1、中文译文氡气地表检测覆岩采动裂隙的综合测试系统的设计张炜 张东升 范钢伟摘要：关于氡气特性，现有的工已经开始了广泛的使用，我们首先试着地球的物理和化学性质利用氡帮助采矿工程领域拓展，并用放射性测量法来探测上覆岩层采动裂隙的发育过程及其含水性，这不仅是一种更加简单快速可靠地方法，而且也进一步扩大了氡气检测技术在采矿行业的应用。3D仿真设计综合测试系统利用3D实体模型软件来检测采矿上表面的氡气，这个软件解决了采矿设计模型的三个主要缺点，分别是静态设计思想、2D平面设计和繁重的工作量，同时，在千斤顶螺杆压力棒的作用下依然稳定，根据这个软件的仿真实验结果，为材料加工过程中对材料的选择提供了可靠地依据。
2、关键词：采矿工程；放射性；矿山；氡检测；综合测试系统1.引言 随着大规模实施我国西部地区发展的政策，煤炭资源的开发重点也开始转向西部地区，以及两个主要的发展方向已经确立。一个在内蒙古，贵州西北部和其他的代表作为西南的代表。然而，西北煤田位于干旱和半干旱地区，其中表面生态环境的自然状态较差。目前，大型矿山用长壁采煤工作面已广泛应用于西部浅埋煤层。这样就造成了采动裂隙直接与表面进行沟通，导致煤炭自燃，地下水侵蚀，植被死亡和荒漠化的安全和环境灾害的加剧。然而，掌握和上覆岩层运动过程中监测采动裂隙场的发展和分布特征，并与水，这是一个重要的基础，可以有效地解决上述问题。 没有监测采动裂隙的动态演化过程，
3、研究成果和实际工程经验及其包含的水质之间存在一个可靠的，有效的，简单的方法。传统的采矿的“三带”的设计理论已经在现在不能够普及所有煤矿，浅埋深煤层的煤矿尤其不能够普及，在浅埋深煤矿上覆岩层的采动裂隙的扩展会产生严重的后果，尤其是在与含水层相通之后，我国西部矿井想要做到保水开采就必须解决这一问题。为实现保水开采的有效性，还必须依靠可行的监控技术。因此，我们的研究小组首次尝试应用的氡气开采工程领域的地球物理方法和化学性能，原装进口的放射性测量法来检测上覆岩层采动裂隙和地下煤炭开采它们所包含的对水质的发展过程。用Pro/E的软件来设计一个全面的测试系统，检测覆岩采动裂隙表面氡（CTSR）,这将为后续
4、材料加工CTSR的工作提供设计依据。2.氡气特性及现有工程应用领域2.1氡气特性概述氡（Rn）是一种化学元素，它通常是氡元素形式。在人类说已知并且接触到的惰性气体中，氡（Rn）是唯一具有放射性的，常态下无色无味并且易溶于水和有机质Il 是其特性。铀(238U)经过衰变最终形成Rn，其具有相对特殊的半衰期，在煤、岩石和土壤中，Rn的 存在较为广泛。氡可能溶解在地下水，和存在于土壤中，随着他们迁移，所以其迁移性较强2.2氡气现有工程技术领域由于氡气的放射性，即使浓度较小时，它也可以被测量出来。由于其惰性气体地球物理化学特性，它可以在微孔或微裂隙中传输和积聚，因此它被广泛地用于许多领域，如下所示：（
5、1） 测量空气环境质量。氡气从表面土壤中逸出的量取决于土壤的类型和表面的铀含量。因此，空气中的放射性污染程度可通过氡气浓度的大小进行测量。（2） 检测地下水与地表水的接触状态。因为氡气的衰变速率是快速的在空气中损失，如果表面水的氡气浓度显着增加，那么表面水很可能是与地下水连通。（3） 预测断层和陷落柱。由于在断层和陷落柱中氡气的浓度高，所以氡气可以用来预测断层或陷落柱的存在。（4） 定位地下煤层的自燃区。表明在中国和澳大利亚的实践，在地下煤层自燃区氡浓度明显增加，自燃区可以快速定位，提供防火的宝贵时间。（5） 预测地震和火山爆发。据氡气的浓度在土壤气体中迅速上升或浓度急剧快速的变化，可以预测地
