胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置及方法，属于矿业工程技术领域

【技术实现步骤摘要】
胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种胶结充填材料作用下断裂破坏过程中氡释放量测量装置及方法，属于矿业工程

。

技术介绍

[0002]随着煤矿工程中开挖深度的加深，以及对于煤矿安全开采的要求越来越高，煤矿充填开采技术的应用越来越广，充填材料的使用日益增多
。
由于充填材料的自身特性，制备方法类似于混凝土，本身材料内部就存在微裂纹和缺陷
。
随着充填材料服役期限的增加，在地应力
、
人为作用以及矿井环境作用的共同影响下，充填材料的微裂纹发展产生新的裂缝，这会导致充填体的失效破坏，甚至发生突然性的断裂破坏
。
损伤断裂特性对工程安全起着关键作用，断裂破坏对人身
、
财产和社会均有较大危害和不利影响
。
煤矿的充填开采过程中，会导致地质
、
岩层结构的变动，从而释放氡，氡气会产生聚集现象
。
[0003]由于氡的辐射性质，氡衰变产生一系列氡子体，衰变过程中产生大量能量的
α
粒子，对人体造成内照射危害
。
世界卫生组织
(WHO)
将氡及其子体列为
19
种致癌物质之一，人类吸入氡气及其衰变子体会引起肺癌，这是导致人类肺癌的第二大因素
(
温伟伟
,
徐荣政
,
吴友朋
,
程金星
,
王庆波r/>,
李帅
,
刘峰国
,
地下工程氡防护方法及能力研究
,
辐射防护
42(01)(2022)48
‑
53
；王津
,
刘娟
,
陈永亨
,
氡及其子体的形成机制及危害研究进展
,
环境与健康杂志
28(09)(2011)832
‑
835.)
，仅次于吸烟这第一因素
。
现有研究表明
(
程业勋
,
环境中氡及其子体的危害与控制
,
现代地质
(05)(2008)857
‑
868
；赵永利
,
方方
,
吕茂
,
室内氡的检测及防护
,
环境与健康杂志
(01)(2008)72
‑
73.)
，氡的生物学效应主要体现在呼吸道疾病
、
肺部纤维化
、
肿瘤和寿命减少等方面
。
人体的不同器官受到氡气所致辐射剂量的影响不一样，而肺部器官受到的影响最大
。
低浓度氡气的持续照射作用是诱发人群肺癌发生的危险因素之一，并且表明
(
商迎庆
,
室内氡的危害研究进展
,
环境与健康杂志
(04)(2002)350
‑
352.)
空气中的氡浓度与肺癌的诱发有着密切关联
。
氡气被吸入人体内后，氡衰变过程中间产生的
α
粒子会对人体的呼吸系统造成内照射辐射，进而诱发肺癌，引起长时间的伤害
。
根据
《
民用建筑工程室内环境污染控制标准
》GB50325
‑
2020
要求，氡浓度应小于
150Bq/m3。《
地下建筑氡及其子体控制标准
》GB16356
‑
1996
规定：
(1)
已建的地下建筑的行动平衡当量浓度为
400q/m3。(2)
待建的地下建筑的行动平衡当量浓度为
200q/m3；国家标准
《
放射防护规定
》GB8703
‑
88
规定：“防射性场所空气中氛的最大允许就度为
1.11kBq/m3，并注明井下氡的最大允许浓度为
3.7kBq/m3；空气中放射性物质浓度超过最大允许浓度的
1/10
时，也应按放射性工作采取防护措施
。
在煤矿中，由于充填开采的影响，会导致氡的聚积，过高的氡浓度会对工作人员带来巨大的不利影响
。
因此，监测煤矿中氡的浓度，对于人体健康具有重要意义
。
目前主要关注的是煤矿采区中氡的浓度，对于充填开采工艺下，煤矿的氡浓度还缺乏研究
。
[0004]在充填材料破坏的过程中，会有大量的氡释放
。
氡浓度的变化可以作为一种有前景的灾害预测手段
。
氡的释放和迁移与应力大小
、
裂缝尺寸等密切相关
。
周围所处环境的温湿度等，也会影响氡的释放和迁移
。
断裂演化的过程充填材料裂缝的演化与发育，会增大氡
的释放量，而破裂后形成连通的迁移通道，有利于自由氡快速迁移出
。
氡聚集到一定浓度时可以检测氡浓度的变化以反映充填材料的受载情况，以及断裂演化过程，从而反映充填材料的断裂特征
。
并且监测氡浓度，控制氡的浓度在适宜的范围，对人体健康也有重要意义
。
