『壹』 如何探測地下有煤炭和它的儲存量
2.1 磁探測法〔1，2〕
磁探測法的實質是，煤層上覆岩石中一般含有大量的菱鐵礦及黃鐵礦結核，煤層自燃時，上覆岩石受到高溫烘烤，其中鐵質成分發生物理化學變化，形成磁性物質，並且保留有較強的磁性。烘烤後的上覆岩石的磁性隨自燃溫度升高而增強。早在60年代我國西北各省就用磁法結合電法勘探煤田火區，取得了一定成果。印度也利用此法確定Jharia煤田的自燃火災區域范圍，得到了十分滿意的效果。俄羅斯、烏克蘭也曾用此法確定煤田自燃火區范圍。從這一方法的實質和目前應用的情況看，磁探測法主要用於煤田火區，而對於生產礦井自燃高溫的探測應用較少，這主要是因為：①當自燃火源溫度小於400℃時和烘烤時間短時，上覆岩石或煤層中就不能形成較高的磁性；且對於生產礦井而言，要處理的是煤自燃高溫區域，自燃煤溫較低和烘烤時間短，這樣用磁法探測的效果並不理想；②對於生產礦井，井下高溫區域周圍鐵性物質多,磁探測法則無法有效使用。③煤層頂底板和煤中分布的鐵質結核不均勻，給磁測法探測自燃火區帶來一定困難。
2.2 電阻率探測法〔2〕
正常情況下，埋藏於地下的煤層，沿走向（或其它方向）因其結構狀態和含水性變化不大，電阻率基本保持不變。但當煤炭自然發火後，煤層的結構狀態和含水性發生較大變化，從而引起煤層和周圍岩石電阻率的變化。在自燃的初期，電阻率會下降；在自燃後期，由於煤較充分燃燒，其結構狀態發生較大變化，水分基本蒸發掉，表現為較高的電阻率。因此，可根據觀測結果比較未自燃區和自燃區的變化情況，判斷自燃區域的位置，這就是電阻率法探測自燃發火區域位置的原理。由於煤在自燃的初期，煤電阻率的變化不明顯，致使電阻率探測法的探測精度受限；加之井下雜散電流多，用於井下高溫區域的探測比較困難，目前國內外多用於露天開采和煤層露頭自燃火源的探測。
2.3 氣體探測法
煤自燃在不同的溫度，其產生的氣體種類和濃度是不同的；故根據氣體種類和濃度，依次判斷煤的自燃溫度，並據氣體濃度梯度大致確定高溫區域的范圍。氣體確定高溫區域范圍可在井下或地面進行。
2.3.1 井下氣體探測法
通常稱為氣體分析法，是目前國內外廣泛應用的煤炭自燃的預測預報方法。對某礦當煤質一定時，其煤自燃生成的氣體組分與溫度有一定規律，用儀器或束管監測系統檢測煤自燃釋放的氣體，以確定煤的氧化溫度和煤炭自燃區域的可能范圍，但它無法知道煤炭自燃的位置和發展變化速度，並且易受井下通風因素的影響。
2.3.2 地面氣體探測法
由於煤炭自燃火源區域與地面存在一定的壓差和分子擴散，使自燃火源向地面有著氣體流動，而在地表層中產生一些有代表性氣體是從煤炭自燃點垂直方向放射的，據此在地面可布置測點測量，來判斷火源點大致位置。這種方法對於煤層埋藏較深，氣體不能擴散至地面，且氣體向上運移發生物理化學變化時，就無法使用。
2.4 氡氣探測法
氡氣探測是一種放射性探測方法，它兼有物探和化探的特點。它的原理是煤層自燃後，隨煤溫升高，氡氣濃度上升，在地面布置觀測點，應用α卡法、210Po法等，收集並測量氡氣濃度，依此判斷火區位置。國內山西礦業學院用此法在地面探測煤礦地下火源，並在古交北溝礦、潞安礦務局石圪節礦進行了成功應用，從應用情況來看，這種方法目前只在地面使用，自燃溫度一般超過200 ℃；且用氡氣量值也無法判斷自燃的燃燒程度及其溫度。
2.5 煤炭自燃溫度探測法
2.5.1 測溫儀表與測溫感測器聯合測溫法
這是目前國內外最為廣泛應用的一種方法，兗州礦區東灘煤礦也採用此法測量煤溫。據探測地點不同分為地面探測和井下探測。
