懫空区遗煤自燃时氡析出及迁移机制研究与应用

发布时间：2020-06-13 17:24

【摘要】：煤炭是我国能源开发的主要资源,一直以来为国家经济建设和能源安全提供了强有力的保障。煤炭是一次能源,是不可再生资源。煤炭的自燃现象不仅大量浪费自然资源,而且严重威胁煤矿的安全生产。煤自燃治理的前期工作是自然发火的预测预报、火源位置的精准判断和火区信息的收集监测。其中,精准判断火源位置作为自燃火灾治理工作的关键,在煤矿安全生产中被予以高度重视。然而,由于煤自燃时常发生于埋深较大的地下煤层,自燃区域具有隐蔽性,这给火源位置的精准定位带来相当大的难题。在诸多寻找火源位置的技术方法中,同位素测氡技术具有操作简单、成本低廉的优越性,但同位素测氡技术受现场多种因素的影响,其测值往往存在相对偏差。因此,研究煤自燃火区特别是采空区火区上覆岩层中氡浓度的分布及其迁移规律,提高同位素测氡技术探测精度,对煤自燃火灾的防治工作具有重要的现实意义及实用价值。本论文依据地气理论下的气体及微泡搬运氡的作用机制,对采空区覆岩内氡析出及迁移规律进行研究。研究方法采用了理论计算研究、实验室模拟实验及现场实践验证。主要研究内容分为四个方面:氡析出迁移机理及数理计算研究、采空区遗煤自燃与氡析出规律实验研究、模拟气体及微泡搬运氡实验研究、同位素测氡技术应用研究。本文研究工作所得到的主要结论概述为以下几点:(1)在限定反应空间内,随着煤温的增加,氡的析出浓度按一定的增长速率随之增加,氡析出浓度随温度的变化趋势遵循二次函数分布;变质程度越高的煤,氡析出量越大;煤样粒径大小对氡的析出影响不大;氡的析出与碳氧化合物的生成特别是二氧化碳的生成具有一定的相关性。(2)单一射气介质中,随着距离氡源的高度增加,氡值呈逐渐降低的趋势;增大介质中CO_2流量对于增强氡值分布效果明显,但CO_2流量达到一定范围后,氡值提升幅度逐渐衰减;CO_2气流温度增加,测点氡值随之增加;在固定的气体温度和流量条件下,氡值大小会随着高度的增加呈现出有规律递减的趋势,遵循二次函数分布。(3)运用同位素测氡技术,对腰寨矿采空区煤自燃火区范围进行了探测。探测结果显示:主要煤自燃火区范围有三块,且火区范围内氡值分布较为广泛,对探测结果应用钻探进行了验证,发现氡值大的区域,二氧化碳的含量也较高,其浓度百分含量分布在300~850ppm之间,可以说明,二氧化碳等火灾气体对氡的迁移现象有较大的贡献。
【图文】：

示意图,搬运机制,微泡,气体

图 1-1 气体及微泡搬运机制示意图Fig1.1 Gas and microbubble transportation mechanism纯菡等[40]认为，在浅层地壳内，垂直上升的气体流可以将地壳内纳米级的表。当气体流途径成矿地质体时，会将矿体及其围岩存在的纳米级物质进行体上方范围内地表出现矿至地气异常现象。通常，，这种地气异常物质来源

技术路线图

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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD752.2

【参考文献】