乐仁昌[1]2001年在《氡及其子体的释放和运移规律及机理研究》文中研究指明氡的释放和运移规律及机制研究是氡气测量的基础理论问题,它与氡在地球科学、环境科学等领域的广泛应用密切相关。本文从实验入手,采用静态、累积、高灵敏度的测氡方法,对氡及其子体在较理想条件下的释放和运移规律进行了实验研究,并从实验和理论上对氡释放和运移机制进行了探讨。实验发现,氡从铀矿物中的释放具有阵发性和自发性,并与铀矿物的种类、粒度大小等因素有关。其机制是:由于铀矿物内部空隙发育各异,Ra经α衰变放出Rn和He,待其在矿物内部空隙聚集到一定压力时,才能由空隙溢出,这是导致铀矿物释放氡呈阵发性和自发性的内因。实验还发现,氡及其子体的分布具有明显的方向性,而与扩散规律相违背。在向上,向下,横向各为4m的实验条件下,纵向运移能力远大于横向运移能力,向上运移能力也大于向下运移能力:其端点向上,向下,横向运移计数比分别为66%:31%:3%; 向上、向下及横向总计数的对比结果是:54%:35%:11%; 总运移量的对比结果是:54%:34%:12%; 运移系数的结果是:向上0.184cm~2s~(-1),向下0.094cm~2s~(-1),水平0.015cm~2s~(-1); 运移速度的结果是:向上220.4×10~(-6)cm/s,向下181.3×10~(-6)cm/s,水平58.3×10~(-6)cm/s。氡及其子体比重虽很大,但其“自身”却具有明显的向上运移能力,其机制是:氡及其子体经α衰变所放出的α粒子减速后,将成为He核,He核可与氡及其子体形成团簇,当团簇在介质中所受的浮力大于其重量时,团簇便能自行上升。在氡运移机制研究中,借助铀矿石产生的氡和液体镭源产生的氡形成的4He之差异,进一步验证了氡-氦团簇运移现象。论文还建立了氡运移理论分布方程,应用该理论方程对运移实验数据进行了计算,取得了较满意的结果。
王辉[2]2015年在《松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统研制及应用》文中研究说明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、快速增长期叁个阶段,氡在倾斜方向上的扩散能力显着高于水平方向;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。
李晓刚[3]2005年在《氡释放的实验研究和机理探讨》文中研究说明自二十世纪初发现第86号元素氡以来,该元素及其子体一直受到了科学界的广泛注意。随着科学技术的进步与发展,人们在不断拓宽氡气应用领域,注意其危害,在研究氡气测量技术的同时,十分关注氡及其子体的释放规律及机理研究。 作为氡的基础理论,如氡释放和氡运移规律和机理,一直是重要的研究课题之一,也是制约测氡技术发展的重要因素。氡测量虽然已被证实可解决许多问题,但氡及其子体在理想状态下是如何从介质中释放出来的,其规律如何,至今仍众说纷纭。由于影响氡气从介质中释放的因素众多,介质中氡释放的过程是非常复杂的,氡释放以及如何对其进行研究仍是困扰人们的难题之一。 本文旨在理想条件下、单一介质中以实验为基础,通过自制的实验装制,进行了氡释放的实验研究。实验采用灵敏度较高的CD-1α杯测氡仪,在静态条件下,借助多套实验装制同时进行连续观测,经数据分析与计算,得到了氡释放具有间歇性的特点,其机理是由于氡及其子体与氦核所形成“团簇”运
李恩福[4]2015年在《受载煤岩破裂过程氡析出规律研究》文中指出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,包括煤岩叁轴压缩试验系统、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。
