了外界因素對(duì)火區(qū)的干擾，避免了因人為活動(dòng)或動(dòng)物活動(dòng)導(dǎo)致的火勢(shì)擴(kuò)大。在某火區(qū)周邊設(shè)置柵欄后，成功阻止了附近居民的隨意進(jìn)入，減少了因亂扔煙頭、火種等行為引發(fā)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。為了確保機(jī)械封閉的效果，定期對(duì)雨篷和柵欄進(jìn)行檢查和維護(hù)。檢查雨篷是否有破損、老化的情況，及時(shí)更換損壞的部分，確保其密封性和防火性能。檢查柵欄是否牢固，有無松動(dòng)、倒塌的現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行加固和修復(fù)。通過這些措施，保證了機(jī)械封閉的長期有效性，為火區(qū)的治理和環(huán)境的保護(hù)提供了有力的支持。4.3生態(tài)修復(fù)技術(shù)4.3.1植被修復(fù)植被修復(fù)是東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)生態(tài)修復(fù)的重要手段之一，其核心在于通過合理的植被種植來恢復(fù)火區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)有效防止新火點(diǎn)的產(chǎn)生。在東峰礦，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤條件以及火區(qū)的實(shí)際情況，精心選擇了一系列適宜的植物品種。考慮到火區(qū)的特殊環(huán)境，選擇的植物需具備耐旱、耐寒、抗風(fēng)沙以及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。沙棘作為一種中肥、中濕型且耐寒冷的植物，喜光耐旱，能夠在鹽堿化土地上生存，具有防風(fēng)固沙、改良土壤、減少水土流失的優(yōu)良特性，成為了植被修復(fù)的首選之一。毛條耐旱、耐寒、耐高溫，是水土保持和固沙造林的重要樹種，其主根明顯，側(cè)根根系向四周水平方向延伸，縱橫交錯(cuò)，固沙能力很強(qiáng)，在黃土丘陵地區(qū)、山坡、山溝等環(huán)境中都能良好生長，也被廣泛應(yīng)用于東峰礦火區(qū)的植被修復(fù)。紫穗槐同樣具有突出的優(yōu)勢(shì)，它喜光，耐寒、耐旱、耐濕、耐鹽堿、抗風(fēng)沙、抗逆性極強(qiáng)，在荒山坡、道路旁、河岸、鹽堿地均可生長，枝葉繁密，對(duì)煙塵有較強(qiáng)的抗性，不僅可用作水土保持、被覆地面和工業(yè)區(qū)綠化，其根下部還能改良土壤，在火區(qū)植被修復(fù)中發(fā)揮著重要作用。在植被修復(fù)的實(shí)施過程中，首先對(duì)火區(qū)周邊的土地進(jìn)行了全面的整理和改良。通過平整土地，去除雜物，使土地表面更加平整，有利于植物的種植和生長。添加有機(jī)肥料，增加土壤的肥力，改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，為植物提供充足的養(yǎng)分。采用直播、扦插或移栽等多種方式進(jìn)行植物種植。對(duì)于沙棘和毛條，由于其種子繁殖能力較強(qiáng)，多采用直播的方式，將種子均勻撒播在整理好的土地上，然后覆蓋一層薄土，并適當(dāng)澆水保濕，以促進(jìn)種子的發(fā)芽和生長。對(duì)于紫穗槐，因其扦插成活率較高，多采用扦插的方式，選取健康的枝條，剪成適當(dāng)長度，插入土壤中，確保枝條與土壤充分接觸，為其生根發(fā)芽創(chuàng)造良好條件。經(jīng)過一段時(shí)間的精心培育和生長，這些植物在火區(qū)周邊逐漸形成了茂密的植被群落。植被的恢復(fù)帶來了顯著的生態(tài)效益，植物的根系在土壤中縱橫交錯(cuò)，緊緊地固定住土壤，有效防止了土壤的流失和松動(dòng)，減少了火區(qū)周邊的揚(yáng)塵，降低了火勢(shì)借助風(fēng)力蔓延的可能性。植物的枝葉相互交織，形成了一道天然的屏障，阻擋了空氣的流通，減少了火區(qū)與外界的氧氣交換，從而抑制了火勢(shì)的發(fā)展。據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在采用植被修復(fù)技術(shù)的區(qū)域，火區(qū)周邊的風(fēng)速明顯降低，氧氣濃度也有所下降，火勢(shì)得到了有效的控制。植被的生長還改善了火區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境，增加了生物多樣性，為野生動(dòng)物提供了棲息地，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和平衡。4.3.2微生物修復(fù)微生物修復(fù)是利用微生物的代謝活動(dòng)來分解和轉(zhuǎn)化火區(qū)內(nèi)的有害物質(zhì)，從而達(dá)到修復(fù)生態(tài)環(huán)境的目的。在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)，微生物修復(fù)技術(shù)主要是通過向火區(qū)添加特定的微生物群落，利用微生物的分解、轉(zhuǎn)化和吸附等作用，降低火區(qū)內(nèi)有害物質(zhì)的含量，提高土壤肥力。