CN105510205A - 一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置，该装置包括底座，底座上设有迁移通道模块，迁移通道模块包括双层密封迁移管体，迁移管体包括内管和外管，内管中装填有煤岩体；迁移管体上沿轴向均匀设有至少一个测气管，测气管与多通道测氡气相色谱仪连接。该装置还包括角度控制模块、温度控制模块和气体输送模块。本发明不仅能够对迁移参数进行实时的采集，而且最大程度地模拟了氡在矿井下迁移的实际环境，充分考虑了影响氡迁移的多种因素，确保采集的氡在煤岩体多孔介质中的迁移参数具有较好的科学性和实用性，提高了测氡法探测煤层隐蔽火源位置的探测精度。

Description

一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置

技术领域

本发明涉及采集放射性物质迁移参数技术领域，具体涉及一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置。

背景技术

煤炭作为世界经济和社会发展的重要能源之一，因此煤炭的安全开采至关重要。由于煤炭在满足一定条件时会自燃，且煤层火灾隐蔽性强，很难准确判定高温自燃区域的位置，导致采用的防灭火技术手段缺乏针对性，难以有效的控制和防治煤层自燃，浪费了大量能源资源，所以，研究煤层自燃高温区域位置的探测技术对煤炭自燃的预防和治理有积极作用。同位素测氡法作为一种有效探测隐蔽火源位置的技术，在国内外各大矿区已进行了成功应用，是当前比较成熟的煤层自燃火源位置探测技术。因此对氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的研究分析，可提高对煤层隐蔽火源位置的探测精度，对预防和治理煤层火灾具有重大意义。

目前，用于采集氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的装置，主要用来单纯测量氡在煤岩体多孔介质中的浓度分布，而且在采集时是利用活性炭吸附来实现的，而不是实时采集的，因此采集的氡的浓度参数会存在一定的误差。并且，现有技术中的装置通常只考虑氡在煤岩体多孔介质中的浓度分布，而并未充分考虑影响氡在煤岩体多孔介质中迁移的其他因素，如煤质、岩质、土质、温度、湿度、粒径、迁移方向、其它气体对氡迁移的影响等因素，使得采集的氡在煤岩体多孔介质中的迁移参数不具有较好的科学性和实用性，故利用测氡法探测煤层隐蔽火源位置具有一定的不确定性。

发明内容

本发明提供一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置，以解决现有技术中采集装置采集的迁移参数不具有较好的科学性和实用性的问题。

本发明提供一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置，所述装置包括底座，所述底座上设有迁移通道模块，所述迁移通道模块包括双层密封迁移管体，所述迁移管体包括内管和外管，所述内管中装填有煤岩体；所述迁移管体上沿轴向均匀设有至少一个测气管，其中所述测气管的一端位于所述内管内部，另一端延伸出所述外管外部后与多通道测氡气相色谱仪连接。

作为本发明的优选方式，所述迁移管体的上端和下端分别设有用于测量所述煤岩体温度的温度显示计。

作为本发明的优选方式，所述迁移管体的上端和下端分别设有用于测量气体压力的压力显示计。

作为本发明的优选方式，所述装置还包括角度控制模块，所述角度控制模块包括竖杆，所述竖杆的底端固定，所述竖杆的顶端设有定滑轮，所述竖杆的下部连接有钢丝绳，所述钢丝绳的另一端绕过所述定滑轮后与所述迁移管体的顶端连接，所述迁移管体的下部通过两个对称设置的旋转轴承设置在所述底座上。

作为本发明的优选方式，所述装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块包括温度控制箱，所述温度控制箱内设有自整定PID温度调节器、温度显示仪表和硅油循环控制系统；所述自整定PID温度调节器用于控制所述硅油循环控制系统内硅油的温度，所述温度显示仪表用于显示所述硅油的温度，所述硅油循环控制系统的输出管路和输入管路分别与设置在所述迁移管体顶端的硅油进口和设置在所述迁移管体底端的硅油出口连接。

作为本发明的优选方式，所述装置还包括气体输送模块，所述气体输送模块包括气瓶，所述气瓶的输气管路与设置在所述迁移管体底端的进气口连接，所述迁移管体的顶端对应设有出气口，所述进气口处和所述出气口处均设有控制开关阀，所述输气管路上还设有流量显示计。

作为本发明的优选方式，所述气瓶中存储的气体为空气、一氧化碳、二氧化碳或甲烷中的一种或几种。

作为本发明的优选方式，所述内管的底部还装有代表氡源的铀矿石。

作为本发明的优选方式，所述测气管之间的间隔距离为50mm。

本发明提供的氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置，不仅能够对迁移参数进行实时的采集，而且最大程度地模拟了氡在矿井下迁移的实际环境，充分考虑了影响氡迁移的多种因素，如煤质、岩质、土质、温度、湿度、粒径、迁移方向、其它气体对氡迁移的影响等因素，确保采集的氡在煤岩体多孔介质中的迁移参数具有较好的科学性和实用性，提高了测氡法探测煤层隐蔽火源位置的探测精度。另外，本发明提供的装置结构简单，稳定安全，且易于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置的另一结构示意图。

