松散煤体自然发火过程氡析出及运移规律

文虎^1,2，程小蛟^1,2，许延辉^1,2，马砺^1,2，郭军^1,2，姜希印³，王保齐³，简俊常³

1. 西安科技大学安全科学与工程学院2. 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室3. 兖州煤业股份有限公司

摘 要：火源精准探测一直是煤火灾害防治方向的世界性难题,而同位素测氡是火源精准探测的主要研究方法。为了解采空区火源位置分布及发火情况,基于煤自然发火实验台研究松散煤体发火过程中氡析出及运移规律。为减小测氡过程对自然发火实验影响,设计局部气体循环系统,控制实验取气量,获得松散煤体自然发火过程中氡活度浓度沿轴线分布规律;通过数据筛选及统计分析,获得同一温度条件下氡活度浓度沿轴线分布规律;根据氡活度浓度分布理论,推导实验台轴线方向氡分布方程;基于同一温度条件下氡活度浓度沿轴线分布规律及氡分布方程,获得松散煤体自然发火过程中氡的运移规律,确定真实反映氡析出与煤温关系的节点位置;通过松散煤体单元划分及氡析出理论分析,推导松散煤体氡析出随发火时间的对应关系;基于实验分析和理论推导,获得氡析出与发火时间的变化规律。结果表明:松散煤堆自然发火过程中,沿轴线方向松散煤体内氡运移主要以渗流为主,当T_max<50℃时,渗流影响范围为0<L<175 cm,其中L为与进风口的距离;当T_max≥50℃时,渗流影响范围减小为0<L<125 cm,多种运移方式耦合作用范围为125<L<175 cm,可为采空区发火位置判断提供依据;在一定温度范围内,氡析出随煤温升高呈指数增长,且存在临界温度值,可为松散煤体发火程度判断提供依据。

关键词：松散煤体;自然发火;氡析出;氡运移;火源探测;