受载煤岩破裂过程氡析出规律研究

发布时间：2017-06-19 09:15

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【摘要】：随着矿井开采深度和强度逐年增加,深部煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害更为严重,迫切需要行之有效的预测预报方法。相关研究显示岩体破裂前后氡浓度会发生变化,这为氡预测煤岩动力灾害提供了新的思路和方法,但对此缺乏系统深入的研究。论文通过对典型煤岩块试样的放射性核素进行测量,分析了煤岩放射性核素的影响因素;对煤矿井下氡水平进行了初步研究,并分析了工作面采动对氡析出的影响;利用自主设计的受载煤岩破裂过程氡析出测量试验系统,对煤岩试样受载过程氡析出的阶段性特征进行了研究,取得了如下研究成果:(1)自行设计了受载煤岩破裂过程氡析出测量试验系统,包括煤岩三轴压缩试验系统、煤岩声发射试验系统、氡浓度测定试验系统等几部分,测试结果表明:自主设计的试验系统具有灵敏度高,测量快速,监测手段多样,操作简便等优点,且试验测量结果可靠,为开展受载煤岩破裂过程氡析出试验打下了基础。(2)利用自行设计的受载煤岩破裂过程氡析出测量试验系统,对煤岩受载破裂过程的氡析出规律进行研究。研究结果表明:煤岩试样单轴压缩破裂过程的氡析出阶段性变化明显,在加载初期,煤岩试样处于孔隙/裂隙压密阶段,氡析出较原始状态大幅增加;煤岩试样处于弹性变形阶段时,氡析出较加载初期会出现回落现象,但较原始状态大都还是有所增加;加载后期,煤岩试样处于塑性变形阶段,氡析出较原始状态进一步增加;煤岩试样破坏后,氡析出较原始状态增加的更为明显。(3)开展了煤岩放射性活度测量和煤质工业值分析,并分析了两者之间的相互关系。结果显示:随着煤岩变质程度的升高煤岩中放射性核素镭(Ra)的含量有降低的趋势;煤岩中放射性核素镭(Ra)的含量与煤岩组分中的灰分含量的相关性较好,灰分对煤岩放射性核素的影响不容忽视。(4)研究了生产矿山氡的析出,分析了煤矿井下氡的来源以及分布特点,并以河南九里山煤矿为案,测量了九里山煤矿井下氡水平,探究了煤矿井下氡气来源及其分布特征,重点研究了井下受采动影响地点氡析出浓度的变化,作为煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害氡监测可行性的依据。研究成果表明氡可以作为煤岩破裂的前兆特征信息,这为研究氡预测预报煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害提供了有效的测试手段和理论支撑。
【关键词】：氡 煤岩动力灾害 析出规律 放射性活度 试验系统
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD713.2
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 问题的提出与研究意义11-13
• 1.2 国内外研究现状及存在问题13-18
• 1.2.1 氡检测在地质灾害勘察中的应用研究13-14
• 1.2.2 氡探测在煤矿安全领域的应用研究14-16
• 1.2.3 氡监测在煤矿动力灾害探测中的应用研究16-18
• 1.2.4 存在的主要问题18
• 1.3 课题来源与研究内容18-19
• 1.3.1 课题来源18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 1.4 论文研究体系结构框架19-20
• 1.5 论文研究特色20-21
• 2 氡的来源及基本性质概述21-29
• 2.1 氡的产生21
• 2.2 煤岩中氡释放、运移机制概述21-23
• 2.2.1 氡在煤岩中释放规律21-22
• 2.2.2 氡在煤岩中运移规律22-23
• 2.3 氡的测量方法概述23-25
• 2.4 放射性核素的衰变25-28
• 2.5 小结28-29
• 3 煤矿井下放射性核素赋存及氡水平初步研究29-41
• 3.1 煤岩放射性核素的分布及赋存29-31
• 3.2 煤系地层煤岩放射性核素含量测量31-34
• 3.2.1 测量仪器31-32
• 3.2.2 测量过程及测量结果32-34
• 3.3 煤矿井下氡水平初步研究34-40
• 3.3.1 煤矿井下氡气的来源分析34-36
• 3.3.2 煤矿井下氡分布特点及氡水平影响因素分析36-38
• 3.3.3 工作面采动对氡析出的影响38-40
• 3.4 小结40-41
• 4 受载煤岩氡析出测量试验平台与试验方案41-57
• 4.1 试验系统的设计思路41-42
• 4.2 试验系统的主要特点42
• 4.3 试验系统的组成42-50
• 4.3.1 煤岩三轴压缩试验系统42-46
• 4.3.2 煤岩声发射试验系统46-48
• 4.3.3 氡浓度测定试验系统48-50
• 4.4 试验过程50-54
• 4.4.1 煤岩试样的制备50-51
• 4.4.2 试验系统的温度控制51-52
• 4.4.3 煤岩试件单轴加载测试52-54
• 4.5 煤岩破裂氡释放测定可行性试验研究54-56
• 4.6 小结56-57
• 5 煤岩试样受载破裂过程氡析出试验研究57-78
• 5.1 煤岩试样单轴受压试验分析57-58
• 5.2 煤岩试样受载破裂过程声发射特征58-60
• 5.3 煤岩试样损伤模型研究60-66
• 5.3.1 煤岩试样损伤分析61-62
• 5.3.2 煤岩试样损伤模型62-63
• 5.3.3 煤岩试样损伤模型分析63-66
• 5.4 煤岩试样受载破裂过程氡析出监测66-71
• 5.4.1 煤岩试样氡析出测量结果67-71
• 5.5 试验结果及数据处理71-77
• 5.5.1 试验结果分析71-75
• 5.5.2 煤岩试样受载过程氡析出规律分析75-77
• 5.6 小结77-78
• 6 结论与展望78-80
• 6.1 主要研究结论78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-87
• 作者简历87-89
• 学位论文数据集89

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本文编号：462065