矿井自燃火灾防治的关键在于火源位置的精确探测,同位素测氡法因其操作简便、成本低、不受地形限制、适合深部火区探测等优点已广泛应用于自然发火严重区域的探测,但如何在地表通过获得准确的氡浓度异常信息来精准探测复杂状况下煤自燃火区是测氡技术所面临的关键技术挑战。目前地表氡异常信息的获取主要采用α杯法,该法易受季节、气象、日照、风力、仪器震动及其它人为因素的影响,制约现场数据的有效采集和准确分析。受煤自燃影响,在向地表输运的过程中氡不断衰变成物理化学性质不活泼的固态长寿命子体,这些子体一旦形成便吸附滞留于附近的土壤中,其浓度不易随环境等外界因素发生变化,可直接反映母体氡在一定时间内的累积值。因此,利用表土层中所累积的特征子体作为示踪剂有望获得准确的氡浓度异常信息,但其中氡及其特征子体的累积分布规律不明制约异常信息获取的精度。因此,有必要对煤自燃时氡及其特征子体在表土层中的累积分布规律进行研究。本文通过比较氡的三种固态长寿命子体所具有的性质,筛选出最优示踪子体。阐明自然状态下土壤氡析出机制与特征子体吸附规律,并分析煤自燃后对该过程造成的影响,进而获得表土层中能够影响氡及其特征子体累积分布的土壤特性参数。以自燃火区上覆土壤为研究对象,探究其中氡及其特征子体的相关性,分析不同土壤特性参数对相关性的影响,研究不同测点位置二者累积分布特征。针对通过布置测点所获得的有限氡浓度数据的插值分析方法进行优化研究,基于其本身所具有的空间自相关特性,选择地质统计学下最优插值方法。选择已知火源位置火区实施现场应用,验证特征子体分析法在地表获得氡浓度异常信息的有效性以及判断火源位置的准确性,研究表土层中氡浓度与不同深度钋含量的相关程度,为确定合理的取样深度提供科学依据。研究表明:210Po可作为氡浓度异常信息的最优示踪子体;煤自燃时氡及子体210Po在表土层中的累积分布具有相关性,且其含量均随深度的增加而逐渐升高;土壤特性参数中,含水饱和度对相关性影响较大,当饱和度较低时,氡钋相关指数R2随饱和度的增加而增加,当饱和度较大时,则随饱和度的增加而减小;相关指数R2随土壤粒径的增大而逐渐减小,黏质土壤氡钋相关性普遍大于砂质土壤;实际应用中,210Po分析法能够准确获得氡浓度异常信息以及判别火源位置,且20 cm可作为目标取样深度,布置土壤采样点时应避开灌木丛、树木等所在位置。