蔡思静[5]2008年在《氡及其子体运移模拟及可视化系统开发》文中进行了进一步梳理研究氡气及其子体的运移机制是开展氡气应用研究和危害研究的基础。本文在氡团簇运移假说的基础上,结合力学原理和扩散思想,建立氡及其子体运移的数学模型。并将计算机模拟技术引入氡及其子体运移的研究中,开发出一套在理想条件下氡及其子体运移的模拟系统。该系统利用可视化技术,借助计算机的图形图像处理能力,不仅能够为用户提供直观的氡运移图形界面,而且能够提供氡气在不同方向上的运移分布和运移参数的模拟,确定氡-氦团簇在水平方向和竖直方向上的运移系数的取值范围。为了克服对流、湿度差、压力差对实验的影响,保证氡及其子体在封闭、无对流、无湿度差、无压力差的环境中运移,在原有实验装置的基础上进行了改进,设计了恒温PVC管装置。我们在装置中进行多次氡气在水平方向上的运移实验,取得了多组实验数据。通过实验数据与计算机模拟结果进行对比分析,取得了较满意的结果。通过恒温状态下测试的实验数据,结合计算机模拟及可视化系统研究,为氡及其子体运移研究提供了新的手段。经初步测试,模拟性能达到了设计要求。从而表明了采用计算机模拟技术,进行氡及其子体运移研究在理论上是正确的,在实践上是切实可行的。
王俊峰[6]2010年在《煤地下自燃时覆岩中氡气运移规律及应用研究》文中提出煤炭是我国重要的基础能源和重要原料,是不可再生资源。煤炭自燃严重威胁着矿井的安全生产,而且造成资源大量浪费。然而,煤层自燃火灾发生于地下数百米深处,由于人员无法靠近以及火源的隐蔽性,给防灭火工作带来了巨大的困难。因此,自燃火源位置的精确探测一直是煤矿安全生产中的重大难题之一,也是一项世界性难题。地面同位素测氡法探测火源位置作为一种行之有效的技术已在自然发火严重的矿井进行了应用,但没有形成一个完善的理论;因此,深入研究煤地下自燃时覆岩中氡的运移规律及其影响因素,可进一步提高同位素测氡法探测煤层自燃火源位置的精度,可有效地解决矿井防灭火火源位置探测这一关键技术,具有重要的科学意义和应用价值。通过分析氡运移规律的影响因素,得出了自燃煤层覆岩中氡运移的基本原理,借助自行研制的国内外最大的煤自燃与测氡实验台,通过实验研究、理论分析、数值模拟、以及现场探测的方法,对煤地下自燃时覆岩中氡迁移机理、不同温度下和不同深度处氡的析出特征、不同地表条件下现场实际探测分析、以及对自燃煤层开采过程中采空区自燃危险区域模拟,结合地表探测分析氡的异常区域进行了系统的研究。主要研究内容及结果如下:(1)自燃煤层覆岩中氡异常形成的机理。从氡的产生、性质和来源入手,分析了煤自燃对覆岩中氡的影响,结合“geogas”理论的特点,提出了自燃煤层覆岩中氡异常形成的机理。(2)煤自燃与测氡实验台的研制。在分析煤自燃过程中覆岩中氡的迁移机理基础上,研制了国内外自动化程度最高的煤自燃与测氡实验台。该实验装置可模拟不同粒度、不同漏风强度下煤自燃的全过程,以及氡在不同射气介质、构造条件下的析出规律。(3)煤自燃生成气体与氡析出的相关性及实验台温度场的实验研究。通过煤自燃实验,得出煤自燃的特征温度及各特征温度下的标志气体与氡析出的关系;分析了自燃过程中各层位高温区域与时间的关系及中心测点高温区域与层位的关系和特点,为研究煤地下自燃时布置覆岩中测氡点的位置提供了参考。(4)煤自燃时覆岩中氡运移的实验研究。应用实验台研究了不同射气介质在煤自燃过程中氡的析出规律,得出不同孔隙率、不同温度以及不同位置及深度对氡析出率的影响及程度。(5)矿井自燃火灾中氡气探测的现场观测研究。给出了地面测氡技术探测自燃火源的探测工艺及野外原始数据的有效取值、分析方法;通过对4个典型条件下的现场探测,结合实际灭火工程效果,得出典型条件下地表氡异常与煤地下自燃的相互关系,为同类条件下的探测提供参考依据。(6)采空区自燃危险区域数值模拟及上覆地表氡的析出规律。通过对乌达矿区黄白茨矿1293长壁工作面采空区气体的长期观测,应用CFD模拟技术模拟了自燃危险区域,结合地表氡气探测技术,验证自燃危险区域一致性,同时为采空区自燃地面测氡法探测测场布置提供科学依据。