6、震或火山喷发。（6） 保护人类健康。因为氡气具有放射性，如果它积累到一定浓度（4pCi / L）会损害人体健康，氡气在生活空间中的浓度可以通过加强室内通风和注用水至减至4pCi / L以下。2.3煤矿井下开采覆岩采动裂隙探测尝试氡气检测技术应用由于学者多年的努力已取得一些发展，但这主要集中在地质工程和煤矿安全领域。煤矿因矿应力主要影响，剥离和分布在裂纹动态工作面，到目前为止没有检测到岩石断裂有关的研究动态的发展过程和水氡的挖掘利用地球物理和化学性质。3.基于Pro/E软件的三维物理模型开发3.1.Pro/E软件的介绍Pro/Engineer操作软件开发工作是由美国一家公司完成，其是参数技术公司
7、（PTC)旗下的子公司，名称是CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件的参数效果得到了普遍的认可。Pro/Engineer作为一个新的标注存在于机械领域，并且正在被推广。3.2.整体设计方案的确定3.2.1.采矿工程测试系统的设计状态目前，在采矿工程的试验系统的设计方面有一下三个主要问题：（1）由于静态设计缺陷，没有动态测试系统和装配过程进行预测的组合，和稳定性得到保证，这将使测试系统结构不合理，并且本身的零部件在实际工作过程中很容易被破坏。（2）二维平面设计。该测试系统由二维平面设计，项目策划者无法直观的看到组件的实际连接情况。（3）重型工作量再变更设计。一般来说
8、，实际的制造和调试工作将在完成初步设计后进行。一旦设计不合理时再变更设计，容易提高处理成本。3.2.2.CTRS整体设计方案的确定根据研究目的，CTSR主要包括可调节的二维/三维物理模拟试验台架（PSTF），氡气的输出设备，循环泵和连续测氡仪。CTSR的总体结构如图1所示。CTSR的功能如下： （1）试验台架设置了三个不同的插槽，并配备了一个可视化的移动插板，可实现物理模拟试验台架在二维与三维之间的切换。 （2）试验台架架体底板由25根氡腔构成，可以模拟氡气从煤层底部均匀地释放到上方。 （3）通过升降千斤顶装置来模拟工作面采煤高度。其调节范围应在0-10cm（相似比为1:100）。3.3.CT
9、SR的三维仿真设计3.3.1.CTSR的三维配置（1） 根据二维/三维测试框架的物理位置和功能的调节，氡源输出装置，循环泵，在系统的综合测试模拟连续测氡仪，装配完成综合测试系统。（2） 三维试验台架模型 根据可开采的地质条件参数，可调节二维/三维物理模拟试验架平台尺寸为2.5m 2.0m 2.0m（长x宽x高）。（2）氡气输出装置输出装置的作用是提供用于CTSR的氡气输出。设计长度尺寸为30cm，直径是10cm;同时连接器的两端的直径是10mm。根据气缸和两个橡胶软管接头的设计尺寸，从而完成输出装置的整体三维模型设计。（3） 循环泵 循环泵提供微压力必须给氡源输出装置串联系统，使整个系统能顺利
10、流通氡。循环泵的主体设计尺寸为30cm20cm20cm（长宽宽度高度），而这两种气体的连接器设计直径10mm。（4）连续测氡仪 本体的设计尺寸为40cm20cm20cm（长宽高），左连接器的设计直径为5mm。想要了解裂隙演化相比较于氡气浓度变化受其影响的关系就必须连续监测，并且模模拟出其具体变化规律，当然这些需要在实验室里完成，具体原理是根据氡衰变子体的特性。图1. CTSR结构示意图1-模拟试验台架 2-可视化移动插板 3-氡气孔 4-千斤顶 5-塑料软管 6-橡胶软管 7-连续测氡仪 8-循环泵 9-氡气输出装置4.结论（1） 对于氡气这种惰性气体的特性，被用到采矿领域也是科技向前推进的结果，用来检测地下水有没有受到矿井开采的影响，创新了一种更加简单易行又快速可靠地探测方法，同事也扩大了氡气检测技术的应用。（2） 采矿设计试验系统的三个主要问题是静态设计思想、二维平面设计和繁重的工作量，而三维模型设计软件的提出克服了传统设计方法的缺点。（3） 根据软件三维仿真设计的结果，起重螺杆的压杆稳定为以后材料加工过程材料的选择提供了可靠地依据。11
