[发明专利]一种模拟地气传输氡的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体是一种模拟地气传输氡的实验装置。

背景技术

矿井火灾是煤矿生产活动中的主要自然灾害之一，矿井火灾会损毁大量煤炭资源 以及矿井设备，严重威胁井下人员的生命安全。因此，矿井火灾的防治是矿井安全生产的前 提。其中，火源位置的精确探测又是矿井火灾治理的关键。目前，国内外煤炭自燃火源探测 的主要方法有：温度(辐射能量)法、红外测定法、煤或围岩温度测定法、磁探法、电阻率法、 气体测量法、无线电波法、地质雷达探测法、遥感法、计算机数值模拟法以及同位素测氡法 等。

氡的迁移主要是在地气作用条件下发生的，依据的基本原理是：当地下煤层发生 自燃时，煤岩介质中天然放射性氡随着温度升高，其析出率会增加。而地球深部又存在的自 由上升的迁移气体流，气体流在上升过程中，会运载包括氡气在内的不同相物质到达地表。 通过测定地表氡的含量，可定位发生煤炭自燃的位置。

地气理论能够很好的解释氡的长距离运移现象，该理论包括以下特点：

（1）微弱气流的广泛赋存

气体在地质活跃区和稳定区穿过断层和孔隙向上的微弱流动是一个普遍存在的现象， 并且在地球排气的过程中起着重要作用。

（2）多组分气体的构成

地气是由原生成分（载气：CO2、CH4、N2）和次生成分（稀有气体：He、Rn）构成的混合气 体。

（3）气体快速向上流动。

载气的快速运移是由于：①在压力作用下连续气相流体流经干裂缝；②在压力作 用下连续气相流体在渗透裂缝中取代水；③含水土层和含水裂缝中气泡的浮力作用。

（4）气泡的流动。

当微弱的地气流经地下水时就会形成气泡流。气泡可以在不同的地质环境中流 动。气泡的运移已经经过实验和理论证明是一种快速的气体运移机理。

（5）由地气泡产生的物质传输。

气泡可以承载示踪元素并携带其向上运移很长距离。该物质传输可以通过以下四 个物理机理发生：浮选、水-气界面上的表面活性成分、浮质传输以及载气中溶解的挥发性 成分的传输。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够验证地气对传输氡的影响，对日后地下火源位置 探测的精确性有很好指导作用的模拟地气传输氡的实验装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模拟地气传输氡的实验装置，包括气瓶、加热装置、阀门、气压流量表、输气管线、 塑料颗粒层、铀矿石层、氡探测仪、法兰盘、隔网、同轴电缆、顶盖、内筒、外筒和保温层，所述 内筒的上下两端固定设置法兰盘，多个内筒通过法兰盘连接构成模拟装置本体，相邻两个 内筒的连接处设置隔网，所述内筒的外部依次设置保温层和外筒，所述模拟装置本体的顶 部密封连接顶盖，模拟装置本体的底部通过密封板密封，模拟装置本体的底部通过输气管 线连接气瓶，而输气管线上设置加热装置、阀门和气压流量表；所述模拟装置本体的底部和 密封板之间自上而下设置铀矿石层和塑料颗粒层，所述模拟装置本体中每个内筒内部的底 部、中部和顶部分别设置氡探测仪，且每个探测仪内的光电二极管通过同轴电缆相互连接。

作为本发明进一步的方案：所述隔网为黄铜网。

作为本发明进一步的方案：所述保温层的材料为岩棉。

作为本发明进一步的方案：所述内筒和外筒之间设置温度计。

作为本发明进一步的方案：所述气瓶为二氧化碳储存瓶，即以二氧化碳作为实验 载气。

作为本发明进一步的方案：所述铀矿石放置在密封的聚乙烯袋中。

作为本发明进一步的方案：所述氡探测仪主要由光电二极管、放大器、绝缘填充材 料、聚乙烯管和铜管，铜管外部套有聚乙烯管，铜管和聚乙烯管的两端分别为关闭结构和敞 开结构，其中铜管和聚乙烯管之间的间隙内填充绝缘填充材料，铜管的内部填充绝缘填充 材料，所述光电二极管设置在铜管的内部，光电二极管连接放大器，每个氡探测仪前端的放 大器与同轴电缆的一端相连接。

作为本发明进一步的方案：所述氡探测仪均通过同轴电缆连接分析仪。

作为本发明进一步的方案：所述加热装置由一个金属柱体构成，金属柱体内部连 接有电组丝或者热电偶，载气进入后被加热到恒定温度，加热后的载气进入到模拟装置本 体内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：