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地震-降雨作用下铀尾矿库滩面氡析出响应规律研究

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矿业研究与开发 2022年第4期42卷 133-139页

作者：洪昌寿张站源戴兴旺陈逸凡陈艳林东颖陈振兴刘永李向阳汪弘南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳市421001 湖南省铀尾矿库退役治理技术工程技术研究中心湖南衡阳市421001 铀矿冶放射性控制技术湖南省工程研究中心湖南衡阳市421001

受地震和降雨的影响,对我国南方铀尾矿库滩面氡析出规律研究十分重要。选取我国南方某铀尾矿库的铀尾砂样品,制备了1.0 m×1.0 m×0.8 m分层压实的铀尾矿库滩面缩尺模型,运用自主研制的大型自然灾害综合模拟试验装置,探究了地震-降雨作... 详细信息

受地震和降雨的影响,对我国南方铀尾矿库滩面氡析出规律研究十分重要。选取我国南方某铀尾矿库的铀尾砂样品,制备了1.0 m×1.0 m×0.8 m分层压实的铀尾矿库滩面缩尺模型,运用自主研制的大型自然灾害综合模拟试验装置,探究了地震-降雨作用下铀尾矿库滩面氡析出率的变化规律。试验结果表明,在模拟地震峰值加速度一定的条件下,随模拟降雨量的增加,红土覆盖层表面裂隙的发育、扩张愈发明显;覆盖层表面氡析出率呈现出先降后升的趋势,在模拟降雨量为中雨(12.5 mm/24 h)时达到最低;通过灰色关联分析可知,降雨量较地震峰值加速度对表面氡析出率的影响更大。因此,合理设计铀尾矿库滩面排洪系统并严格落实滩面防洪措施显得更为重要。

关键词：铀尾矿库地震-降雨作用氡析出灰色关联分析

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花岗岩氡析出的岩石学因素影响研究

花岗岩氡析出的岩石学因素影响研究

作者：龙淑琴南华大学

学位级别：硕士

随着社会发展,人类对生存环境质量越来越重视。源于自然界的氡对人体的危害受到广泛关注。该论文选择与人类生产生活中接触较多的花岗岩作为研究对象,对花岗岩中的镭活度、岩石化学成分、矿物组成及岩石风化程度等岩石特性与氡析出率之... 详细信息

随着社会发展,人类对生存环境质量越来越重视。源于自然界的氡对人体的危害受到广泛关注。该论文选择与人类生产生活中接触较多的花岗岩作为研究对象,对花岗岩中的镭活度、岩石化学成分、矿物组成及岩石风化程度等岩石特性与氡析出率之间的关系进行了分析研究,获得了花岗岩氡析出的规律,为人居环境和地下工程中的氡防护及氡潜势预测提供新的理论依据。主要结论如下:(1)镭活度与氡析出率表现出线性正相关,并且在0.05的水平上达到相关性显著。不同的是镭活度与氡析出率表现出的相关性低于前人的一些研究结果,这可能与镭活度和氡析出率测量方法中样品的性状不同导致总镭活度和有效镭活度之间存在差异有关。(2)氡析出率与AlO含量在0.01水平呈线性负相关显著,而与Si O呈线性正相关度最高。对相关主量元素进一步分析,主量元素与镭活度的相关度不高,因此与氡析出率呈相关性受镭活度的影响较小,影响程度甚至小于铀含量。因此,主量元素表现出的相关性可能与其组成的岩石矿物铀镭含量或者含铀矿物的岩石化学特征有关。(3)氡析出率与微量元素Ce、Gd、La、Nd、Pr、Sm、Th和U在0.01的水平上达到线性正相关显著,与Dy、Ge、Hf、In、Nb和Tb在0.05的水平上达到线性正相关显著。这种正相关可能与它们和铀镭的地球化学行为相似有关。其中微量元素Ce、Gd、La、Nd、Pr、Sm、Th、U、Ge、In、Nb和Tb与氡析出率的相关性高于镭活度与氡析出率的相关性,这主要与铀含量有关。铀含量与氡析出率的低相关性与镭活度相似,主要是因为不同测试方法中样品性状不同导致样品总铀含量和有效铀含量之间存在差异。铀含量与氡析出率的相关度高于镭活度主要是铀镭地球化学行为不同的结果。(4)矿物中石英和云母与氡析出率表现为线性正相关,钾长石和斜长石与氡析出率呈线性负相关。(5)将岩石风化指标(CIA、CIW、PIA和V)与相关花岗岩样品做风化程度与氡析出率研究发现,二者呈线性正相关,其相关性高于镭活度,在探讨块状花岗岩氡析出影响因素时岩石结构的影响可能更为重要。

