松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统研制及应用

发布时间：2017-05-10 12:14

  本文关键词：松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统研制及应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭是我国重要的基础能源,是一种不可再生资源。煤自燃不仅造成资源的大量浪费,而且对矿井的安全生产造成严重的威胁。煤自燃通常发生在矿井深处,火源位置隐蔽,因此,煤自燃隐蔽火源位置的探测成为煤矿防灭火工作的重大难题。同位素测氡法作为众多煤自燃隐蔽火源位置探测方法之一,已在矿井防灭火工作上取得了一定的成效,国内外学者们对于煤自燃时氡的运移规律也进行了一定的研究,目前,对于煤体中放射性氡竖直方向上的运移规律已经有所研究,但由于煤矿井下火源存在于一个空间,氡的扩散是各向的,仅研究氡在单一竖直方向上的运移和吸附规律,不能满足氡法探测火源的需要,且无法保证探测结果的准确性。因此,需充分考虑氡的空间各向扩散特性,在水平和倾斜方向上进行进一步研究,完善和扩充氡的运移规律,为氡法探测火源提供可靠依据,提高探测精度,及时消除火源,保证煤炭企业安全生产。氡(Rn-222)是自然界中天然存在的具有一定放射性的惰性气体,其分布广泛而分散,且具有强烈的扩散能力;煤自燃温度和煤岩空隙度是地下煤自燃时影响氡运移的两个最为关键的因素,较大的煤自燃温度和煤岩空隙度都会对氡的扩散和运移产生一定的促进作用。本论文主要采用理论分析、实验系统研发和实验研究相结合的方法,分析了氡的产生、来源和基本性质,探讨了地下煤自燃时氡运移的影响因素,并以此为基础依据,自行设计研发了松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统,研究了煤自燃升温氧化过程中放射性氡在松散煤体中不同扩散方向上的运移规律,主要研究成果概括如下:(1)设计研制了松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统,实验系统主要由扩散管道、温度测控系统、角度调节系统和支撑系统四部分组成,扩散管道提供氡扩散运移的主要场所,可通过温度测控系统调控煤体介质的温度,通过角度调节系统调整扩散管道的角度,进行煤自燃氧化升温过程中氡在不同方向上的扩散实验。(2)开展了多角度氡扩散实验,表明:在扩散方向上,随着距氡源距离的增大,氡浓度大体呈线性减小的趋势,并逐渐趋于平稳,氡浓度衰减率及衰减量逐渐降低;随着温度的升高,氡浓度总体呈线性增长趋势,且在扩散方向上,氡浓度衰减量增大,衰减率减小;距离氡源越远,氡浓度受温度变化的影响越弱。(3)扩散方向对氡运移和分布特征有较大影响,随着扩散角度的增加,氡的扩散能力逐渐增强,氡浓度的变化趋势大体可分为缓慢增长期、平稳期、快速增长期三个阶段,氡在倾斜方向上的扩散能力显著高于水平方向;氡在水平方向上的运移受温度影响较弱,而在竖直方向上的运移受温度影响较明显。自主研制的松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统,实现了煤自燃氧化升温过程中氡在水平和倾斜方向上的扩散规律实验研究,为同位素测氡法探测煤层隐蔽火源提供了依据。
【关键词】：煤自燃 火源探测 氡 运移规律 实验系统 实验研究
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状、存在的问题及发展趋势11-14
• 1.2.1 测氡法探测煤火研究现状11-12
• 1.2.2 放射性氡运移规律研究现状12-14
• 1.2.3 存在的问题及发展趋势14
• 1.3 研究内容及研究目标14-15
• 1.3.1 研究内容14
• 1.3.2 研究目标14-15
• 1.4 研究方案及技术路线15-17
• 1.4.1 研究方案15
• 1.4.2 技术路线15-17
• 2 氡的基本性质及地下煤自燃时氡运移的影响因素分析17-24
• 2.1 氡的产生、来源及基本性质17-22
• 2.1.1 氡的产生17-18
• 2.1.2 氡的来源18-20
• 2.1.3 氡的基本性质20-22
• 2.2 地下煤自燃时氡运移的影响因素分析22-23
• 2.2.1 煤自燃温度对氡运移的影响22
• 2.2.2 煤岩空隙度对氡运移的影响22
• 2.2.3 煤岩渗透性对氡运移的影响22-23
• 2.2.4 地下水对氡运移的影响23
• 2.2.5 矿井通风状态对氡运移的影响23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统的研制24-31
• 3.1 实验系统构成及功能24-27
• 3.1.1 扩散管道24-25
• 3.1.2 温度测控系统25-26
• 3.1.3 角度调节系统26-27
• 3.1.4 支撑系统27
• 3.2 实验系统特点27-28
• 3.3 实验原理及方法28-29
• 3.3.1 实验原理28
• 3.3.2 实验方法28-29
• 3.4 本章小结29-31
• 4 松散煤体中放射性氡多角度扩散实验研究31-61
• 4.1 实验条件31
• 4.2 温度影响松散煤体中氡运移和分布规律实验31-50
• 4.2.1 水平方向扩散实验31-36
• 4.2.2 30°方向扩散实验36-41
• 4.2.3 45°方向扩散实验41-45
• 4.2.4 60°方向扩散实验45-50
• 4.3 扩散方向影响松散煤体中氡运移和分布规律实验50-52
• 4.4 松散煤体中氡倾斜扩散时水平和竖直方向分布规律52-60
• 4.4.1 氡在水平方向上的分布规律52-56
• 4.4.2 氡在竖直方向上的分布规律56-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 结论与展望61-63
• 5.1 主要结论61-62
• 5.2 研究展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-70
• 附录70

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