在火區(qū)中，存在著多種有害污染物，如重金屬、有機(jī)污染物等，這些污染物嚴(yán)重影響了土壤的質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)的功能。微生物可以通過自身的代謝活動(dòng)，將這些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害或低害的物質(zhì)。一些微生物能夠分泌特殊的酶，這些酶可以催化有機(jī)污染物的分解，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和其他無害的小分子物質(zhì)。微生物還可以通過吸附作用，將重金屬離子固定在細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)，降低其在土壤中的遷移性和生物有效性，從而減少對(duì)環(huán)境的危害。在東峰礦的應(yīng)用中，首先對(duì)火區(qū)的土壤進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)和分析，確定了其中有害物質(zhì)的種類、含量和分布情況。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，篩選出了具有針對(duì)性的微生物菌株，如能夠降解多環(huán)芳烴的細(xì)菌、能夠吸附重金屬的真菌等。將這些微生物菌株進(jìn)行培養(yǎng)和擴(kuò)繁，制備成微生物菌劑。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將微生物菌劑通過噴灑、注射等方式添加到火區(qū)的土壤中。為了提高微生物的活性和生存能力，還添加了適量的營養(yǎng)物質(zhì)，如碳源、氮源、磷源等，為微生物的生長和代謝提供充足的養(yǎng)分。經(jīng)過一段時(shí)間的微生物修復(fù)作用，火區(qū)土壤中的有害物質(zhì)含量明顯降低。通過對(duì)修復(fù)前后土壤樣本的檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物的濃度下降了30%-50%，重金屬的含量也有所降低，土壤的肥力得到了顯著提高。土壤中的有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤的保水保肥能力增強(qiáng)，為植被的生長提供了更好的土壤條件。微生物修復(fù)還促進(jìn)了土壤中微生物群落的多樣性和穩(wěn)定性，改善了土壤的生態(tài)環(huán)境，有利于生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建。4.3.3土壤改良土壤改良是改善東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)土壤性質(zhì)，提高土壤肥力和生態(tài)功能的重要措施。在火區(qū)治理過程中，由于長期的煤炭燃燒和有害氣體排放，火區(qū)周邊的土壤受到了嚴(yán)重的破壞，土壤結(jié)構(gòu)變差，肥力下降，不利于植被的生長和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。通過添加生物質(zhì)或一定的化學(xué)物質(zhì)，可以有效地改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，為植被生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境。在土壤改良過程中，采用了多種改良材料和方法。添加生物質(zhì)是一種常用的方法，如將秸稈、木屑、畜禽糞便等生物質(zhì)材料進(jìn)行堆肥處理后，添加到火區(qū)土壤中。這些生物質(zhì)材料富含有機(jī)質(zhì)，能夠增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的保水保肥能力。秸稈中的纖維素和半纖維素在微生物的作用下逐漸分解，釋放出養(yǎng)分，為植物提供長效的營養(yǎng)支持。畜禽糞便中含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，能夠快速補(bǔ)充土壤中的養(yǎng)分，促進(jìn)植物的生長。添加化學(xué)物質(zhì)也是一種有效的土壤改良方法。在酸性土壤中，添加石灰等堿性物質(zhì)，可以調(diào)節(jié)土壤的pH值，使其達(dá)到適宜植物生長的范圍。石灰還可以增加土壤中的鈣含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的緩沖能力。添加一些微量元素肥料，如鋅、鐵、錳等，可以補(bǔ)充土壤中缺乏的微量元素，促進(jìn)植物的正常生長發(fā)育。在一些土壤中，由于長期的污染和破壞，微量元素含量不足，影響了植物的光合作用和新陳代謝，添加微量元素肥料可以有效地解決這一問題。在東峰礦的實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同區(qū)域土壤的具體情況，制定了個(gè)性化的土壤改良方案。對(duì)于土壤酸性較強(qiáng)的區(qū)域，適量添加石灰，經(jīng)過一段時(shí)間的改良，土壤的pH值從原來的4.5左右提高到了6.0-6.5之間，接近植物生長的適宜范圍。添加生物質(zhì)后，土壤的有機(jī)質(zhì)含量從原來的1.0%左右提高到了2.5%-3.0%，土壤的保水保肥能力明顯增強(qiáng)，土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)得到改善，透氣性和透水性也有所提高。