关键词：氡析出花岗岩化学成分矿物成分风化程度

高温作用下含铀类花岗岩的损伤演化与氡析出规律研究

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高温作用下含铀类花岗岩的损伤演化与氡析出规律研究

作者：谭彪南华大学

学位级别：硕士

目前高放废物管理的优选策略是深地质处置,处置库的安全必须探讨各种复杂条件下地下围岩的性能变化规律。本文以高放废物处置库围岩(花岗岩)为研究对象,基于模型相似理论,在室内制备了含铀类花岗岩相似材料,研究了高温作用下类花岗岩试... 详细信息

目前高放废物管理的优选策略是深地质处置,处置库的安全必须探讨各种复杂条件下地下围岩的性能变化规律。本文以高放废物处置库围岩(花岗岩)为研究对象,基于模型相似理论,在室内制备了含铀类花岗岩相似材料,研究了高温作用下类花岗岩试样的形貌、物相组成、孔隙结构、纵波波速、力学性能、导热性能和氡析出的变化规律。论文的主要研究内容和结论如下:(1)本文基于模型相似原理,设计正交试验,采用铀尾砂、石英砂、微硅粉、精铁粉等材料,制备了类花岗岩试样。对试样的物理力学性能参数进行多元回归分析,确定了试样的最优配比:水灰比为0.28、砂胶比为1.19、微硅粉质量占比为0.11%、精铁粉质量占比为0.25%。(2)对试样进行不同温度的热处理,分析了试样的表观形貌、纵波波速和孔隙结构的变化情况。结果表明,随着温度的升高,试样的表面有一定脱落,微观结构变得松散,纵波波速逐渐减小,孔隙分布没有突变,但孔隙体积有一定程度的降低。(3)测试了热处理后试样的力学性能和导热性能。结果表明,随着温度的升高,试样的抗压强度、抗拉强度逐渐增大,抗压强度从72.01 MPa增加至91.10MPa,抗拉强度从2.15 MPa增加至4.60MPa;导热系数和热扩散系数逐渐减小,导热系数从2.467减小至1.639W/(m·k),热扩散系数从1.316减小至0.847 mm/s。(4)综合分析了热处理后试样的力学强度与孔隙体积、纵波波速、导热系数的相关关系。结果发现,随着温度的升高,试样的力学强度(抗压强度和抗拉强度)与孔隙体积、纵波波速、导热系数均呈线性负相关关系。(5)基于密闭腔体法,测量了热处理后试样的累积氡浓度,并计算了氡析出率、氡扩散长度和扩散系数。结果表明,随着温度的升高,试样的氡析出率、氡扩散长度和氡扩散系数均呈现先增大后减小的规律。在100℃时,氡析出率值达到最大,单面和双面的氡析出率分别为:0.00914 Bq·m·s和0.00460 Bq·m·s,在200℃时,氡析出率值达到最小,单面和双面的氡析出率分别为:0.00516 Bq·m·s和0.00272 Bq·m·s。(6)综合分析了热处理后试样的物理力学性能与氡析出率之间的关系。两者的关系可分为两个阶段:Ⅰ阶段(25～100℃),孔隙水主导阶段,试样的氡析出率与孔隙体积、纵波波速、导热系数呈负相关关系;Ⅱ阶段(100～200℃),孔隙结构主导阶段,试样的氡析出率与孔隙体积、纵波波速、导热系数呈正相关关系。

关键词：高温作用正交设计含铀类花岗岩热损伤氡析出

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采空区遗煤自燃过程氡析出规律实验模拟研究

采空区遗煤自燃过程氡析出规律实验模拟研究

作者：柳博聪内蒙古科技大学

学位级别：硕士

采空区遗煤自燃常发生于煤矿井下,自燃火源隐蔽,火区范围难以圈定,造成大量的煤炭资源浪费,严重影响了煤矿的安全生产。煤火问题已经成为危害我国能源战略安全的重大问题,圈定火区范围是煤矿火灾防治的首要任务。在众多地球物理勘探技术... 详细信息