因此，研究充填材料断裂性能与氡浓度的相关性问题尤为重要
。
对于氡的监测与应用，目前在煤自燃和地震预警方面有了一定的应用
。
在现有加载环境监测技术中，多为测量岩石
、
煤样单轴受压或受剪情况下的氡浓度变化情况，对于胶结充填材料断裂过程中氡的检测以及环境作用对其的影响尚未有相关成果报道
。
基于此，设计该测量装置及测试方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置及方法，调节试样所处的不同温湿度环境，提升测试结果的准确性，可用于灾害预警
。
[0006]本专利技术一种胶结充填材料氡气释放量测量装置及测试方法，可以调节所处环境的温湿度，提供了环境污染小
、
测量精度高的充填材料发释放氡气测量装置
。
氡气主要是由充填材料里煤矸石
、
粉煤灰中的放射性元素镭
、
钍和锕三个天然的放射性系列衰变后产生的
。
氡常见的三种放射性同位素为和本文所说的氡是指具有
3.82
天的半衰期
。
氡在充填材料中以自由氡
、
吸附氡和封闭氡的形式存在，氡气一部分在充填材料内部无法析出，另一部分自由氡可以通过裂纹
、
孔隙等运移析出
。
在充填材料受到荷载
、
环境等影响的时候，自由氡的量增加，氡气的析出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置，其特征在于：包括压力机加载压头
、
荷载传感器
、
夹式引伸计
、
加载架
、
传力板
、
滚轴
、
测氡环境舱
、
测氡仪；所述测氡仪和测氡环境舱连通；测氡环境舱顶部中心设有垫片，垫片位于测氡环境舱与外界的连接处；测氡环境舱通过两侧的接口分别连接真空泵
、
干燥瓶和测氡仪；真空泵用于抽真空，干燥瓶用于吸附水气灰尘，提升测氡仪的测量精度和准确性，测氡仪用于测量氡浓度；测氡环境舱内底部设有垫板，在垫板上方设置滚轴，滚轴上方为充填材料试样，在试样的上部预制裂缝中放置夹式引伸计，在试样的上部两侧分别设有与加载架相连的传力板，加载架与传力板的侧面滚轴连接；加载架上方中部设有荷载传感器，荷载传感器上部为垫片，垫片顶部设有压力机加载压头；压力机加载压头提供加载应力，测氡环境舱放置于压力机台板上；测氡环境舱底部分别设有温度控制装置和湿度控制装置，通过计算机调节温度控制装置和湿度控制装置，以调节舱体内部的温度
、
湿度；压力机加载压头加载后通过垫片对下方进行荷载传递，通过荷载传感器
、
加载架和传力板对试样进行断裂测试；夹式引伸计放置在试样凹槽下方预制的裂缝上方，测试预制裂缝的张开度；其中垫片和测氡环境舱保持良好的密封性，荷载传感器用来记录荷载的大小；加载架和传力板将竖向应力传递转化为水平应力，对试件产生断裂破坏特征
。2.
根据权利要求1所述的胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置，其特征在于：测氡环境舱顶部开口处设置可移动金属垫片，垫片尺寸为：直径
400mm、
厚
50mm
；垫片一方面起到密封测氡环境舱的作用，另一方面传递压力机加载压头的竖向应力
。3.
根据权利要求1所述的胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置，其特征在于：测氡环境舱的左侧设有两个接口，分别通过第一接口连接真空泵，通过第二接口连接干燥瓶；测氡环境舱的右侧预留有直径为
5mm
的第三接口，用于连接测氡仪；干燥瓶通过第四管道连接测氡仪；测氡环境舱与干燥瓶连接的第二管道上设有第二阀门，气体依序通过第二管道
、
第二阀门和干燥瓶
、
第四管道后进入测氡仪
。4.
根据权利要求1所述的胶结充填材料断裂破坏过程中氡气释放量测试装置，其特征在于：所述试样为立方体结构，底面为正方形，顶面中间设有一个长条形的
U
型槽，在
U
型槽中心向下设置一条细长裂缝，裂缝尺寸为：长
3mm、
宽
200mm、
高
80mm。5.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林飞，戚庭野，冯国瑞，李科技，何俊杰，张志城，成思远，徐宏涛，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：