图3-2 策动炉结构示意图 表3-6煤升温过程中氡析出关系表 温度（℃） 17.2 18.3 19.4 20.5 21.6 22.7 23.8 24.9 26 27.1 28.2 29.3 30.4 31.5 32.6 33.7 34.8 35.9 37 38.1 39.3 40.4 41.5 氡值(Bq/m3) 14.3±181.5 14.4±98.5 14.3±79.3 15.9±77.5 14.7±59.6 16.8±58.9 19.9±58.4 28.1±48.6 45.1±61.5 85.6±54.8 85.6±54.8 89.5±24.9 126±28.7 134±24.3 138±35.6 145±39.8 165±45.2 168±45.9 185±46.2 199±44.6 245±42.6 266±45.1 271±43.5 温度（℃） 42.6 43.7 44.8 45.9 47 48.1 49.2 50.3 51.4 52.5 53.6 54.7 55.8 56.9 58 59.2 60.3 61.4 62.5 63.6 64.7 65.8 66.9 氡值(Bq/m3) 279±41.8 334±45.9 405±50.3 412±51.4 387±50.1 440±53.7 435±54.4 505±56.8 429±54.5 500±57.6 478±57.0 466±57.8 545±61.1 532±60.3 591±63.1 563±62.7 591±63.3 613±65.0 565±62.7 527±61.1 546±62.3 569±63.1 556±63.2 温度（℃） 68 69.1 70.2 71.3 72.4 73.5 74.6 75.7 76.8 77.9 79 80.1 81.2 82.3 83.4 84.6 85.7 86.8 87.9 89 90.1 91.3 氡值Bq/m3 388±54.2 362±54.0 398±55.5 385±55.0 374±53.7 390±53.7 407±55.2 447±57.5 392±55.8 419±56.3 466±58.1 480±59.3 405±55.6 406±55.2 223±108 289±47.4 413±53.2 429±53.6 425±53.6 425±54.6 412±53.4 418±54.2 忽略仪器认为的误差后制作的煤升温过程中氡析出率的图，见图3-3。 煤升温过程中氡析出率变化图700600500400300200100017.228.239.350.361.472.483.4温度氡值（Bq/m3）氡值
图3-3 煤升温过程中氡析出关系图
由图3-3可见，随着煤的升温，氡的析出有明显的增大趋势，但是到了分界面温度为61度时开始有下降趋势，以后随着煤的升温，氡的析出比较平稳且有所下降。这说明了，第一，煤炭在高温状态下析出氡速度比常温状态下快；第二，随着氡的不断析出，煤中所含氡量有所下降，这和煤本身的物理性质有关。因此，煤层发火一段时间（几天—几十天，与温度高低相关，由于这个原因，因此本实验不具备普遍代表性，没有对数据进行拟合）后，由煤层析出的氡含量会有小幅度的降低。
3.4.2 同位素测氡法探测地下火区的综合研究
在地下发生火灾时，地表的土壤或岩层中会表现出较高的氡值异常。通过现场3000余个测点的测量，普遍表现为地下火灾能够引起地表氡值增大，其值通常比正常土壤和岩层中析出的氡值高出1个数量级以上。
为了验证上述理论和应用测氡法探测火区，且由于无法进行实验室模拟的情况下，做了以下现场实验。
一、不同介质地表层对收集氡气的影响
实验地点为山西省晋城泊村煤矿原存煤仓库，面积为90m×90m，（在建有房屋和旧井等处及其附近未布置测点）近地表60cm至100cm处绝大部分为煤，含有极少量岩石，地表状况平坦，湿度适中。共布置测点共110个。一类孔，孔径15cm，标准圆柱形，孔深50cm，共有70个，其中35个测孔覆盖煤（1），35个测孔覆盖粘土（2）；2类孔20个，孔深80cm-110cm，上孔径30cm、下孔径10cm，全部挖掘至粘土层，且全部覆盖粘土。3类孔20个，孔的规格同2类孔，其中10个测孔覆盖煤（1），10个测孔覆盖细沙（2）。其中共同编号为1、2、4、5、6、7、9、10的3类5种测孔布置的位置间隔为1m，应视为同一地点。
测量使用α杯积分测量，使用CD-1α杯测量仪，全部计数3分钟，所得数据为计数，无单位，由于缺乏设备无法将计数转变为氡含量值，故没有对数据进行处理，但数据可以准确反映氡含量的相对值。该测氡仪最小读数为1，在计量含氡量极小的空气中会出现一定误差，属于正常测量误差。测量数据见表3-7和表3-8，其中空气中测量20次。
表3-7 不同覆盖物和地层中所测氡值的变化