采空区遗煤自燃常发生于煤矿井下,自燃火源隐蔽,火区范围难以圈定,造成大量的煤炭资源浪费,严重影响了煤矿的安全生产。煤火问题已经成为危害我国能源战略安全的重大问题,圈定火区范围是煤矿火灾防治的首要任务。在众多地球物理勘探技术中,地表同位素测氡法凭借其易操作、高效率、低成本的优势,被广泛应用于火区探测工作。但是受复杂地质构造及采掘的影响,其测量结果往往存在相对偏差。因此,研究燃烧区影响下氡的析出机理,探明井下氡浓度的分布及运移规律,提高同位素测氡技术探测精度,对保障煤矿安全生产具有重要意义。为探究采空区遗煤自燃引起的温度变化与氡析出量的关系,查明燃烧区上方含有不同异常构造对氡浓度分布及运移的影响,本文依据氡析出理论以及外界因素对氡析出的影响机制,采用理论计算研究与实验室模拟实验相结合的方法,结合自行构建的采空区遗煤自燃模拟实验系统,借助测氡仪、智能化伽玛辐射仪等设备分析采空区遗煤自燃过程中氡浓度、γ射线强度等变化情况,对上覆不同地质环境下氡析出规律进行研究。本文研究工作得到的主要结论概述为以下几点:(1)地表氡测量实验中,燃烧区地表氡浓度随着温度的升高先缓慢上升后急剧增长,突变温度为110～130℃;γ射线强度随着温度的升高逐渐增大,温度超过110℃时,最大值点向模拟燃烧区靠拢;在无异常状态下,氡浓度变化与γ射线强度变化呈正相关。(2)燃烧区温度小于110℃时,随着温度不断升高至临界值,含有不同异常的燃烧区地表氡浓度缓慢上升后趋于平衡,异常体和老窑水周围的γ射线强度快速上升后趋于稳定;温度突破110℃时,异常体的影响快速下降,两类异常的氡浓度差较大;温度接近最高温度150℃时,燃烧区上方平均氡浓度趋近一致。(3)燃烧区温度在50～130℃时,顶底板破碎的空区对氡析出及运移的影响最小,浅埋空区对氡的影响随温度的升高逐渐降低;温度接近130℃时,含深埋空区的燃烧区地表氡浓度上升,但其对氡析出的影响依然弱于浅埋空区;温度大于130℃时,浅埋空区对氡的影响降至最低,顶底板完好的空区对氡的影响作用近似于固态异常体,顶底板破碎的空区始终对氡的运移造成影响,顶板完好底板破碎的深埋空区影响力最大,地表氡浓度始终较低。

关键词：采空区氡析出遗煤自燃同位素测氡伽马射线测量

氧化升温过程中煤岩介质体氡析出特性实验研究

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煤炭学报 2020年第S02期45卷 859-866页

作者：周斌周文强董智宇王俊峰太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

采空区隐蔽火源位置的精准探测一直是煤火灾害防治的重大难题之一,也是保证灭火效果的关键所在。作为一种行之有效的火源探测技术,同位素测氡法已在多个自然发火严重矿区得到了应用。采空区氡气主要来源于煤自燃及其高温影响范围内岩体... 详细信息

采空区隐蔽火源位置的精准探测一直是煤火灾害防治的重大难题之一,也是保证灭火效果的关键所在。作为一种行之有效的火源探测技术,同位素测氡法已在多个自然发火严重矿区得到了应用。采空区氡气主要来源于煤自燃及其高温影响范围内岩体的氡气析出,因此深入研究自燃过程中煤岩介质体氡析出特性将对完善探测理论,提高采空区隐蔽火源精准定位具有重要意义。本文在分析煤岩体氡析出机理的基础上,对氧化升温过程中长焰煤及4种常见沉积岩石的氡析出规律进行了研究。结果表明,相同温度下,煤体氡气析出量随时间延长呈对数形式增加。随着温度上升,煤中氡气析出与温度之间呈现出良好的正相关关系,温度越高,氡析出量越大。受自身岩性差异影响,4种沉积岩石在整个升温过程中表现出了不同的氡析出特性。灰岩和砂岩在整个升温过程中氡析出量较小,而页岩和泥岩的氡析出量较大。根据煤岩介质体氡析出变化的特征温度,可将采空区氡气源形成划分为3个阶段:Ⅰ阶段(30~100℃),受水分蒸发影响,氡气主要与煤体、页岩及泥岩等含水量较大的煤岩体氡析出有关;Ⅱ阶段(100~200℃),氡气源主要来源于煤体和泥岩内部氡气的运移;Ⅲ阶段(200~300℃),煤体发生热解,内部封闭孔隙空间内氡气析出是采空区氡气的主要来源。