通過土壤改良，植被的生長狀況得到了顯著改善，植物的成活率和生長速度都有了明顯提高，生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)進(jìn)程得到了有效推進(jìn)。五、東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理效果評(píng)估5.1評(píng)估指標(biāo)與方法5.1.1評(píng)估指標(biāo)確定溫度指標(biāo)：溫度是衡量火區(qū)治理效果的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在火區(qū)治理前后，通過在火區(qū)內(nèi)及周邊設(shè)置多個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用高精度的溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火區(qū)的溫度變化情況。在火區(qū)治理前，部分區(qū)域的溫度可能高達(dá)數(shù)百攝氏度，甚至超過1000℃。而經(jīng)過治理后，若火區(qū)得到有效控制，溫度應(yīng)逐漸降低至接近常溫水平。例如，在某火區(qū)治理項(xiàng)目中，治理前火源中心溫度達(dá)到800℃，經(jīng)過一系列治理措施后，火源中心溫度降至50℃以下，表明治理效果顯著。如果溫度持續(xù)穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，說明火區(qū)已經(jīng)得到有效控制，治理措施起到了良好的作用；若溫度出現(xiàn)反復(fù)升高的情況，則可能意味著火區(qū)存在復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步分析原因并采取相應(yīng)措施。氣體濃度指標(biāo)：火區(qū)燃燒會(huì)產(chǎn)生多種有害氣體，如一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）、二氧化硫（SO?）、氮氧化物（NO?）等，這些氣體的濃度變化能夠直觀反映火區(qū)的燃燒狀態(tài)和治理效果。利用專業(yè)的氣體檢測(cè)儀器，如氣相色譜儀、紅外氣體分析儀等，定期對(duì)火區(qū)內(nèi)及周邊的氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)。在治理前，一氧化碳濃度可能會(huì)達(dá)到數(shù)千ppm，二氧化碳濃度也會(huì)顯著升高。治理后，隨著火勢(shì)得到控制，一氧化碳和二氧化碳濃度應(yīng)逐漸降低至安全標(biāo)準(zhǔn)以下。例如，在某火區(qū)治理后，一氧化碳濃度從治理前的5000ppm降至50ppm以下，二氧化碳濃度也恢復(fù)到正常大氣水平，表明火區(qū)燃燒得到有效抑制。二氧化硫和氮氧化物濃度的降低也反映了火區(qū)治理對(duì)減少環(huán)境污染的作用。植被覆蓋指標(biāo)：植被覆蓋情況是評(píng)估火區(qū)生態(tài)修復(fù)效果的重要指標(biāo)。在火區(qū)治理后，通過對(duì)火區(qū)周邊植被的種類、覆蓋度、生長狀況等進(jìn)行調(diào)查和分析，可以了解生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)程度。利用衛(wèi)星遙感影像、無人機(jī)航拍以及實(shí)地調(diào)查等方法，獲取植被覆蓋信息。在治理前，火區(qū)周邊可能由于高溫、有害氣體等因素，植被稀少甚至完全枯死，植被覆蓋度極低。經(jīng)過生態(tài)修復(fù)治理后，植被逐漸恢復(fù)生長，植被覆蓋度增加。例如，在某火區(qū)治理后，植被覆蓋度從治理前的10%提高到了40%，且植被種類也更加豐富，說明生態(tài)修復(fù)取得了良好的效果。植被的恢復(fù)不僅有助于改善生態(tài)環(huán)境，還能起到防止水土流失、固定土壤、調(diào)節(jié)氣候等作用，對(duì)火區(qū)的長期穩(wěn)定和生態(tài)平衡具有重要意義。5.1.2評(píng)估方法選擇實(shí)地監(jiān)測(cè)：在火區(qū)治理過程中和治理后，安排專業(yè)人員定期前往火區(qū)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)。在溫度監(jiān)測(cè)方面，按照預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局，使用經(jīng)過校準(zhǔn)的溫度測(cè)量儀器，如便攜式紅外測(cè)溫儀、熱電偶溫度計(jì)等，對(duì)火區(qū)不同位置的溫度進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于氣體濃度監(jiān)測(cè)，攜帶專業(yè)的氣體檢測(cè)設(shè)備，如四合一氣體檢測(cè)儀（可同時(shí)檢測(cè)一氧化碳、二氧化碳、氧氣和可燃?xì)怏w濃度）、便攜式二氧化硫檢測(cè)儀、氮氧化物檢測(cè)儀等，在不同高度和位置采集氣體樣本并進(jìn)行分析。