（1）地面探測法〔3〕。在自燃火區的上部利用儀器探測熱流量或利用布置在測溫鑽孔內的感測器測定溫度，根據測取的溫度場用溫度反演法來確定自燃火區火源的位置。這種方法常用於火源埋藏深度淺、火源溫度高，已燃燒較長時間的火區。波蘭、俄羅斯曾應用此法探測煤層露頭的自燃火區范圍，探測深度在30～50 m。
（2） 井下探測法〔4〕。此種方法是把測溫感測器預埋或通過鑽孔布置在易自燃發火區域(采空區和煤層內)，根據感測器的溫度變化來確定高溫點的位置、發展變化速度，這種方法受外界干擾少，測定準確，煤溫只要升高，感測器位置合適，就能有效探測。這是目前井下准確的探測方法。山東礦業學院已成功地開發了適於井下應用的MKT-Ⅰ，MKT-Ⅱ和MKT-Ⅲ（自動監控）電腦型測溫儀，此儀器的最大特點是測定準確，和測定距離長度無關。東灘煤礦應用此法在井下進行了成功的探測。由於測溫及時、准確，為高溫點的消除起到了積極的作用。
（3） 測溫儀表與測溫感測器聯合測溫法的缺陷。盡管此種探測法測定準確、可靠，彌補了上述一些探測方法的不足，但它本身也存在一些問題值得研究：①感測器的布置是探測自燃高溫區域的關鍵，數量、位置准確，就能有效控制自然區域高溫點；但這些布置參數受煤體溫度場傳導速度的限制，由於煤的導溫系數較小，要想測取煤體溫度，控制自燃位置，就要布置一定數量的感測器；②測溫鑽孔：要測取煤體溫度，就必須在煤體內布置測溫感測器，因而就需要測溫鑽孔，增加了工作量。
2.5.2 紅外探測法〔5，6〕
在國內外這一方法已較廣泛用於地面煤堆自燃和井下煤炭自燃火源的探測。探測儀器有紅外測溫儀和紅外熱成像儀，應用最多的是紅外測溫儀。俄羅斯採用紅外測溫儀，美國採用紅外測溫儀和熱成像儀探測煤壁和煤柱自燃溫度；國內兗州、開灤、徐州等礦區採用紅外測溫儀測定井下煤壁溫度。紅外測溫儀是測取點溫，紅外成像儀是掃描成像測取溫度。在國內，紅外熱成像儀井下沒見應用，而在煤田地質調查、地震預報、地下水探測、岩突、岩爆等方面得到了應用。隧道和巷道內由岩石的應力引起的表面0.2 ℃左右的溫度變化就可被測到，從而可分析引起災害的程度。
紅外探測法的實質是自然界的任何物體只要處於絕對零度(0 K)之上，都會自行向外發射紅外線。其發射能量如下式
E=εαT4 (1)
式中 ε——輻射系數，其值為0＜ε＜1，岩石和煤體一般為0.7～0.98，輻射系數受物體化學組 分、表面狀態、內部結構、含水量、孔隙度等影響；
α——斯蒂芬-玻爾茲曼常數，5.67×10-12 cm2.K4；
T——物體的絕對溫度，K。
從式(1)可看出，物體的溫度越高，輻射能量就越大，紅外測溫儀器接受輻射量而轉換的輻射溫度就越高，因此就可利用紅外測溫儀器對溫度的高解析度來探測井下巷道自燃位置。
在通常情況下，自然界的紅外輻射區域是362K(89℃)至207K(-66℃)，即波長在8～14 μm的大氣窗口區域內。 紅外技術是探測物體表面的紅外輻射溫度，它不同於物理溫度，物體表面的紅外輻射溫度取決於物體表面物理溫度及其物體的物質成分、含水量、表面粗糙度、顆粒大小、孔隙度、熱慣量(比熱、熱傳導率、比重)等諸多因素；這些因素的任一項微小變化，都會引起紅外輻射溫度的變化。因此，在排除干擾因素後，提取同種物質的溫度變化異常信息是至關重要的。