李昂[7]2008年在《煤层火源探测氡异常值分析处理技术研究》文中研究指明改革开放以来,煤炭工业虽取得了长足发展,条件有所改善,但仍然存在着增长方式粗放、安全事故多发、资源浪费严重、环境治理滞后等问题,特别是安全事故多发问题令世人关注。矿井火灾是煤矿主要灾害之一,我国56%的矿井开采的是易自燃煤层,矿井火灾是一大突出灾害。火区的探测不论是对矿区早期的火区进行预报,还是对火区的管理以及灾后的救灾工作都有一定的指导意义。然而,由于煤层自燃火灾常发生于地下数百米深处,人员无法靠近以及火源的隐蔽性,使得自燃火源位置的精确探测成为防灭火的关键技术,也是一项世界性难题。本文基于同位素测氡法探测煤层自燃火源位置的研究,对煤层火源探测氡异常值分析处理技术进行研究。首先,探讨氡在固体介质中的传播机理,以氡及其子体和母体衰变后形成的复合团簇,成为氡及其子体向上迁移的内因即氡及其子体迁移时,可视为长寿放射性元素着手,得出了可迁移氡通过扩散、渗流、溶解与蒸发等机制经由介质的孔隙、微裂隙和裂隙中通过向土壤表面迁移的结论。其次,由于在表层上覆土中形成的氡异常信息较微弱,因此为了提高煤层火源探测的应用效果,应尽量减少或消除各种干扰因素。故接下来进行了在煤层隐蔽火源探测过程中氡异常的原因及排除方法。最后,利用煤层火源探测氡异常值分析处理技术对山西太原东山煤矿等矿的煤层自燃火灾进行了成功的探测和治理,为尽快消除煤层自燃火灾,保障煤矿安全生产发挥了重要的作用。这些研究为煤层自然火灾的火源探测提供了参考,有一定的借鉴意义。
刘凯旋[8]2017年在《超声作用对含水多孔射气介质氡析出的实验研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着核电的快速发展,铀资源需求的增大,我国加快了铀矿井深部开采速度。铀矿井深部开采地温升高,地压力增大将导致铀矿岩应力发生变化产生次裂缝,并伴随超声波声发射。国内外对铀矿井深部开采时因应力变化导致岩石破裂前氡异常现象及其规律的研究甚少。根据以上情况,在充分学习国内外关于氡监测以及岩石在超声作用下氡析出规律的基础上,依托于国家自然科学基金项目《叁差耦合的深部铀矿井氡析出机理与排氡风量计算模式的研究》,本文设计一套超声作用下含水多孔介质氡测量的实验装置,主要研究超声作用以及含水率对介质氡析出的影响程度。为我国不同水文地质条件下铀矿山防氡排氡设计提供一定的理论基础。本论文主要研究内容如下:(1)根据相似性准则,将铀矿石抽象为多孔射气介质,自行设计、搭建了超声作用下多孔射气介质氡析出的实验装置,并分析多孔射气介质的镭含量、含水率等。(2)根据试验结果,计算出试块的氡析出率,分析超声作用对多孔射气介质氡析出影响程度,发现多孔射气介质在超声作用下氡析出的提升率随施加超声功率增加而增加,呈线性正相关。(3)根据计算结果,分析含水率对多孔射气介质氡析出的影响程度,发现多孔射气介质的氡析出率随介质的含水率呈先增大后降低的趋势。(4)不同含水率试块中的氡析出对超声作用的反馈存在较大差异,600W超声波对饱和水试块氡析出率的提升率为84.05%,自然风干试块的次之为57.78%,完全干燥试块的最低43.83%。
