Question

乌达试验区

Answer 1

（一）地理位置与自然条件

乌达煤田（包括五虎山、苏海图、黄白茨三个井田）位于东经106°34′41″～106°38′41″，北纬39°27′00″～39°34′04″，在内蒙古自治区乌海市境内，贺兰山北端、乌兰布和沙漠南缘。东距黄河11km，西靠巴音善旦。乌达煤田南北长16km，东西宽13km，面积约208km²。

乌达煤田平均海拔1150～1300m，为低山丘陵地貌，煤田内沟谷发育，基岩出露良好，局部有风沙覆盖。煤田地表渗水性良好，无地表水体，只有季节性冲沟，大气降水是地表水补给来源。

乌达煤田春季风大干燥，夏季炎热少雨，秋季多雨、气温适中，冬季寒冷、温差大，常年日温差大。全年最大降雨量299.4mm，全年蒸发量在2923.6mm以上，年平均气温10℃，年日照射数3227.3h以上。主导风向西北，最大风速28m/s。年降雨量少，蒸发量大，干旱多风沙，这一地区是典型的内陆干旱沙漠气候。这种气候特征极易使露头煤层长期处于干燥状态，或经过短暂湿润又很快恢复到干燥的循环之中，引发煤层的氧化自燃。

（二）研究区地质环境条件

地下煤层自燃与其赋存的地质环境息息相关，如地质构造、煤层条件、采矿工程及其环境影响和采空区等。乌达研究区地层岩性单一，地质构造简单，火成岩体很少。

1.地质构造环境

乌达煤田处于鄂尔多斯盆地西缘，属华北石炭⁃二叠纪煤田。乌达煤田处于盆状向斜之中，向斜南北长12km，轴向南北；北端轴向偏向北东，向斜西北翼开阔平缓，倾角在10°左右；向斜东部受乌达逆掩断层切割，地层倾角40°～60°倒转。乌达逆掩断层断距5～600m，倾向东，倾角34°～75°，南北长9km。乌达盆状向斜和乌达逆掩断层是控制煤田的主要构造。煤田次一级构造由褶皱束和断裂组成。

分布在煤田中部的褶皱成束出现，包括苏海图沟褶皱束（由6个平行排列的背斜和向斜组成，轴向北西）；补8孔褶皱束（由两个平行排列的向斜构成，轴向南北）；梁家沟褶皱束（由两个近乎平行排列的向斜组成）；奇里格沟褶皱束（由3个平行排列的向斜、背斜组成）。

分布于煤田内的次一级断裂成组出现，如煤田西缘的羊圈沟、F35断裂组，煤田西北部的F9、F37、F38断裂组以及煤田中部的露天正断层等。

乌达煤田地处半沙漠干旱地区，地表径流少而小，降雨量小于蒸发量，地貌形态单一，地层出露简单，含水层含水性弱，地表补给水源有限。虽然煤系地层位于侵蚀基准面以下，因距黄河较远，黄河水不可能直接补给到煤系地层中，整个煤田水文地质条件属简单类型。

2.煤层条件

乌达煤田地层由上而下划分为第四系（Q）、第三系（R）、上二叠统石盒子组（P₂sh）、下二叠统山西组（P₁s）、上石炭统太原组（C₃t）、中石炭统本溪组（C₂b）等。其中上二叠统石盒子组（P₂sh）含煤线及不稳定煤层7～9层，均不可采；下二叠统山西组（P₁s）为煤田主要含煤地层，共含煤10层，1^＃、2^＃上、2^＃、3^＃、4^＃上、4^＃、4^＃下、5^＃、6^＃、7^＃在煤田内分布广泛，其中1^＃、2^＃、4^＃、6^＃、7^＃稳定，是煤田主要可采煤层，其他煤层局部可采；上石炭统太原组（C₃t）也是煤田主要含煤地层，含煤层17层：8^＃、9^＃、10^＃、11^＃、12^＃上、12^＃、12^＃下、13^＃上3、13^＃上2、13^＃上1、13^＃、13^＃下、14^＃、15^＃、16^＃、17^＃、18^＃，主要可采煤层9层；中石炭统本溪组（C₂b）的中上部有煤线10～12层，均不可采。

