一种利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法与流程

本发明涉及放射化学分析领域技术领域，具体涉及一种利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法。

背景技术：

煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业，在国民经济中具有长期、稳固和不可替代的基础地位。我国56％的矿井开采的是易燃煤层，据资料表明，我国70％以上的矿井有自燃火区或有自燃发火危险区，煤炭自燃引起的火灾占矿井火灾总数的90％以上。自然火灾引起的煤矿瓦斯、煤尘爆炸时有发生。同时，煤自燃释放的有害气体会严重影响区域生态环境，直接威胁地表居民区的基础设施与生产生活的安全。特别是在矿井下采空区遗煤自燃火源位置的确定上面。采空区火灾由于它大部分都是发生在工作面已采煤层区内的所谓自燃带内，而该带一般都是离工作面控顶线十几米，甚至数十米远，人难于到达，或者不可能到达，难以直接、简易、准确地找到并确定火源位置。因此，必须科学高效的防治自然火灾。

矿井防灭火的关键在于自燃发火早期预测预报、火源位置的精确探测和火区信息检测，其中火源位置的精确探测一直是煤矿安全生产中的重大难题之一，也是保证灭火效果的关键。

国内外曾在地面应用钻探、物探等方法进行了火源探测的研究，但由于经济和技术上等原因，均未能获得很好的应用。太原理工大学在20世纪80年代首次将核技术即同位素测氡技术应用于煤矿自燃火源位置探测中，并进行了一定的理论研究和实际应用，是目前常用也是最受认可的煤自燃火源位置探测方法。但该方法易受季节、气象、日照、风力、雨雪、土壤湿度及其它人为等因素的影响，制约了现场数据的有效采集和准确分析。而氡的长寿命子体钋-210一旦形成，会吸附在岩石和土壤中，可以反映较长时间氡量的累积结果且不受气候条件的干扰。同时，更长时间的累积也使地表土壤中的钋-210的异常值更为明显。因此，测量钋-210干扰因素少、异常反映明显，具有较高的灵敏度。

利用钋-210异常反映，我国已将钋-210法用于探测煤矿隐伏断层(开滦矿务局范各庄矿东部边界断层)、隐伏陷落柱(邯郸局郭二庄矿1266工作面和西山局西铭矿18217工作面)、老窑采空区(邯郸局郭二庄矿二坑的老窑采空区)、煤层底板含水裂隙发育地段(范各庄矿工作面)的诊断，结果证明其地质效果良好，经济效益明显，但钋-210法在煤自燃火源位置探测中还没有被应用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，该方法利用钋-210法探测煤自燃火源位置，干扰因素少，灵敏度较高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)布置探测点：选择探测场地，布置探测点，给每一个探测点预先编号，确定相对位置；

(2)采样：在每个编号的探测点上挖采样坑，采集土壤样品于自封袋中，采集到的土壤样品带回实验室进行室内分析检测；

(3)处理土壤样品：将0.5～1g土壤样品放置于玻璃烧杯中，加一定量的²⁰⁹po示踪剂，用盐酸溶液将土壤样品浸取0.5h～4h，离心后收集滤液，再用上述方法浸取滤渣两次，将所收集的滤液合并；

(4)钋-210分析：利用碲还原微沉淀法沉淀样品中的钋-210，制备po-210-a测量源，利用a谱仪测定po-210-a测量源上的a强度；

(5)数据值分析：计算土壤样品中钋-210活度浓度，将钋-210的活度浓度数据值绘制成立体图，根据一定的钋-210活度浓度间隔初步判定钋-210活度浓度在探测区域的变化规律，找出异常的分布、范围、形态及异常的中心位置，然后进一步分析解释引起异常的原因，最终确定自燃火源位置。

进一步地，探测点分布在正方形方格网上，在测量过程中根据实际测量情况酌情增减测点。

进一步地，探测点的间距为5-15m。

进一步地，探测点的间距为10m。

进一步地，采样坑的截面为边长为20-40cm的正方形，深度为30-50cm。

进一步地，采集的土壤样品为10-30g。

进一步地，步骤(2)中，²⁰⁹po示踪剂的剂量为10-50mbq，盐酸溶液的体积为30ml、摩尔浓度为0.1mol/l-12mol/l，浸取温度为50℃-100℃。

进一步地，a谱仪的测量时间为12-48h，真空度小于1000mtorr，探测效率为27％。

本发明的有益效果在于：钋-210法不易受干扰季节、气象、日照等因素干扰，具有较高的灵敏度，在煤自燃火源位置探测领域具有潜在的应用价值，有助于科学高效的防治自然火灾。

