我国鄂尔多斯盆地是一个大型的能源基地，即有大型煤矿田，同时也存在世界级规模的特大型砂岩铀矿床。区域内铀煤资源上下重叠共生,形成了复杂的矿产布置,铀矿层位于煤层上部100m左右,铀矿采用地浸法进行开采,煤矿采用长壁法进行开采。为确保煤矿开采中的顶板安全,施工时必须定期对顶部含水层进行疏放水并降压,煤矿的疏放水必然导致地浸铀矿层中水位的下降。现规划的协调开采方案为:煤矿由首采区向西推进;待铀地浸开采完成后,煤矿再由首采区向东开采,由此带来了一系列的开采、安全和环境问题。顶板降压疏放水时切断了铀煤矿层之间的隔水层,形成人工漏斗,导致区域内含氡的地浸溶液向煤矿放水方向迁移,形成了诸多安全隐患。例如:含有较高浓度的放射性核素(主要表现为氡)随岩层内部残留的地浸溶液迁移到煤矿疏水区域并沿空气扩散到煤矿开采巷道中,使得井下采煤区的环境氡浓度升高,增大了辐射风险,影响到煤矿采掘的正常作业。根据氡由地浸铀矿向下迁移到煤矿区的特点,将区域内岩层简化为多孔介质,依据多孔介质内溶质运移原理,根据实际工况将其分为氡在地浸、疏放水溶液中运移和氡从溶液析出两个阶段,其一建立氡在多孔介质地浸溶液中的饱和/非饱和运移数学模型;其二建立含氡溶液在不同温度、湿度条件下氡析出的数学模型,最终完成对采煤区氡析出浓度的预测,为煤矿通风提供设计参数,为控氡提供理论依据。这也是铀煤协调开采中的辐射环境安全的重要基础研究课题,对于促进煤矿安全生产、实现两种资源的综合开采和合理开发有着重要的理论意义和工程实际意义。本论文组:我国鄂尔多斯盆地是一个大型的能源基地,即有大型煤矿田,合建立了地浸采铀区下采煤区的饱和/非饱和氡运移模型和疏放水时含氡溶液氡析出模型,模拟了氡从含铀岩层到煤层巷道的运移过程,掌握了氡在地浸和疏放水过程中的运移规律,实现了对煤层巷道中氡析出的预测,为铀煤协调开采煤矿的通风排氡降氡系统设计提供理论依据。本文基于多孔介质中的气液两相运移理论、氡的扩散-渗流运移理论以及氡的两相间的析出理论,采用了理论分析、模型试验、回归设计、反演设计、数值模拟及工程应用等方法,开展了氡从地浸采铀区到煤层巷道的运移研究。论文所研究的主要内容如下:(1)根据实际工况建立了地浸采铀区下采煤区的含氡溶液在地浸和疏放水过程中一维饱和/非饱和氡运移数学模型,并根据数学模型确立了各个水力参数的建立方法。(2)研制了含氡溶液在地浸和疏放水过程中一维饱和/非饱和氡运移试验装置和测量方法,进行了含氡溶液在地浸饱和状态和疏放水非饱和状态的试验研究,根据试验结果,得到一维条件下含氡溶液氡运移的水力参数(渗流率、扩散系数、延迟因子和氡流体因子)和饱和/非饱和条件下的氡浓度。(3)根据一维条件下含氡溶液氡在多孔介质中相关运移参数,建立了三维含氡溶液在多孔介质氡运移模型,并根据实际地形地貌,采用反演法研究了氡在饱和/非饱和多孔介质地浸溶液中的运移参数,对渗透率、扩散系数、延迟因子进行正交试验分析,以反演结果全部解为参数,采用回归设计,拟合出各向扩散系数和延迟因子相对于渗透率的数学模型。(4)建立一维含氡溶液的液气氡析出数学模型,进行了对应的室内实验,研究了含氡溶液在不同的温度、湿度条件(煤矿特定环境条件,温度15~35℃,湿度65%RH~95%RH)下的液气两相间的氡析出率和氡传输速度。并建立了温度和湿度相对于氡析出率和氡传输速度的数学模型。(5)根据基于有限体积法的AnsysCFX软件,以纳岭沟铀矿和塔然高勒煤矿存在铀煤重叠共存的资源区为研究对象,工况为地浸采铀,煤矿定期疏放水降压,建立了含氡溶液在多孔介质氡运移为主要对象的实际物理瞬态分析模型,得到了铀矿和煤矿在协调开采时氡的运移规律和浓度分布情况,为工程项目的控氡、排氡提供了理论基础。