煤地下自燃時覆巖中氡氣運移規(guī)律及應用研究.pdf

1、煤炭是我國重要的基礎能源和重要原料，是不可再生資源。煤炭自燃嚴重威脅著礦井的安全生產(chǎn)，而且造成資源大量浪費。然而，煤層自燃火災發(fā)生于地下數(shù)百米深處，由于人員無法靠近以及火源的隱蔽性，給防滅火工作帶來了巨大的困難。因此，自燃火源位置的精確探測一直是煤礦安全生產(chǎn)中的重大難題之一，也是一項世界性難題。地面同位素測氡法探測火源位置作為一種行之有效的技術已在自然發(fā)火嚴重的礦井進行了應用，但沒有形成一個完善的理論；因此，深入研究煤地下自燃時覆巖中氡

2、的運移規(guī)律及其影響因素，可進一步提高同位素測氡法探測煤層自燃火源位置的精度，可有效地解決礦井防滅火火源位置探測這一關鍵技術，具有重要的科學意義和應用價值。
　　 本文通過分析氡運移規(guī)律的影響因素，得出了自燃煤層覆巖中氡運移的基本原理，借助自行研制的國內(nèi)外最大的煤自燃與測氡實驗臺，通過實驗研究、理論分析、數(shù)值模擬、以及現(xiàn)場探測的方法，對煤地下自燃時覆巖中氡遷移機理、不同溫度下和不同深度處氡的析出特征、不同地表條件下現(xiàn)場實際探測分析

3、、以及對自燃煤層開采過程中采空區(qū)自燃危險區(qū)域模擬,結(jié)合地表探測分析氡的異常區(qū)域進行了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴自燃煤層覆巖中氡異常形成的機理。從氡的產(chǎn)生、性質(zhì)和來源入手，分析了煤自燃對覆巖中氡的影響，結(jié)合“geogas”理論的特點，提出了自燃煤層覆巖中氡異常形成的機理。
　　 ⑵煤自燃與測氡實驗臺的研制。在分析煤自燃過程中覆巖中氡的遷移機理基礎上，研制了國內(nèi)外自動化程度最高的煤自燃與測氡實驗臺。該實驗

4、裝置可模擬不同粒度、不同漏風強度下煤自燃的全過程，以及氡在不同射氣介質(zhì)、構造條件下的析出規(guī)律。
　　 ⑶煤自燃生成氣體與氡析出的相關性及實驗臺溫度場的實驗研究。通過煤自燃實驗，得出煤自燃的特征溫度及各特征溫度下的標志氣體與氡析出的關系；分析了自燃過程中各層位高溫區(qū)域與時間的關系及中心測點高溫區(qū)域與層位的關系和特點，為研究煤地下自燃時布置覆巖中測氡點的位置提供了參考。
　　 ⑷煤自燃時覆巖中氡運移的實驗研究。應用實驗臺研究

5、了不同射氣介質(zhì)在煤自燃過程中氡的析出規(guī)律，得出不同孔隙率、不同溫度以及不同位置及深度對氡析出率的影響及程度。
　　 ⑸礦井自燃火災中氡氣探測的現(xiàn)場觀測研究。給出了地面測氡技術探測自燃火源的探測工藝及野外原始數(shù)據(jù)的有效取值、分析方法；通過對4個典型條件下的現(xiàn)場探測，結(jié)合實際滅火工程效果，得出典型條件下地表氡異常與煤地下自燃的相互關系，為同類條件下的探測提供參考依據(jù)。
　　 ⑹采空區(qū)自燃危險區(qū)域數(shù)值模擬及上覆地表氡的析出規(guī)律