附图说明

图1为氡活度浓度数据值立体图；

图2为钋-210活度浓度数据值立体图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

在划定好的已的探测范围内采用测点间距为10*10m形状为正方形方格网，在测量过程中根据实际测量情况酌情增减测点。每一点预先编号，确定相对位置。现场采用gps定位仪找点及布置测点。在每个编号的测点上挖宽30cm左右，深40cm左右的坑，采集20g左右的土壤于自封袋中。将采集到的固体样品带回实验室进行室内分析检测。

将0.5g土壤样品置于100ml烧杯中，加入30mbqpo-209标准源，用20ml6mol/lhcl于加热板上浸取约1h后，离心后收集滤液，再用10ml6mol/lhcl浸取一次，离心分离，收集滤液，滤液体积约为30ml。用漏斗将滤液过滤以去除杂质，加入100μgte(iv)和5ml异丙醇于滤液中后振荡摇匀，加入1mlsncl2(m/v：20％sn²⁺，介质：1mol/lhcl)摇匀进行微沉淀后静置10min，然后使用真空箱将其抽滤至0.1μm滤膜上，使用无水乙醇洗涤2次后制成待测po-alpha源。将制备的po-alpha源用a谱仪测量。计算土壤样品中钋-210活度浓度，将钋-210的活度浓度数据值绘制成立体图，结果如图2所示，根据一定的钋-210活度浓度间隔初步判定钋-210活度浓度在探测区域的变化规律，找出异常的分布、范围、形态及异常的中心位置，然后进一步分析解释引起异常的原因，最终确定自燃火源位置。

同时，测氡技术应用于煤矿自燃火源位置探测中，将氡测量数据值绘制成立体图结果如图1所示。从图1与图2地对比中可以看出，po-210异常值更为突出清晰，po-210分析法受干扰更小，在煤矿自燃火源位置探测领域具有潜在的应用价值。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)布置探测点：选择探测场地，布置探测点，给每一个探测点预先编号，确定相对位置；

(2)采样：在每个编号的探测点上挖采样坑，采集土壤样品于自封袋中，采集到的土壤样品带回实验室进行室内分析检测；

(3)处理土壤样品：将0.5～1g土壤样品放置于玻璃烧杯中，加一定量的²⁰⁹po示踪剂，用盐酸溶液将土壤样品浸取0.5h～4h，离心后收集滤液，再用上述方法浸取滤渣两次，将所收集的滤液合并；

(4)钋-210分析：利用碲还原微沉淀法沉淀样品中的钋-210，制备po-210-a测量源，利用a谱仪测定po-210-a测量源上的a强度；

(5)数据值分析：计算土壤样品中钋-210活度浓度，将钋-210的活度浓度数据值绘制成立体图，根据一定的钋-210活度浓度间隔初步判定钋-210活度浓度在探测区域的变化规律，找出异常的分布、范围、形态及异常的中心位置，然后进一步分析解释引起异常的原因，最终确定自燃火源位置。

2.一种如权利要求1所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：探测点分布在正方形方格网上，在测量过程中根据实际测量情况酌情增减测点。

3.一种如权利要求2所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：探测点的间距为5-15m。

4.一种如权利要求3所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：探测点的间距为10m。

5.一种如权利要求1所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：现场采用gps定位仪定位及布置探测点。

6.一种如权利要求1所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：采样坑的截面为边长为20-40cm的正方形，深度为30-50cm。

7.一种如权利要求6所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：采集的土壤样品为10-30g。

8.一种如权利要求1所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：步骤(2)中，²⁰⁹po示踪剂的剂量为10-50mbq，盐酸溶液的体积为30ml、摩尔浓度为0.1mol/l-12mol/l，浸取温度为50℃-100℃。

9.一种如权利要求1所述的利用钋-210法探测煤自燃火源位置的方法，其特征在于：a谱仪的测量时间为12-48h，真空度小于1000mtorr，探测效率为27％。

技术总结
本发明公开了一种利用钋‑210法探测煤自燃火源位置的方法。所述方法包括：布置探测点，采样，处理土壤样品，钋‑210分析，数据值分析等步骤。本发明所提供的方法不易受干扰季节、气象、日照、等因素干扰，且异常反映明显，具有较高的灵敏度，在煤自燃火源位置精确探测领域具有潜在的应用价值。

技术研发人员：宋丽娟;王俊峰;戴雄新
受保护的技术使用者：中国辐射防护研究院
技术研发日：2019.11.06
技术公布日：2020.05.12