其中，1、底座，2、气瓶，3、输气管路，4、钢丝绳，5、竖杆，6、定滑轮，7、硅油进口，8、出气口，9、控制开关阀，10、法兰，11、测气管，12、压力显示计，13、温度显示计，14、测氡管路，15、测氡气相色谱仪，16、输出管路，17、温度控制箱，18、输入管路，19、流量显示计，20、进气口，21、硅油出口，22、铀矿石，23、旋转轴承，24、挡板，25、外管，26、内管，27、硅油，28、煤岩体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置，该装置可采集氡在煤岩体多孔介质中迁移后的浓度值，而氡的浓度值是一种非常重要的迁移参数。该装置充分考虑了影响氡迁移的多种因素，如煤质、岩质、土质、温度、湿度、粒径、迁移方向、其它气体对氡的迁移的影响等因素，最大程度地模拟了氡在矿井下迁移的实际环境。

参照图1和图2所示，该装置包括一个底座1，该底座1内部中空，下部为一个水平基座，整个底座1由水泥和砖块砌成，具有较好的稳定性。为模拟氡在矿井下的煤岩体多孔介质中进行迁移的实际环境，底座1上设有迁移通道模块。具体地，迁移通道模块包括双层密封迁移管体，包括内管26和外管25，内管26中填充有煤岩体28，填充的煤岩体28为煤、岩石及土等多孔介质的混合物，内管26的底部还装有代表氡源的铀矿石22。该迁移管体采用不锈钢无缝钢管，内管26和外管25在两端处通过连接有法兰10来进行密封，可有效防止氡泄露。位于顶端的法兰10上设有出气口8，位于底端的法兰10上对应设有进气口20。迁移管体顶端位于法兰10的附近处设有硅油进口7，其底端位于法兰10的附近处对应设有硅油出口21。

氡在煤岩体多孔介质中发生迁移后，为了可以实时测得氡在迁移管体各浓度采集处的浓度值，迁移管体上沿轴向均匀设有至少一个测气管11，各个测气管11之间的间隔距离优选为50mm。其中，测气管11的一端位于内管26内部，另一端延伸出外管25外部后与多通道测氡气相色谱仪15连接，多个测气管11分别通过测氡管路14与测氡气相色谱仪15连接，从而可以实时得到氡在迁移管体各采集处的浓度值。

同时，为了进一步测得各温度采集处的煤岩体的温度，以及各压力采集处的气体压力，迁移管体的上端和下端均分别设有温度显示计13和压力显示计12。

进一步地，为了最大程度地模拟氡在矿井下迁移的实际环境，本发明实施例提供的一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置中，还包括角度控制模块、温度控制模块和气体输送模块。

具体地，角度控制模块包括竖杆5，该竖杆5的底端固定，顶端设有定滑轮6，竖杆5的下部还设有钢丝绳4，钢丝绳4的另一端绕过定滑轮6后与迁移管体的顶端连接。对应地，迁移管体的下部通过两个对称设置的旋转轴承23设置在底座1上，因此迁移管体可绕着该旋转轴承23旋转，进一步可通过收放钢丝绳4将迁移管体放置倾斜到一定状态，不仅可以模拟氡在竖直方向的迁移，还可以模拟氡在水平方向及其他方向的迁移。另外，底座1的上端还设有挡板24，该挡板24的两端固定在底座1的两侧，可以防止迁移管体在竖直状态时发生旋转，从而可使迁移管体保持竖直状态。

温度控制模块包括温度控制箱17，温度控制箱17内设有自整定PID温度调节器、温度显示仪表和硅油循环控制系统，其中自整定PID温度调节器可以控制硅油循环控制系统内硅油27的温度，而温度显示仪表可以显示硅油循环控制系统内硅油27的温度。硅油循环控制系统的输出管路16和输入管路18分别与设置在迁移管体顶端的硅油进口7和设置在迁移管体底端的硅油出口21连接，硅油27通过硅油进口7流入内管26和外管25之间的密闭腔体，再经由硅油出口21流入温度控制箱17内，形成闭合回路。利用自整定PID温度调节器可以将硅油27设置成所需的温度，从而温度控制模块可以控制内管26中煤岩体28的温度，这样可使内管26中的煤岩体28具有不同的温度，因此可有效模拟氡在矿井下迁移的温度环境因素。

