王 刚

(1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁省抚顺市，113122；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁省抚顺市，113122)

煤层随着煤田大范围开拓并暴露出来，煤田火区范围呈现急速增长趋势。煤田火灾涉及资源保护、环境治理、经济发展等问题，也是阻碍中国煤炭资源可持续开发与矿区可持续发展的重要议题[1]。煤田火区探测方法主要有磁法、电阻法、测氡法、红外热成像法、遥感法等[2]。项目组在研究大气中汞的价态转换过程及迁移机理时，选取了矿区、市区、河边地区进行了试验，通过在煤田火区进行汞浓度测定，发现测定气态汞浓度可以判定煤田火区高温区域[3]。具体测定了五虎山煤矿10号火区下部011203工作面煤中的汞含量、10号火区地表的气态汞浓度。通过上述试验验证了测汞法可以作为探测煤田火区的一种新方法，可以在受煤田火区影响的煤矿推广应用。

1 测汞法探测煤田火区的原理

半无限大介质是指一边有界而另一边无界的均匀多孔介质，计算坐标如图1所示。大地是典型的半无限大介质，因此可以讨论在大地半无限大介质表面汞的迁移现象[4]。

图1 半无限介质计算坐标

半无限大介质中的汞迁移现象属于一维现象，根据费克扩散定理和达西定理，介质中汞浓度分布的方程可以表示为：

(1)

式中：c——介质中汞浓度，ng/m3；

D——汞在介质中的扩散系数，m/s3；

v——介质中的渗流速度，m/s；

η——孔隙度，孔隙度表示土壤的孔隙空间体积与土壤的外表体积的比值，%。

式(1)中边界条件为x=0，c=c0；……