3.采矿工程及其环境影响

乌达现代化煤矿始建于1958年，1962年开始投产；现有五虎山、苏海图、黄白茨3个煤矿，矿井设计生产能力390×10⁴t/a，核定生产能力410×10⁴t/a。

乌达煤田地质储量6.36×10⁸t，已累计产出约3×10⁸t，尚有工业储量3.36×10⁸t。煤田35km²的面积已经全面开采。乌达煤田采用长臂式采煤，在工作面回采中和回采后顶板岩石产生垮落，又因为煤层埋藏较浅，致使地面严重塌陷，地形地貌与原有状态产生巨大差异，为煤火提供了大量的供氧通道。

4.采空区概况

根据现场调查，乌达煤田井下采空区较为复杂，具体体现在以下三方面：

（1）埋藏深度浅。太阳辐射的热量可被采空区遗煤充分吸收，太阳辐射构成了采空区的天然热源。

（2）采空区空间大。由于煤层顶板大多数为孔隙率较大的砂岩，硬度较大，采煤过程中，煤层顶板不易冒落，致使采空区内部空间大，利于漏风。

（3）采空区之间相互贯通。由于乌达煤田已有很长的开采历史，井下采空区众多。特别是大批小煤窑出现并无序开采，使采空区星罗棋布，许多采空区相互贯通，采空区的状况更具复杂性。

（三）地下煤火概况

乌达煤田燃烧时间长，面积广，损失大，环境污染严重。1958年开始建井，1961年苏海图煤矿井下9^＃、10^＃高硫煤自燃。从1978年开始苏海图煤矿井下采空区先后形成Ⅳ⁃1、Ⅳ⁃2 等6个地面火区。在1985～1995年，乌达煤田开采量在压缩，小煤窑崛起。在这10年间，小窑开采形成10个煤田火区，乌达煤田采空区形成8个煤田火区。2004年12月“乌达煤田火区详查补充报告”中划定16个火区，火区总面积达到349.6×10⁴m²。目前，由于缺乏必要的灭火工程以及废旧小煤窑巷道不断被发展中的煤火相互贯通，乌达煤田煤层自燃趋势仍在继续扩大。2002～2004年两年半内火区面积累计增加42×10⁴m²，增幅达13.65%。

1.燃烧煤层

乌达煤田可采煤层19层，可采煤层平均总厚度33.6m。其中主燃煤层8层，主燃煤层平均厚度25.44m。主燃煤层平均厚度占可采煤层平均总厚度的75.7%，主燃煤层在燃烧中分为5个燃烧层组（表1⁃2⁃1）。

表1-2-1 乌达煤田主燃煤层燃烧层组

2.煤火区特征

煤火区主要分布在煤层浅部大矿采空区。

（1）煤火区燃烧特征。历史上小煤窑密集排列、小煤窑开采巷道长、采掘深度大的地区高温点最多，地下火势猛，明火较多。地表塌陷或成星点状，或出现强烈塌陷，部分地区见到烧变岩。若地下煤火与大矿采空区相连，则在地表大面积塌陷之处的裂隙中出现许多热异常。沿煤层露头出现的火区，随灭火程度不一样，有地表出现蒸汽、青烟、硫磺结晶体、植被遭煤火烘烤等热异常现象，个别地方直接出现燃烧的明火。

（2）煤火地表特征。在煤层浅部露头火区与国有煤矿采空区相连接的地区，地表出现大面积塌陷，裂隙发育且无规律，煤火则由浅部向回采区蔓延，火区面积迅速增大。反之，小煤窑开采深度小，浅部煤层形成较大采空区，沿煤层露头之处则出现岩石崩塌，靠近煤层露头附近地表塌陷成串珠状分布。火区燃烧形成的高温气流，正是在地表裂隙、塌陷与废弃井口、巷道的相互贯通的环境下，与地面大气沟通，形成地下高温气流与地表低温气流的循环交换，为地下煤火提供了燃烧所需要的氧气。

部分火区因小煤窑生产时间不长，主巷道不长，煤层发火后井口被迅速封堵，煤火只能在地下巷道中蔓延，沿煤层倾向发展速度缓慢。因相互排列的小煤窑巷道已被煤火贯通，因而沿煤层露头走向形成条带状火区。

根据勘查综合结果，煤田火区在形成过程中存在着一定的燃烧规律，地下、地表都有着煤火燃烧过程中所形成的特殊环境和现象，是煤火遥感和地球物理探测的目标。