紅外熱成像儀類似於攝像機,它將鏡頭視場內景物的紅外輻射溫度場(25°×20°的景物)，通過鍺透鏡聚焦到紅外敏感原件上(單點掃描式、線陣或面陣排列),轉換成電信號，經電路放大、模/數轉換、記錄並顯示，當然還得有一套復雜的處理軟體，其結果通常將其視為景物的溫度圖像，現以TVS-600熱像儀為例，在熱像儀距景物2 m時，攝得景物面積為：2×tan25.8°=0.97 m(水平方向), 2×tan19.5°=0.71 m(垂直方向)，在0.97 m×0.71 m內又有320×240個像點，每個像點的面積為2.8 mm×2.8 mm，就是說只要有7.84 mm2面積的熱異常(大於0.15℃)就能被發現。而煤壁總有一些微裂隙，微氣孔的熱傳導、熱對流和熱擴散，使表面局部產生溫度變化，從而觀測到紅外輻射溫度異常，故利用紅外熱成像儀准確探測自燃高溫區域成為可能。關鍵在於如何通過溫度異常來診斷自燃高溫點。
另外，非致冷的面陣探測器(紅外敏感元件)是當今紅外科學發展的新貢獻，它給行業使用帶來了方便，就不需要如液氮等致冷液體、氣體或壓縮機(小型循環致冷)，同時減少了雜訊、耗電量和重量。
『貳』 地下煤層自燃遙感和地球物理探測指標
（一）地下煤層自燃遙感和地球物理探測基礎指標
（1）煤田地表區域熱異常，數據獲取平台為多時相夜間衛星熱紅外遙感，基本圖件為煤田地表遙感熱異常圖。可與高空間解析度遙感圖像進行復合。為對比分析，制圖放大比例尺可為1：10萬～1：1萬。
（2）衛星熱異常靶區地面特徵點、剖面和區段的溫度參數，數據獲取平台為航空高光譜熱紅外成像儀、地面高解析度熱紅外成像儀，基本圖件為1：5000地面溫度異常圖（航空）或地面熱紅外成像溫度異常圖。
（3）與煤田煤火有關的地表燒變岩、噴出物、芒硝、硫磺、土壤和植被等高光譜異常，數據獲取平台為航天（空）高光譜遙感和地面波譜儀，基本圖件為1：5000或1：1萬高光譜異常圖。
（4）地球物理探測異常，數據獲取平台為直升機航磁、航電測量系統，基本圖件為航磁、航電異常圖，制圖比例尺為1：1萬，重點滅火區編制1：5000三維航磁、航電反演成果圖。
（5）航磁、航電異常靶區地面特徵剖面，區域的地磁、氡氣、米測溫、放射性、電磁場參數異常，基本圖件為1：5000磁、氡氣、電磁異常、米測溫圖像（或剖面異常圖）。
（二）地下煤層自燃遙感和地球物理探測解釋（譯）成果指標
（1）地面燒變岩、燃燒中心（噴射物質型）、燃燒裂隙、燃燒系統的分布、面積，數據獲取平台為高空間解析度衛星遙感，成果圖件為1：1萬地表燃燒系統和燒變岩解譯分布圖。
（2）地下燃燒體的深度、狀態、位置及空間展布范圍，數據獲取平台為1：5000～1：10000直升機航磁、航電測量；重點火區的地面磁法、測氡法和電法測量，成果圖件為1：1萬～1：5000地下燃燒體分布圖和電法電阻率反演斷面圖。
（3）地下煤層自燃區的分布、狀態、埋深及其變化，主要信息源為多時相衛星（航空）熱紅外遙感（溫度）異常、地面熱紅外成像溫度異常、遙感高光譜異常、地表燃燒系統與燒變岩解譯分布圖及磁、電磁、氡氣異常反演的地下燃燒體分布圖。成果圖件為1：1萬火區分布、狀態、埋深及其變化趨勢圖。
『叄』 地下煤層自燃探測的地球物理前提
地下煤層自燃時溫度可達800～1000℃以上。如此高溫條件下，岩層受高溫烘烤變質成淺紅色、赭色、淺黃色燒變岩，敲擊會發出陶瓷片聲。地表岩層裂隙度增大，地表土變松軟，有大片的潮濕土。地表面形成一層薄硬殼，顏色為棕紅色，帶有硫化氫的氣味，這是地下煤層燃燒形成的SO2氣體隨熱氣上升在地表形成。同樣，頂底板圍岩中礦物成分也要發生物理化學性質的變化，原有的結構性質也要變化，圍岩的物理性質也要發生變化。就目前研究結果，這種變化體現在如下幾個方面，見表2⁃3⁃9。
表2-3-9 地下煤層自燃不同階段引起的圍岩物性變化特徵
1.磁性
