煤炭是我国的重要能源,矿井自燃火灾事故严重威胁着矿井的生产安全和矿工的人身安全,精确探测火源位置是矿井自燃火灾防治的首要任务。相对于其它探火方法,地表同位素测氡法探测地下隐蔽火源,具有操作简单、成本低、不受地形限制、适合深部火灾探测等优点,被广泛应用于严重自然发火区域的探测。目前主要采用地表埋设α杯直接测氡法测量氡浓度,但在实际测量过程中,从地表采集到的氡易受外界因素的影响,制约了现场数据的有效采集和准确分析,近年来,与测氡法同属于核物探方法的210Po法测量发展迅速。210Po是氡气衰变产生的固态长寿命子体,是氡在向地表运移过程中持续衰变而成的,大量由氡衰变的210Po吸附滞留在近地表的土壤中形成稳定的胶体物质,其含量受外界因素影响较小,不易活化迁移,直接反映了母体氡在一段时间中的累积值。本文研究了氡及其特征子体的来源、理化性质等基本性质,分析氡在土壤层中的迁移规律和煤自燃采空区近地表土壤层氡及其特征子体的异常机理。通过煤自燃与测氡实验台土壤吸附实验,研究不同氡源浓度下土壤粒径、孔隙度和含水饱和度等物理性质对氡及其特征子体吸附滞留的影响;利用土壤氡浓度和土壤物理参数数据,建立BP神经网络土壤氡吸附模型预测土壤氡浓度。最后在已知火源位置的火区开展同位素测氡法与210Po法综合方法探火,分别使用传统统计法和趋势面分析法圈定的氡和210Po异常范围,验证210Po法测量在煤自燃采空区的实际应用效果和综合探火的优越性。本文的研究成果主要有:（1）常温下土壤氡的主要迁移方式为扩散作用和对流作用,土壤孔隙度、土壤粒径大小、土壤类型等土壤物理性质会对氡的迁移和析出过程造成影响。煤在地下自燃过程中,铀镭的迁移作用加强从而改变了煤自燃采空区上方覆岩氡的分布,随着温度升高,含铀岩石矿物氡的射气系数升高,氡在水中的溶解度减小,造成了煤自燃采空区近地表土壤层氡及其特征子体210Po的异常。（2）氡源浓度越高,吸附氡及其特征子体210Po的速率越快,相应的吸附平衡浓度也越高;土壤对氡的吸附仅在低氡源浓度下表现为均匀吸附,土壤对210Po的吸附在任意氡源浓度下都表现为均匀吸附;土壤粒径与氡的吸附速率和吸附平衡浓度成反比,过高或过低的含水饱和度均会阻碍土壤吸附氡的过程,适当的含水饱和度对土壤吸附氡的过程的促进作用。（3）基于BP神经网络基本原理,建立了BP神经网络土壤氡吸附模型,模型的输入变量为土壤温度、土壤粒径、土壤含水饱和度和有效孔隙度,输出变量为不同条件下的土壤氡浓度。通过拟合并对比土壤氡实测值与预测值得出,所建立的BP神经网络土壤氡吸附模型能够比较准确地通过土壤各物理性质参数来预测土壤氡浓度,表明建立BP神经网络土壤氡吸附模型是切实可行的。（4）由氡衰变而来的210Po不受土壤物理性质影响,受外界因素干扰较小且不易活化迁移,利用210Po数据圈定出的异常区域比氡圈定出的异常区域范围更大且更明显,能较好地反映出火区信息。但210Po数据会因地表植物通过叶片和根系使210Po在地表及地下根区异常富集而出现偏差。通过火区现场利用趋势面分析方法,结合同位素测氡法与210Po法综合方法探火可以排除与火区不相关的信息,优化火区异常范围的圈定,从而为井下安全生产提供保证。