矿用透射式检测用X射线源的辐射性能与安全性能研究

X射线源是X射线透射式检测的核心组成设备,其稳定性与可靠性决定了X射线透射式检测性能。为满足X射线透射式检测的性能要求,X射线源的管电压宜在100~160 kV之间选取、管电流控制在0.1~4 mA。针对由Q235钢板制造的隔爆外壳会大大降低X射线源辐射输出强度的问题,提出了在矿用X射线源的隔爆外壳上安装钢化玻璃制成的X射线透窗,增加X射线的透射率。以煤矿选矸识别透射式检测领域应用的X射线源最大管电压160 kV、最大管电流4 mA为例,通过实测计算出矿用X射线源的最大辐射输出功率约为50 mW,满足GB/T 3836.22−2017《爆炸性环境第22部分:光辐射设备和传输系统的保护措施》规定的辐射功率不超过150 mW的要求。为降低矿用X射线源工作温度升高的风险,提出了X射线管宜选用导热性能好的陶瓷壳体,X射线管阳极与金属外壳直接固定以增加散热效果,利用X射线透窗来减少X射线管阳极电流产生的热功率,从而保证矿用X射线源的隔爆外壳表面温度小于GB/T 3836.1−2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定的150℃限值。为避免矿用X射线源对周围环境产生辐射影响,提出了将X射线管安装在用3 mm厚不锈钢+5 mm厚金属铅制成的铅室中,以屏蔽非工作区域的X射线,从而保证矿用X射线源的非工作区域X射线泄漏的剂量当量率小于GBZ 125−2009《含密封源仪表的放射卫生防护要求》规定的2.5μSv/h限值。

矿用防爆型煤灰分仪的研究与设计

为了提高采出率、控制含矸率,需要在煤矿井下用矿用防爆型煤灰分仪对采区原煤灰分进行在线监测。根据煤灰分仪用241Am低能γ射线在穿过3 mm钢板后衰减94.1%的现状,提出了射线透窗技术。通过研究各种材料,多次试验比对,找到了符合防爆性能要求的透窗材料,使低能γ射线在穿过隔爆壳时的衰减率降低至40.6%;选择双源分置、双γ探测仪技术消除了137Cs的康普顿效应对241Am的计数干扰,同时解决了Cs、Am计数范围不兼顾的矛盾。采用该技术设计的矿用防爆型煤灰分仪已在铁煤、焦作、兖矿等煤矿集团使用,现场测试表明,其精度满足了用户需求。

防爆型煤灰分仪的关键技术研究

针对目前煤灰分仪不能在煤矿井下使用的现状,提出了一种防爆型煤灰分仪的总体设计方案;指出防爆型煤灰分仪设计中的关键技术为射线透窗技术和基于电流变化率检测的本安电源技术;研究了煤灰分仪射线衰减特性,提出了防爆型煤灰分仪射线透窗技术要求,经过理论分析和测试提出了射线透窗材料选择方法,解决了低能γ射线在穿透隔爆外壳时衰减率大的难题,保证了煤灰分仪的精度;研究了本安设备的负载特性对本安电源性能的影响,提出了基于电流变化率检测的本安电源技术,克服了检测感性负载电流滞后变化的缺点,提高了煤灰分仪的可靠性。防爆型煤灰分仪在采区的应用有效降低了采区煤矸石的排放量。