气体输送模块包括气瓶2，该气瓶2设置在底座1外部，气瓶2的输气管路3与设置在迁移管体底端的进气口20连接，迁移管体的顶端对应设有出气口8，进气口20处和出气口8处均设有控制开关阀9。打开进气口20处的控制开关阀9后，气瓶2中的气体会通过进气口20持续地进入内管26中，内管26中的气体会进一步通过出气口8释放出去。输气管路3上还设有流量显示计19，通过流量显示计19可控制单位时间内气体的流量，该输气管路3采用不锈钢气路软管。气瓶2内存储的气体为空气、一氧化碳、二氧化碳或甲烷中的一种或几种，这几种气体均为矿井下常见的气体，因此可有效模拟氡在矿井下迁移的气体环境因素。

利用本发明实施例提供的上述装置进行迁移参数采集时，先通过收放钢丝绳4将迁移管体放置倾斜到一定角度，打开顶端的法兰10，先将铀矿石22放入内管26中，再将特定粒径、湿度及质地的煤岩体28填充到内管26中，然后固定好顶端的法兰10，最后利用钢丝绳4将迁移管体调整到所需的竖直状态、水平状态或其他具有一定角度的倾斜状态。在温度控制箱17内将硅油27设置成所需的温度后，打开硅油循环控制系统，使硅油27流入内管26和外管25之间的密闭腔体中。在气瓶2中存储选自空气、一氧化碳、二氧化碳或甲烷中的一种或几种气体，并通过流量显示计19设置单位时间内气体的流量，分别打开进气口20处和出气口8处的控制开关阀9，气瓶2内的气体以一定的速度流入内管26中，并在处于内管26和外管25之间的硅油的作用下保持所需的温度。随着气瓶2内的气体持续进入内管26中，内管26中的气体会进一步通过出气口8释放出去。当气瓶2内不再有气体流入内管26时，将进气口20处的控制开关阀9关闭。待氡在内管26中的煤岩体28中迁移稳定后，测试各个测气管11附近的氡的浓度值，以及此时迁移管体上端处和下端处的煤岩体28的温度值和气体压力值。

每次进行实验时，需要先设置不同的实验条件，包括选取煤岩体中的煤质、岩质及土质，煤岩体的粒径、湿度和温度，氡的迁移方向以及其他气体对氡迁移的影响等，从而最大程度地模拟了氡在矿井下迁移的实际环境，确保了各种实验条件下氡的浓度值的科学性和实用性。由于氡在煤岩体多孔介质中迁移后的浓度值是非常重要的迁移参数，因此根据获得的各种实验条件下的氡的浓度值数据，再结合渗流理论、扩散理论及团簇理论等多种理论，可计算出氡迁移的渗流速度、团簇速度、各迁移理论的作用比例，进一步可得出氡在煤岩体中的三维空间的分布规律，完善了氡的迁移机理，提高了测氡法探测煤层隐蔽火源位置的探测精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氡在煤岩体多孔介质中迁移参数的采集装置，其特征在于，所述装置包括底座，所述底座上设有迁移通道模块，所述迁移通道模块包括双层密封迁移管体，所述迁移管体包括内管和外管，所述内管中装填有煤岩体；所述迁移管体上沿轴向均匀设有至少一个测气管，其中所述测气管的一端位于所述内管内部，另一端延伸出所述外管外部后与多通道测氡气相色谱仪连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述迁移管体的上端和下端分别设有用于测量所述煤岩体温度的温度显示计。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述迁移管体的上端和下端分别设有用于测量气体压力的压力显示计。

4.根据权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括角度控制模块，所述角度控制模块包括竖杆，所述竖杆的底端固定，所述竖杆的顶端设有定滑轮，所述竖杆的下部连接有钢丝绳，所述钢丝绳的另一端绕过所述定滑轮后与所述迁移管体的顶端连接，所述迁移管体的下部通过两个对称设置的旋转轴承设置在所述底座上。

5.根据权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块包括温度控制箱，所述温度控制箱内设有自整定PID温度调节器、温度显示仪表和硅油循环控制系统；所述自整定PID温度调节器用于控制所述硅油循环控制系统内硅油的温度，所述温度显示仪表用于显示所述硅油的温度，所述硅油循环控制系统的输出管路和输入管路分别与设置在所述迁移管体顶端的硅油进口和设置在所述迁移管体底端的硅油出口连接。

6.根据权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气体输送模块，所述气体输送模块包括气瓶，所述气瓶的输气管路与设置在所述迁移管体底端的进气口连接，所述迁移管体的顶端对应设有出气口，所述进气口处和所述出气口处均设有控制开关阀，所述输气管路上还设有流量显示计。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气瓶中存储的气体为空气、一氧化碳、二氧化碳或甲烷中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内管的底部还装有代表氡源的铀矿石。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测气管之间的间隔距离为50mm。