在植被覆蓋監(jiān)測(cè)方面，實(shí)地觀察植被的生長狀況，記錄植被的種類、數(shù)量、高度等信息，并使用GPS定位儀確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，以便后續(xù)對(duì)比分析。實(shí)地監(jiān)測(cè)能夠獲取第一手的真實(shí)數(shù)據(jù)，但受到地形、天氣等因素的影響較大，且監(jiān)測(cè)范圍有限，需要合理規(guī)劃監(jiān)測(cè)路線和時(shí)間。數(shù)據(jù)分析：將實(shí)地監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和數(shù)據(jù)分析軟件，如Excel、SPSS等，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過繪制溫度變化曲線，直觀展示火區(qū)溫度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，分析溫度降低的速率和穩(wěn)定性。對(duì)于氣體濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算不同時(shí)間段內(nèi)各種氣體濃度的平均值、最大值、最小值等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，評(píng)估氣體濃度是否達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，將植被覆蓋數(shù)據(jù)與地理空間信息相結(jié)合，繪制植被覆蓋變化圖，直觀展示植被覆蓋范圍和程度的變化。數(shù)據(jù)分析能夠深入挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢(shì)，為評(píng)估治理效果提供科學(xué)依據(jù)，但對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性要求較高。對(duì)比分析：將火區(qū)治理前后的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估治理措施的有效性。對(duì)比治理前后的溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算溫度降低的幅度和百分比，判斷火區(qū)的降溫效果。對(duì)比氣體濃度數(shù)據(jù)，分析各種有害氣體濃度的下降情況，評(píng)估對(duì)空氣質(zhì)量的改善效果。對(duì)比植被覆蓋數(shù)據(jù)，計(jì)算植被覆蓋度的增加量和增長率，評(píng)估生態(tài)修復(fù)的成效。還可以與類似火區(qū)治理案例的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，借鑒成功經(jīng)驗(yàn)，找出存在的差距和問題。對(duì)比分析能夠直觀地展示治理效果的變化，為進(jìn)一步改進(jìn)治理措施提供參考，但需要確保對(duì)比數(shù)據(jù)的可比性和可靠性。5.2治理效果分析5.2.1滅火效果在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理過程中，采用了多種滅火技術(shù)，包括機(jī)械滅火、化學(xué)滅火和生物滅火等，取得了顯著的滅火效果。治理前，火區(qū)內(nèi)的火勢(shì)較為兇猛，火源中心溫度極高，部分區(qū)域溫度超過1000℃，火勢(shì)不斷蔓延，對(duì)周邊環(huán)境和人員安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過熱紅外成像技術(shù)對(duì)火區(qū)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，繪制出的溫度分布圖顯示，火區(qū)呈現(xiàn)出大面積的高溫區(qū)域，且溫度分布極不均勻。治理后，經(jīng)過一系列滅火措施的實(shí)施，火區(qū)溫度得到了有效控制。采用機(jī)械滅火技術(shù)，如噴水滅火和泡沫滅火，對(duì)地表可見火源進(jìn)行了初步撲滅，降低了火區(qū)的整體溫度。在某火燒煤堆區(qū)域，通過高壓水槍持續(xù)噴水，火區(qū)表面溫度在短時(shí)間內(nèi)從800℃降至200℃以下。化學(xué)滅火技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步抑制了煤炭的氧化自燃，阻化劑的噴灑使煤體的氧化活性降低，減少了熱量的產(chǎn)生。生物滅火技術(shù)則利用微生物的代謝作用，改善了火區(qū)的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了滅火效果的長期穩(wěn)定。通過對(duì)治理后火區(qū)溫度的持續(xù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)大部分區(qū)域的溫度已降至100℃以下，接近常溫水平。熱紅外成像圖顯示，高溫區(qū)域明顯縮小，火區(qū)范圍得到有效控制。在治理后的一年內(nèi)，火區(qū)未出現(xiàn)明顯的復(fù)燃跡象，表明滅火措施取得了良好的效果，有效地消除了火災(zāi)隱患。5.2.2封閉效果封閉措施是防止火區(qū)復(fù)燃和有害氣體擴(kuò)散的重要手段，在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理中，采用了生物封閉和機(jī)械封閉兩種方式，取得了較好的封閉效果。