关键词：采空区煤自燃氡射气氡析出火源探测

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松散煤体自然发火过程氡析出及运移规律

煤炭学报 2019年第9期44卷 2816-2823页

作者：文虎程小蛟许延辉马砺郭军姜希印王保齐简俊常西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 兖州煤业股份有限公司山东邹城272072

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... 详细信息

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Tmax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

水浸颗粒堆积型射气介质氡析出规律的理论研究

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原子能科学技术 2016年第9期50卷 1721-1728页

作者：叶勇军赵娅利代鑫涛冯胜洋郭倩张运峰南华大学环境保护与安全工程学院湖南衡阳421001 南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室湖南衡阳421001

铀尾矿库和地表浸铀铀矿堆是一种颗粒堆积型射气介质,其水位的变化和覆水厚度对氡迁移与析出的影响不容忽视。为揭示这类介质表面氡析出的规律,本文基于菲克定律和气液两相界面氡的传输理论,建立了水浸颗粒堆积型射气介质氡的一维传输-... 详细信息

铀尾矿库和地表浸铀铀矿堆是一种颗粒堆积型射气介质,其水位的变化和覆水厚度对氡迁移与析出的影响不容忽视。为揭示这类介质表面氡析出的规律,本文基于菲克定律和气液两相界面氡的传输理论,建立了水浸颗粒堆积型射气介质氡的一维传输-扩散数学模型,并获得稳态条件下气液两相体系中氡浓度分布的解析解和氡析出率的计算公式。通过研究,获得以下结论:1)水位为0m时,颗粒堆积型射气介质表面氡析出率随介质厚度的增大而增大,其增长率随厚度的增大而减小;2)介质表面氡析出率随水位的增大先增大后减小;3)当水体高度大于射气介质厚度时,覆水表面氡析出率随覆水厚度的增大而减小,随覆水氡扩散系数的增大而增大。

关键词：铀矿水浸颗粒堆积型射气介质氡析出数学模型

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煤岩单轴压缩氡析出特性试验研究

采矿与安全工程学报 2017年第4期34卷 810-816页

作者：魏建平姚邦华王登科李恩福李东会河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

煤岩破裂伴随氡析出特性变化,通过观测煤、岩破裂过程氡析出规律有利于揭示煤岩动力灾害机理及其前兆特征。论文利用自行设计的受载岩石破裂过程氡析出测量试验系统,研究了煤岩单轴压缩氡析出规律。结果表明,煤岩试样单轴压缩不同加载... 详细信息

煤岩破裂伴随氡析出特性变化,通过观测煤、岩破裂过程氡析出规律有利于揭示煤岩动力灾害机理及其前兆特征。论文利用自行设计的受载岩石破裂过程氡析出测量试验系统,研究了煤岩单轴压缩氡析出规律。结果表明,煤岩试样单轴压缩不同加载阶段的氡析出特征具有显著差异。试样加载初期(孔隙/裂隙压密阶段),氡析出较原始状态大幅增加;试样加载中期(弹性变形阶段),氡析出较加载初期明显回落;试样加载后期(塑性变形阶段),氡析出较原始状态进一步增加;试样破裂后,煤样和岩样的氡浓度较原始水平分别增加了约91%和83%。

关键词：氡析出煤岩单轴压缩试验研究

高放废物地质处置场所氡析出机制及迁移行为研究

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环境科学与管理 2022年第10期47卷 44-48页

作者：钟华万亚平周青芝吴喜军李洪辉南华大学湖南衡阳421001 中国辐射防护研究院山西太原030006

文章通过文献分析了国内外废物处置及气体迁移研究现状,重点对气体产生、气态放射性核素释放及处置库内气体迁移仿真研究进行了阐述.通过开展高放处置库内气体产生的机理和实验研究,从而得到处置库内产生气体的种类、速率等关键信息,通... 详细信息

文章通过文献分析了国内外废物处置及气体迁移研究现状,重点对气体产生、气态放射性核素释放及处置库内气体迁移仿真研究进行了阐述.通过开展高放处置库内气体产生的机理和实验研究,从而得到处置库内产生气体的种类、速率等关键信息,通过数值模拟预测处置库内氡析出机制及其迁移行为,建立关键部位氡析出异常的处置库气体迁移行为预警理论模型框架,定性分析氡析出异常与处置坑屏蔽性能、坑内气压和关键气体浓度的相关性关系,建立处置库气体迁移行为预警模型研究,为地下实验室项目的顺利推进及高放废物的安全处置具有重要意义。

关键词：高放废物地质处置气体氡析出迁移行为