對於烏達地區，煤層的磁性隨溫度變化很小，圍岩磁性變化較大。圍岩磁性的變化在煤層不同燃燒階段有不同的特徵。在煤層開始燃燒，圍岩溫度逐漸上升，在特定的溫度段（通常在500℃左右），磁性出現升高；在更高溫度條件下（700℃左右），圍岩磁性消失。在煤層燃燒結束後，溫度高於500℃的圍岩溫度降低，岩石磁性較原岩升高上百倍。因此，通過測量地下煤層自燃區的磁場，可以有效地發現燒變岩體。
2.電阻率
地下煤層燃燒，不僅使圍岩電阻率發生變化，也使煤層電阻率發生變化。通常在溫度低於200℃條件下，圍岩及煤層的電阻率隨溫度變化較復雜，可能升高也可能降低，主要取決於岩石的物質成分、礦物結構等。在高於500℃左右的條件下，圍岩及煤的電阻率隨溫度升高而降低。因此，電法勘探既可以通過測量地下空間的電阻率分布，對比電阻率異常的升高特徵，發現熱異常體，圈定燃燒區域，也可以通過發現局部低阻體，確定煤層著火點。
3.放射性
地下煤層自燃產生高溫，使大量放射性氣體析出，並向近地表遷移。在燃燒區上方可產生伽馬能譜釷和鈾測量道的高值異常（釷異常比鈾異常明顯），形成放射性氣體（包括氡氣和釷射氣）濃度異常，野外數次實測的結果證明了這一點。利用這些放射性差異，經數據處理後，可確定地下火區位置和范圍，是比較理想的探測煤層高溫燃燒區方法。
『肆』 如何測試固體在空氣中的引燃溫度
燃點：不論是固態、液態或氣態的可燃物質，如與空氣共同存在，當達到一定溫度時，與火源接觸就會燃燒，移去火源後還繼續燃燒。這時，可燃物質的最低溫度叫做燃點，也叫做著火點。
一般液體燃點高於閃點，易燃液體的燃點比閃點高1~5℃。
自燃：在通常條件下，一般可燃物質和空氣接觸都會發生緩慢的氧化過程，但速度很慢，析出的熱量也很少，同時不斷想四周環境散熱，不能像燃燒那樣發出光。如果溫度升高或其他條件改變，氧化過程就會加快，析出的熱量增多，不能全部散發掉就積累起來，是溫度逐步身高。當到達這種物質自行燃燒的溫度時，就會自行燃燒起來，這就是自燃。使某種物質受熱發生自燃的最低溫度就是該物質的自燃點，也叫自燃溫度。
在自燃溫度時，可燃物質與空氣接觸，不需要明火的作用就能發生燃燒。自然點不是在一個固定不變的數值，它主要取決於氧化時所析出的熱量和向外導熱的情況。可見，同一種可燃物質，由於氧化條件不同以及受不同因素的影響，有不同的自燃點。
自燃可分兩種情況。由於外來熱源的作用而發生的自燃叫做受熱自燃；某些可燃物質在沒有外來熱源作用的情況下，由於其本身內部進行的生物、物理或化學過程而產生熱，這些熱在條件適合時足以使物質自動燃燒起來，這叫做本身自燃。
本身自燃和受熱自燃的本質是一樣的，只是熱的來源不同，前者是物質本身的熱效應，後者是外部加熱的結果。物質自燃是在一定條件下發生的，有的能在常溫下發生，有的能在低溫下發生。本身自燃的現象說明，這種物質潛伏著的火災危險性比其他物質要大。在一般情況下，能引起本身自燃的物質常見的有植物產品、油脂類、煤及其他化學物質。如磷、磷化氫是自燃點低的物質。
『伍』 自燃點如何測量
使用自然點測試儀
一、自燃點測試儀用途 自燃點測試儀符合國家DL/T706-99、IEC79-4：95標准，用來測定運行油、抗燃油試樣在燒瓶里產生燃燒現象時測試得最低溫度。自燃點測定儀 二、自燃點測試儀儀器特點 高精度智能控溫，加熱均勻，布局合理，精度高，准確度好；採用三點測溫，即：底部中心、側壁中部、和上部。 三、自燃點測試儀技術指標 測試范圍： 100~1000℃ 控溫准確度：±1℃ 電源： AC220V±10% 頻率： 50HZ±5%