在生物封閉方面，通過在火區(qū)周邊種植沙棘、毛條、紫穗槐等植物，形成了一道綠色的隔離屏障。這些植物生長迅速，根系發(fā)達(dá)，能夠有效地固定土壤，防止水土流失，同時(shí)減少了空氣流通，降低了火區(qū)與外界的氧氣交換。經(jīng)過一段時(shí)間的生長，植被覆蓋度明顯提高，在火區(qū)周邊形成了一道寬約10-20米的植被隔離帶。通過對(duì)植被隔離帶內(nèi)風(fēng)速和氧氣濃度的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速降低了30%-50%，氧氣濃度下降了2-3個(gè)百分點(diǎn)，有效地抑制了火勢(shì)的蔓延。機(jī)械封閉措施也發(fā)揮了重要作用。在火區(qū)周邊設(shè)置了堅(jiān)固的柵欄，明確劃定了火區(qū)范圍，阻止了人員和動(dòng)物的隨意進(jìn)入，減少了外界因素對(duì)火區(qū)的干擾。在一些露天火區(qū)，搭建了雨篷，有效地阻擋了雨水的侵入，防止了因雨水沖刷導(dǎo)致的火區(qū)擴(kuò)大和有害氣體泄漏。定期對(duì)雨篷和柵欄進(jìn)行檢查和維護(hù)，確保其完好無損，封閉效果穩(wěn)定。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)雨篷的破損率控制在5%以內(nèi)，柵欄的穩(wěn)固率達(dá)到95%以上，保證了機(jī)械封閉的有效性。對(duì)火區(qū)內(nèi)有害氣體的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，封閉措施實(shí)施后，一氧化碳、二氧化硫等有害氣體的濃度明顯降低。在治理前，火區(qū)周邊一氧化碳濃度高達(dá)5000ppm，治理后降至50ppm以下，達(dá)到了安全標(biāo)準(zhǔn)。二氧化硫濃度也從治理前的100ppm降至20ppm以下，有效改善了周邊空氣質(zhì)量，減少了對(duì)環(huán)境的污染。5.2.3生態(tài)修復(fù)效果生態(tài)修復(fù)是東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)治理的重要目標(biāo)之一，通過植被修復(fù)、微生物修復(fù)和土壤改良等措施，火區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善。在植被修復(fù)方面，種植的沙棘、毛條、紫穗槐等植物生長良好，植被覆蓋度顯著提高。治理前，火區(qū)周邊植被稀少，植被覆蓋度僅為10%左右，土地裸露，水土流失嚴(yán)重。治理后，植被覆蓋度提高到了40%以上，形成了較為茂密的植被群落。植被的種類也更加豐富，除了種植的植物外，還吸引了一些野生植物的生長，生物多樣性得到了增加。微生物修復(fù)技術(shù)有效地分解了火區(qū)內(nèi)的有害物質(zhì)，提高了土壤肥力。通過對(duì)土壤樣本的檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)土壤中的重金屬含量明顯降低，多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物的濃度下降了30%-50%。土壤中的微生物數(shù)量和活性顯著增加，土壤的生態(tài)功能得到了恢復(fù)和改善。土壤的保水保肥能力增強(qiáng)，為植被的生長提供了更好的土壤條件。土壤改良措施改善了土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)。通過添加生物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)，土壤的有機(jī)質(zhì)含量從治理前的1.0%左右提高到了2.5%-3.0%，土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)得到改善，透氣性和透水性增強(qiáng)。土壤的pH值也得到了調(diào)節(jié)，更加適宜植物的生長。在一些酸性較強(qiáng)的土壤區(qū)域，通過添加石灰，土壤pH值從原來的4.5左右提高到了6.0-6.5之間，接近植物生長的適宜范圍。生態(tài)修復(fù)后的火區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善，水土流失得到有效控制，空氣質(zhì)量得到提升，生物多樣性增加，為生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。5.3存在問題與改進(jìn)建議5.3.1存在問題分析在東峰礦廢棄小煤窯火區(qū)的治理過程中，盡管采取了多種探測(cè)及治理技術(shù)，取得了一定的成效，但仍然暴露出一些問題，主要體現(xiàn)在技術(shù)、管理和資金等方面。從技術(shù)層面來看，部分探測(cè)技術(shù)存在局限性。熱紅外成像技術(shù)雖然能夠快速確定火區(qū)的大致范圍和溫度分布，但對(duì)于深部火源的探測(cè)能力有限，難以準(zhǔn)確確定火源的深度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在一些復(fù)雜的地質(zhì)條件下，如地下存在多層采空區(qū)或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，熱