一种地下不同层位煤岩层中氡气析出浓度原位测定方法技术领域
本发明属于煤炭地下开采技术领域，具体涉及一种地下不同层位煤岩层中氡
气析出浓度原位测定方法，主要适用于我国西部浅埋深煤岩层且单层厚度大于
0.5m的地下不同层位煤岩层中。
背景技术
氡气是一种无色无味的天然放射性的稀有气体，很难被人察觉，长期吸入氡
气会对人的健康带来伤害，人们习惯称氡气为“隐形杀手”。氡广泛分布于地壳
中，其活动性很强，在自然条件下具有较好的迁移能力，其在地质环境中除以气
态方式迁移外，还能以溶解态伴随地下水和土壤水迁移；氡气在井下至少400m
左右的范围内能够从地下煤岩层中运移到地表。氡气向上迁移过程中，会进入到
井下工作面和巷道空间，形成较高浓度的氡气。煤矿井下氡气浓度约是地面环境
中的10倍，井下氡及其子体超过国家卫生标准的几倍甚至几十倍。因此，对不
同层位煤岩层中氡气浓度进行准确测量显得尤为重要，这是保证井下工人生命健
康安全的重要保障。另外，国内外研究表明，地震、火山等地质灾害发生时均会
出现氡异常现象，因此，可以通过氡监测来进行地震等地质灾害探测。氡气探测
技术作为一种很有发展前途的地球物理勘探方法，从某种程度上说为采动覆岩裂
隙探测、煤矿隐伏地质构造探测、煤层自燃发火区探测以及煤与瓦斯突出等煤岩
动力灾害的预测预报提供了一种极具前景的探测手段。
由于氡具有放射性，即使浓度很小，也可被测出；同时它又具有惰性气体的
地球物理化学性质，即在微裂隙或微孔隙中可传输和积聚，这就为在地表进行氡
气探测提供了依据。人们曾通过建立氡气运移数理模型，推导出了沿地下深度方
向不同层位煤岩层中氡气析出浓度的数理表达式。为了进一步验证和完善理论推
导结果，就必须对地下不同层位煤岩层中氡气析出浓度进行测定。目前，针对地
下不同层位煤岩层中氡气析出浓度测定主要是通过在现场选取煤岩样，然后送至
实验室进行测量。由于尺寸效应和外界环境因素的影响，从而导致最终测量结果
与现场实际情况差别较大，更无法对理论推导结果进行验证和完善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地下不同层位煤岩层中氡气析出浓度原位测定
方法，该方法只需在已有的勘探钻孔内即可完成所有层位煤岩层中氡气析出浓度
的测量，并能消除尺寸效应和外界环境因素对测量结果的干扰，可以真正实现现
场原位测定。
为实现上述目的，本发明提供了一种地下不同层位煤岩层中氡气析出浓度原
位测定方法，步骤如下：
a.根据工作面地表已有的勘探钻孔位置，并结合工作面地质剖面图信息，
确定出所需进行氡气析出浓度测定的地下不同层位煤岩层，并自上而下分别编号
为L1～Ln；
b.打开连续测氡仪工作1h后，根据现场气压和温湿度情况，自动校准连续
测氡仪的测定系数，以便获得准确的测量结果，校准完成后关闭连续测氡仪；
c.将圆柱形空心橡胶活塞通过其上表面上的中心孔固定套装在带有刻度的
塑料软管的端头上，并将套有圆柱形空心橡胶活塞的塑料软管端头放入勘探钻孔
内，所述塑料软管的另一端与微型抽气泵相连；所述圆柱形空心橡胶活塞侧壁中
点对称设有四个进气小孔，圆柱形空心橡胶活塞的外径与勘探钻孔孔径相匹配，
所述中心孔的孔径与塑料软管的外径相匹配；所述微型抽气泵通过橡胶软管与连
续测氡仪相连；
d.测量L1煤岩层中的氡气析出浓度时，将橡胶活塞的下表面与L1煤岩层的
下边界对齐，先打开微型抽气泵工作1h后，然后再打开连续测氡仪开始测量，
每测量1h记录一个测定数据，共连续测量3h，并将获得的三个测定数据分别记
