輻射測(cè)量法在煤的灰分測(cè)試中的應(yīng)用

摘要：本文主要介紹低能γ射線反散射法、高能γ湮沒輻射法、雙能量γ射線透射法、中子瞬發(fā)γ分析法在煤的灰分測(cè)試中的應(yīng)用，對(duì)比了這幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，給企業(yè)應(yīng)用提供了建議。

關(guān)鍵詞：低能γ射線 高能γ湮沒輻射法 雙能量γ射線透射法 中子瞬發(fā)γ分析法

1 簡(jiǎn)介

為了解煤炭的品質(zhì)與性質(zhì)，技術(shù)人員通常會(huì)通過測(cè)定其灰分的方式來確定。灰分作為衡量煤炭質(zhì)量的重要指標(biāo)，在煤炭質(zhì)量檢測(cè)中占據(jù)重要地位，它指的是煤炭在高溫灼燒過程中，煤炭中所含的有機(jī)物質(zhì)與無機(jī)物質(zhì)相互反應(yīng)分解最終形成的產(chǎn)物。傳統(tǒng)的灰分測(cè)定方法為灼燒稱重法，即通過對(duì)比和分析燃燒前后質(zhì)量，最終得出所含雜質(zhì)比例從而確定煤炭中的灰分含量。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，技術(shù)人員也會(huì)采用快灰快浮的方式進(jìn)行處理，但這種測(cè)量手法所需時(shí)間過長(zhǎng)，檢測(cè)效率低下，不適應(yīng)現(xiàn)代煤炭加工制造的實(shí)際需求，因而使用范圍有限，難以推廣。為進(jìn)一步適應(yīng)煤炭工業(yè)的快速發(fā)展需求，提高煤炭質(zhì)量檢測(cè)效率，荷蘭于二十世紀(jì)二十年代首先研制出了“森得萊克斯”X射線測(cè)灰儀，這種測(cè)灰儀的問世有效地解決了傳統(tǒng)灰分測(cè)量難題，同時(shí)也極大地提升了煤炭質(zhì)量檢測(cè)效率，為企業(yè)節(jié)省了檢測(cè)成本，從而有效地提高了其經(jīng)濟(jì)效益。但目前從總體來看，在線測(cè)灰仍以輻射測(cè)量法為主要檢測(cè)手段，這種檢測(cè)方法具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，工序較為簡(jiǎn)易，減輕了工人負(fù)擔(dān)，同時(shí)受外界影響度小，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高。

2 輻射測(cè)量法在煤的灰分檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 低能γ射線反散射法 低能γ射線反散射法是基于康普頓效應(yīng)發(fā)展起來的，它利用γ射線穿過物質(zhì)時(shí)除損失部分能量外，還剩余一部分能量散射開來的原理，最后通過測(cè)量與質(zhì)量吸收系數(shù)成比例的低能γ射線反射強(qiáng)度最終確定灰分含量。煤炭由可燃部分與不可燃部分組成，其中可燃部分的主要成分為硫、碳、氫等，其中碳元素含量在80%以上，其等效原子序數(shù)Zeq≈14，而不可燃部分的主要成分則為鐵、硅、鈣等，其中硅的含量在80%以上，其等效原子序數(shù)Zeq≈6。對(duì)煤炭而言，所有不可燃部分均可以算作灰分。在測(cè)試時(shí)，通過低能γ射線照射，硅、鈣、鋁等原子的光電效應(yīng)大于可燃部分中硫、碳、氫、氧等原子，從而確定煤炭的灰分。我國于二十世紀(jì)六十年代就開始關(guān)注并著手研究此類測(cè)量?jī)x器，并于1976年首次鑒定了第一臺(tái)低能γ射線反射測(cè)灰儀。這種灰分測(cè)量方法所需技術(shù)以及模型較為簡(jiǎn)易，測(cè)量工序嚴(yán)格，對(duì)所測(cè)量煤炭的各項(xiàng)指標(biāo)均有明確規(guī)定與要求，因此在實(shí)際使用中難以實(shí)行，適用范圍較窄，推廣難度大。