朱景良[9]2004年在《氡气测量和测氡仪器的标定技术研究》文中认为众所周知，氡已经成为热点话题。尤其是氡及其子体对人类健康造成的影响，已经引起广泛关注。氡气及其子体的测量是一个涉及核科学、电子科学技术、地球科学、环境科学和放射性医学等多学科领域的复杂问题。 本论文从氡气及其子体的测量入手，介绍几种常见的氡气测量方法以及测氡仪器，通过对积累的大量不同试验条件下的环境氡浓度数据分析，得出了环境空气中氡浓度变化的一般规律。 建立了相应的实验设施——小型氡室系统。通过大量的实验和对测氡仪器标定，摸索出了测氡仪器标定的一些有益的理论。实践证明，在密封状态良好时，此简易的小型氡室系统可以做到非恒定浓度的测氡仪器标定，效果较为理想。 以此理论和实验为基础，为研制中型氡室系统积累了相应的技术条件。在氡源的选择，氡室结构，氡浓度控制，氡浓度监测，氡室各种性能及其评价等各个方面都给出相应理论研究和设计。 最后通过中型氡室系统的试运行，研究了氡室废气排放与环境之间的关系。实验证明，氡室的废气排放对环境仅仅造成微弱的影响，并提出了进一步降低其影响的解决方案。
张炜[10]2012年在《覆岩采动裂隙及其含水性的氡气地表探测机理研究》文中指出本论文以工作面开采过程中覆岩采动裂隙及其含水性与氡气浓度之间的相关性为主要研究对象，采用理论分析、计算机数值模拟、实验室物理模拟试验及现场实证等研究方法，对覆岩采动裂隙及其含水性的氡气地表探测机理进行了研究。本论文主要研究成果如下：（1）尝试将氡气的地球物理化学特性应用于采矿工程领域，首次将放射性测量方法引入到地下煤炭开采覆岩采动裂隙动态发育过程及其含水性方面的探测，进一步拓宽了氡气探测技术的应用领域。（2）首次建立了更加符合采矿实际地质情况的地下多层均匀多孔介质中氡气运移数理模型，对地下多层均匀多孔介质中氡气运移规律进行了分析。同时，进一步建立了异常气象条件下地下多层均匀多孔介质中氡气运移数理模型，对异常气象条件下地下多层均匀多孔介质中氡气运移规律进行了分析。（3）使用大型叁维实体模型设计软件Pro/Engineer Wildfire4.0设计并研制出了国内首个覆岩采动裂隙及其含水性的氡气地表探测综合试验系统。该综合试验系统主要由可调节二维/叁维物理模拟试验台架、氡气输出装置和KJD-2000R连续测氡仪等几大部件组成，具有拆装简便，物理模型铺设方便，在同一物理模拟试验台架上可快速实现二维或叁维物理模拟试验等优点，克服了传统探测方法物理模拟试验系统复杂和笨重的缺点。（4）物理模拟试验结果表明，工作面超前影响范围内的采动裂隙能够给氡气提供良好的运移通道，氡气浓度变化趋势较为明显，氡气对覆岩层内的采动裂隙反应较为敏感，能够及时地反映采动裂隙的动态发育状态，二者之间具有较好的相关性。同时，含水层对氡气在覆岩层中运移影响十分明显，氡气在运移过程中能够以一定的饱和度溶解于含水层中，在溶解到达饱和后，能够沿着覆岩层中的采动裂隙继续向上运移至地表。（5）浅埋与深埋两种不同地质条件下氡气地表探测现场实证结果表明，工作面开采过程中对应地表的采动裂缝动态发育状况与氡气浓度变化特征之间具有较好的相关性，进一步验证了氡气地表探测的可行性。提出了氡气异常系数的概念，并以此作为工作面开采过程中覆岩层中基本顶破断氡气地表探测预测指标，初步确定了可以判断基本顶发生破断的氡气异常系数临界值。
参考文献：
[1]. 氡及其子体的释放和运移规律及机理研究[D]. 乐仁昌. 成都理工大学. 2001
[2]. 松散煤体中放射性氡多角度扩散实验系统研制及应用[D]. 王辉. 西安科技大学. 2015
[3]. 氡释放的实验研究和机理探讨[D]. 李晓刚. 太原理工大学. 2005
[4]. 受载煤岩破裂过程氡析出规律研究[D]. 李恩福. 河南理工大学. 2015
[5]. 氡及其子体运移模拟及可视化系统开发[D]. 蔡思静. 福建师范大学. 2008
[6]. 煤地下自燃时覆岩中氡气运移规律及应用研究[D]. 王俊峰. 太原理工大学. 2010
[7]. 煤层火源探测氡异常值分析处理技术研究[D]. 李昂. 西安科技大学. 2008
[8]. 超声作用对含水多孔射气介质氡析出的实验研究[D]. 刘凯旋. 南华大学. 2017
[9]. 氡气测量和测氡仪器的标定技术研究[D]. 朱景良. 成都理工大学. 2004
[10]. 覆岩采动裂隙及其含水性的氡气地表探测机理研究[D]. 张炜. 中国矿业大学. 2012