录为C11、C12和C13，取三者的平均值作为L1煤岩层中的氡气析出浓度，记为
C1；
e.按照步骤d，依次测量L2、L3……Ln，并分别将最终测量结果记为C2、
C3……Cn，直至测量结束。
优选的，所述圆柱形空心橡胶活塞的高度为5～10cm，所述进气小孔孔径为
5mm。
优选的，所述塑料软管的孔径为10mm，所述橡胶软管的孔径为5mm。
优选的，所述的连续测氡仪的型号为KJD-2000R。
优选的，所述的微型抽气泵的工作流量为1L/min。
与现有技术相比，本发明无需再从工作面地表向地下打深钻孔，只需在已有
的勘探钻孔内即可完成所有层位煤岩层中氡气析出浓度的测量，并消除了尺寸效
应和外界环境因素对测量结果的干扰，真正实现了现场原位测定。该方法通过圆
柱形空心橡胶活塞、微型抽气泵、连续测氡仪和软管即可实现所有层位煤岩层中
氡气析出浓度的测量，整个过程安装工程量小，测量数据获取容易，且不受煤矿
井下具体开采条件的限制，可操作性强，成本低，效率高，具有广泛的实用性和
推广性。
附图说明
图1是本发明的现场原位测定工作示意图；
图2是本发明中圆柱形空心橡胶活塞的结构示意图；
图中：1、工作面地表，2、勘探钻孔，3、圆柱形空心橡胶活塞，4、塑料软
管，5、微型抽气泵，6、橡胶软管，7、连续测氡仪，8、中心孔，9、进气小孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，一种地下不同层位煤岩层中氡气析出浓度原位测定方法，
包括以下步骤：
a.根据工作面地表1已有的勘探钻孔2位置，并结合工作面地质剖面图信
息，确定出所需进行氡气析出浓度测定的地下不同层位煤岩层，并自上而下分别
编号为L1～Ln；
b.打开连续测氡仪7工作1h后，根据现场气压和温湿度情况，自动校准连
续测氡仪7的测定系数，以便获得准确的测量结果，校准完成后关闭连续测氡仪
7；
c.将圆柱形空心橡胶活塞3通过其上表面上的中心孔8固定套装在带有刻
度的塑料软管4的端头上，并将套有圆柱形空心橡胶活塞3的塑料软管4端头放
入勘探钻孔2内，所述塑料软管4的另一端与微型抽气泵5相连；所述圆柱形空
心橡胶活塞3侧壁中点对称设有四个进气小孔9，圆柱形空心橡胶活塞3的外径
与勘探钻孔2孔径相匹配，所述中心孔8的孔径与塑料软管4的外径相匹配；所
述微型抽气泵5通过橡胶软管6与连续测氡仪7相连；
d.测量L1煤岩层中的氡气析出浓度时，将橡胶活塞3的下表面与L1煤岩层
的下边界对齐，先打开微型抽气泵5工作1h后，然后再打开连续测氡仪7开始
测量，每测量1h记录一个测定数据，共连续测量3h，并将获得的三个测定数据
分别记录为C11、C12和C13，取三者的平均值作为L1煤岩层中的氡气析出浓度，
记为C1；
e.按照步骤d，依次测量L2、L3……Ln，并分别将最终测量结果记为C2、
C3……Cn，直至测量结束。
为了更精确的测得不同层位煤岩层中氡气析出的浓度，所述圆柱形空心橡胶
活塞3的高度为5～10cm，所述进气小孔9孔径为5mm。
为了使氡气能更均匀稳定地在软管内流动，使测量结果更精确，所述塑料软
管4的孔径为10mm，所述橡胶软管6的孔径为5mm。
所述的连续测氡仪7的型号可以为KJD-2000R、RAD7、BY68-1027、
HYB03-BH3212或SLT-2000R；为了降低成本和适用于室外低温条件，本发明中
选用的连续测氡仪7的型号是KJD-2000R。
为了使氡气能更均匀稳定地在软管内流动，使测量结果更精确，所述的微型
抽气泵5的工作流量为1L/min。