煤地下自燃時覆巖中氡氣運移規(guī)律及應(yīng)用研究.pdf

1、煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源和重要原料，是不可再生資源。煤炭自燃嚴(yán)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(zāi)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(shù)已在自然發(fā)火嚴(yán)重的礦井進行了應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)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(chǔ)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(fēng)強度下煤自燃的全過程，以及氡在不同射氣介質(zhì)、構(gòu)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(guān)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(biāo)志氣體與氡析出的關(guān)系；分析了自燃過程中各層位高溫區(qū)域與時間的關(guān)系及中心測點高溫區(qū)域與層位的關(guān)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(yīng)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(zāi)中氡氣探測的現(xiàn)場觀測研究。給出了地面測氡技術(shù)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(guān)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