2.2 高能γ湮沒輻射法 高能γ淹沒輻射法是一種新型的測(cè)量方法，其優(yōu)勢(shì)為測(cè)量準(zhǔn)確度高、穿透能力強(qiáng)、檢測(cè)效率高，它適應(yīng)了煤的灰分檢測(cè)的需求，應(yīng)用范圍較廣。能量>1.022MeV的高能γ射線與煤中物質(zhì)的原子核作用，會(huì)有一定幾率產(chǎn)生正、負(fù)電子對(duì)，產(chǎn)生的正電子會(huì)立即與一個(gè)負(fù)電子發(fā)生湮沒反應(yīng)，產(chǎn)生一對(duì)能量為511keV的γ射線。高能γ射線與物質(zhì)發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)的幾率與物質(zhì)的原子序數(shù)平方成正比，煤中的灰分越高，其平均原子序數(shù)越高，可以利用這個(gè)原理，通過測(cè)量511keV的γ射線強(qiáng)度來確定煤的灰分含量。高能γ湮沒輻射法與其他測(cè)量法相比，不易受到高原子序數(shù)的影響，但它同時(shí)也存在測(cè)量條件復(fù)雜，測(cè)量統(tǒng)計(jì)精度較低，輻射安全性能不高等缺點(diǎn)。因此，目前技術(shù)人員針對(duì)這一問題加緊研究，以進(jìn)一步改造傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，減小誤差，改善測(cè)量條件。

2.3 雙能量γ射線透射法 雙能量γ射線透射法實(shí)現(xiàn)了煤灰分的在線測(cè)量，它將低能γ射線和中能γ射線的放射源充分結(jié)合起來，最后通過分析和對(duì)比二者的原子序數(shù)，最終得出灰分含量。隨著放射源吸收量的不斷增加，其原子序數(shù)也隨之增加，而灰分的原子序數(shù)遠(yuǎn)高于煤炭，因此其吸收量也相對(duì)較大，這就使灰分的測(cè)量成為可能。除原子序數(shù)外，雙能量γ射線的吸收量還與輻射的質(zhì)量厚度有密切關(guān)系，而輻射的質(zhì)量厚度由運(yùn)輸機(jī)上煤層的荷重量與散密度共同決定。因此，在實(shí)際測(cè)量時(shí)技術(shù)人員通常會(huì)采用兩種射線對(duì)煤層進(jìn)行透射，并觀察和測(cè)量其衰減情況，而無需增設(shè)其他設(shè)備，這就大大減輕了技術(shù)負(fù)擔(dān)，它可以適應(yīng)多種復(fù)雜測(cè)量環(huán)境，實(shí)用性較強(qiáng)，目前被廣泛應(yīng)用于煤炭工業(yè)中。

2.4 中子瞬發(fā)γ分析法 中子瞬發(fā)γ分析法是一種準(zhǔn)確度和靈敏度較高的測(cè)量方法，同時(shí)具備非破壞性分析特點(diǎn)，在科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其測(cè)量原理為，通過收集與分析煤炭中各元素與中子因俘獲輻射和非彈性散射而產(chǎn)生的瞬發(fā)γ射線，最終得出煤的灰分含量，同時(shí)還可以進(jìn)一步確定煤炭中其他物質(zhì)含量水平，如發(fā)熱量、水分、硫分等。但與其他測(cè)量方法相比，這種測(cè)量方法不僅耗時(shí)較長(zhǎng)，而且設(shè)備分析過程復(fù)雜，檢測(cè)成本較高，不適宜大范圍推廣。

3 總結(jié)

隨著現(xiàn)代煤炭工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，灰分測(cè)量被越來越多地應(yīng)用于煤炭質(zhì)量檢測(cè)中。而為了進(jìn)一步提升煤炭質(zhì)量檢測(cè)效率，防止灰分超標(biāo)，影響煤炭品質(zhì)，煤炭企業(yè)必須要加強(qiáng)技術(shù)革新力度，積極研發(fā)現(xiàn)代測(cè)量工藝，在線測(cè)灰方法就是在此背景下誕生的。本文主要研究了輻射測(cè)量法在煤的灰分測(cè)試中的應(yīng)用，這種測(cè)量法成本較低，穩(wěn)定性強(qiáng)，不易受到外界影響，具備較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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作者簡(jiǎn)介：高奇（1985-），男，陜西人，蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，本科，專職教師，研究方向：工程地質(zhì)，工程勘察，煤礦地質(zhì)。