孔分类 空气中 1类（1） 1类（2） 2类 3类（1） 3类（2） 最大值 2 6 12 44 29 27 最小值 0 1 1 16 9 12 平均值 0.55 2.86 4.14 24.66 15.51 15.37 可靠分析 可靠 不可靠 不可靠 可靠 相对可靠 相对可靠 表3-8 同一地点不同埋杯方式所测氡值对照表
孔编号 1类（1） 1类（2） 2类 3类（1） 3类（2） 1# 3 6 18 29 17 2# 1 2 19 11 12 4# 6 12 33 21 14 5# 2 3 21 9 19 6# 1 4 44 19 17 7# 4 4 31 11 27 9# 1 3 17 10 13 10# 4 5 18 9 14 平均值 2.75 4.875 25.125 14.875 16.625 从上面的实验并结合实际探火经验分析得出，在使用α杯积分测量掩埋α杯时，其覆盖层以细腻的粘土为最佳，粘土的湿度以较为干燥效果最佳。近地表层以性质同样的粘土最佳，黄土次之，砂土更次，岩石层最次，覆盖物亦有这样的变化。深度以30cm～50cm为佳，但是深度大于50cm时基本不影响测量数据，深度不足30cm时测量数据明显偏小，严重影响测量精度。
二、地表有裂隙时对收集氡气的影响
由于采空区的塌陷，往往会在地表出现可见的裂缝，为了弄清楚裂缝对氡气收集的影响，在地质条件较好且地表有明显裂隙时，做了2次现场实验。
第一次是在山西省长治市襄垣县新庄煤矿附近，采用其他手段分析表明，在实验区域内下方200米的采空区内有明火，试验区域及其附近全部由黄土覆盖，地层构造简单均匀，无断层、地下河等地质构造，黄土层厚度约为30m，地表平坦。试验在2条30m长的裂缝附近进行，裂缝宽度为14cm至34cm，裂缝间距离为2.3m至7.6m，采用上述仪器设备现场测量，在裂缝附近两边50cm、100cm、200cm处分别布置了4个测点，点间距4m至12m不等，共计48个测点，孔深50cm，用黄土掩埋，湿度适中。实验日期距离首次发现火情为46天，测量数据见表3-9。
表3-9 地表裂缝附近所测氡值
测点 裂缝1右侧50cm 裂缝1右侧100cm 裂缝1右侧200cm 1# 5 5 7 2# 9 13 7 3# 1 2 4 4# 4 6 14 平均值 4.75 6.5 8 裂缝1左侧50cm 裂缝1左侧100cm 裂缝1左侧200cm 裂缝2右侧50cm 裂缝2右侧100cm 裂缝2右侧200cm 裂缝2左侧50cm 裂缝2左侧100cm 裂缝2左侧200cm 2 1 4 3 3 3 4 5 7 4 3 2 11 2 6 1 2 3 7 5 3 5 9 8 0 2 13 5 7 3 2 2 3 3 7 6 4.5 4 3 5.25 4 5 2 4 7.25 在距离裂缝20米至30米处（地下有火区，并且避免了其他区域裂缝处）用同样方法分别测了20余个点，测得氡的最大值743，最小值17，平均值187.4。同时在远离火区测量了地表土壤内的氡值，测量了10个点，最大值39，最小值22，平均值为28。
第二次在山东枣庄矿务局柴里煤矿附近一采空区上方进行试验。由地下钻孔和气样分析得知在实验区域内下部400m深的采空区内发生明火，试验日期距离首次发现火情为28天，试验区域及其附近全部由粘土覆盖，地层构造简单均匀，无断层、地下河等地质构造，粘土层厚度约为40m，地表平坦。试验区域为25m×25m大小，区域内有可见裂缝7条，裂缝宽度在3cm至13cm之间，裂缝间距在0.3m至6.5m范围内，在区域内均匀布置测点，间距为5m×5m，共布置36个测点，测量布点和裂缝位置见图3-4（图中×代表测点，线条代表裂缝）。测量数据分析见表3-10。
a1a2a3a4a5a6b1c1d1e1f1f6
图3-4 测点及裂缝位置示意图 表3-10 裂缝附近所测氡值
列编号 a行 b行 c行 d行 e行 f行 1# 2 5 14 5 7 13 2# 11 4 5 7 14 11 3# 1 5 12 9 13 6 4# 7 11 16 4 9 7 5# 5 1 4 12 12 9 6# 9 6 3 17 4 3 7.86 总平均值 在距离裂缝20m至50m处（地下有火区，并且避免了其他区域裂缝处）测量了20余个点，测得最大值476，最小值42，平均值167.4。同时在远离火区测量了地表土壤内的氡值，测量了10个点，最大值54，最小值19，平均值为31。
由上述实验可见，地表有明显裂缝时以及覆盖层为煤、沙子时，对于收集氡气极为不利。地表裂缝和覆盖层为煤、沙子等松散介质时，应将这一表层近似视为大气层，近似程度试介质松散度、空隙率、颗粒大小而定，其介质之间的空隙非常大（甚至非常接近1，为1时和大气等同），氡在这种情况下的运移以对流扩散为主，而氡及其子体形成团簇的运移没有起决定性作用，此时测量的并不完