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試中的應(yīng)用，對比了這幾種方法的優(yōu)缺點，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 簡介

為了解煤炭的品質(zhì)與性質(zhì)，技術(shù)人員通常會通過測定其灰分的方式來確定?；曳肿鳛楹饬棵禾抠|(zhì)量的重要指標(biāo)，在煤炭質(zhì)量檢測中占據(jù)重要地位，它指的是煤炭在高溫灼燒過程中，煤炭中所含的有機物質(zhì)與無機物質(zhì)相互反應(yīng)分解最終形成的產(chǎn)物。傳統(tǒng)的灰分測定方法為灼燒稱重法，即通過對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，在現(xiàn)場檢測時，技術(shù)人員也會采用快灰快浮的方式進(jìn)行處理，但這種測量手法所需時間過長，檢測效率低下，不適應(yīng)現(xiàn)代煤炭加工制造的實際需求，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射線測灰儀，這種測灰儀的問世有效地解決了傳統(tǒng)灰分測量難題，同時也極大地提升了煤炭質(zhì)量檢測效率，為企業(yè)節(jié)省了檢測成本，從而有效地提高了其經(jīng)濟效益。但目前從總體來看，在線測灰仍以輻射測量法為主要檢測手段，這種檢測方法具有很強的實時性，工序較為簡易，減輕了工人負(fù)擔(dān)，同時受外界影響度小，檢測結(jié)果準(zhǔn)確度高。

2 輻射測量法在煤的灰分檢測中的應(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，最后通過測量與質(zhì)量吸收系數(shù)成比例的低能γ射線反射強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。對煤炭而言，所有不可燃部分均可以算作灰分。在測試時，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量儀器，并于1976年首次鑒定了第一臺低能γ射線反射測灰儀。這種灰分測量方法所需技術(shù)以及模型較為簡易，測量工序嚴(yán)格，對所測量煤炭的各項指標(biāo)均有明確規(guī)定與要求，因此在實際使用中難以實行，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量方法，其優(yōu)勢為測量準(zhǔn)確度高、穿透能力強、檢測效率高，它適應(yīng)了煤的灰分檢測的需求，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，會有一定幾率產(chǎn)生正、負(fù)電子對，產(chǎn)生的正電子會立即與一個負(fù)電子發(fā)生湮沒反應(yīng)，產(chǎn)生一對能量為511keV的γ射線。高能γ射線與物質(zhì)發(fā)生電子對效應(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，可以利用這個原理，通過測量511keV的γ射線強度來確定煤的灰分含量。高能γ湮沒輻射法與其他測量法相比，不易受到高原子序數(shù)的影響，但它同時也存在測量條件復(fù)雜，測量統(tǒng)計精度較低，輻射安全性能不高等缺點。因此，目前技術(shù)人員針對這一問題加緊研究，以進(jìn)一步改造傳統(tǒng)的測量技術(shù)，減小誤差，改善測量條件。

2.3 雙能量γ射線透射法 雙能量γ射線透射法實現(xiàn)了煤灰分的在線測量，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較大，這就使灰分的測量成為可能。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)量厚度由運輸機上煤層的荷重量與散密度共同決定。因此，在實際測量時技術(shù)人員通常會采用兩種射線對煤層進(jìn)行透射，并觀察和測量其衰減情況，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)雜測量環(huán)境，實用性較強，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量方法，同時具備非破壞性分析特點，在科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其測量原理為，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。但與其他測量方法相比，這種測量方法不僅耗時較長，而且設(shè)備分析過程復(fù)雜，檢測成本較高，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，灰分測量被越來越多地應(yīng)用于煤炭質(zhì)量檢測中。而為了進(jìn)一步提升煤炭質(zhì)量檢測效率，防止灰分超標(biāo)，影響煤炭品質(zhì)，煤炭企業(yè)必須要加強技術(shù)革新力度，積極研發(fā)現(xiàn)代測量工藝，在線測灰方法就是在此背景下誕生的。本文主要研究了輻射測量法在煤的灰分測試中的應(yīng)用，這種測量法成本較低，穩(wěn)定性強，不易受到外界影響，具備較強的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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作者簡介：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)。