CN102176071A - 一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法，包括：对预定地区的地表打孔并进行温度勘测，根据所述温度勘测的结果，通过煤层自燃深度的计算模型，获取地下煤火深度信息。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本勘查技术工作原理简单，获取信息准确，操作简易，施工成本低廉。

Description

一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法

技术领域

本发明涉及一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法。

背景技术

根据原能源部环保司1992年颁布的《煤田火灾灭火规范》，提出了在火区勘查中，应以自然电场法、磁法、红外测温和钻探为主要煤火探测技术手段。近年来，随着航空航天遥感技术、热红外成像技术和同位素测氡等技术陆续进入煤矿火灾的勘查中，煤矿火灾勘查技术有了很大的进步和提高。新的“煤田火灾灭火规范”也在国家有关部门协调下，开始研究和制定中。

但是，煤矿火灾的发生、发展是一个缓慢的过程，在煤火出现并进入燃烧过程中，煤层顶板岩石一定会随着煤火燃烧的过程发生着微妙的变化，这就是我们为什么在地表可以看到大量烧变岩存在的前提条件。

煤层顶板烧变岩从浅变质(裂隙面呈砖红色)到深变质(整体像钢水一样，成现交融状，岩石原始结构、构造、化学成分全部改变)，从小范围发展到大面积出现，一定经历了地下煤火从低级到高级的发展过程(从火点发展到燃烧中心，再从燃烧中心发展到整个火区)。这就让我们联想到一种简单、经济的煤矿火灾探测方法-暨浅层岩石温度测量的方法，利用地表一定深度条件下，进行火区或采空区地下温度测量或连续观测，通过岩石观测温度的高低和变化，寻找一种地下煤火探测与监测的新方法。

熄灭地下煤火最主要的问题是要找到煤火燃烧中心的位置，通过煤火燃烧中心的变化来达到煤火预测预报的目的。但过去的煤火勘查技术成本高、不能长期使用，探测效果并不能反映煤火整体燃烧与发展状态，因此造成灭火效果不理想或灭火成本的大幅度提高。

地下煤火探测的仪器设备都不是专用的，如探测仪器简陋，钻探设备粗糙，钻孔保护条件差，使得连续观测效果不理想等问题出现。

地面物探测量方法多，观测方式灵活；缺点是有一定的危险性，规则侧网布置困难大。可以在航空物探测量基础上，选择重点火区，针对火区燃烧形式、构造特征及工作条件，选择合适方法开展测量，获得煤层自燃信息。

现有技术中存在的上述成本高，过程复杂且有危险性的煤矿火灾勘探问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法，实现煤矿火灾工作原理简单，获取信息准确，操作简易，施工成本低廉。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法，包括：对预定区域的地表打孔并进行预定深度的岩石温度勘测，根据所述温度勘测的结果，通过煤层自燃深度的计算模型，获取地下煤火深度信息。

进一步地，所述煤层自燃深度D的计算模型为：D＝H+(R-T)/Td；其中，H为所述打孔的深度，R为煤炭燃烧时的中心温度，T所述温度勘测的结果，Td为趋于稳定的地温梯度。

与现有技术相比，所述方法工作原理简单，获取信息准确，操作简易，施工成本低廉。而且不仅可以通过煤火上覆岩层温度变化圈定地下煤火燃烧中心范围，还可以根据长期测温数据预测地下煤火蔓延发展动态的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明型的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例所述一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法的流程图；

图2是根据本发明实施例所述一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法的实地测温图；

图3是根据本发明实施例所述的煤层燃烧图；

图4为根据本发明实施例所述建立煤层自燃深度的计算模型过程图；

图5是根据本发明实施例所述对预定区域不同位置进行温度勘探形成的测温成果图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明所述一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法的流程图，参见图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101：对预定地区的地表打孔并进行温度勘测；

步骤S103：根据所述温度勘测的结果，通过煤层自燃深度的计算模型，获取地下煤火深度信息。

从上述的步骤中可以看出，本实施例中的煤矿火灾勘探方法工作原理较为简单，操作简易，施工成本低廉；并且通过计算模型有助于获取较为准确的信息。

在判断煤炭自燃的燃烧程度和范围时，温度是最直接和准确的指标，受外部因素影响小，只要确定某处煤炭的温度及其分布，就能分析给定煤的自燃程度和范围。温度测定法既可以用于煤炭自燃预报，也可用于火源探测。

在自燃火区的上部利用仪器探测热流量或利用布置在测温钻孔内的传感器测定温度，根据测取的温度场用温度反演法来确定自燃火区火源的位置。参见图2所示，图2是根据本发明实施例所述一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法的实地测温图，其中，图21是选择预定地区，图22是用测温探头钻孔监测预定地区的地表温度。所述预定地区选择火源埋藏深度浅、火源温度高，已燃烧较长时间的火区。

地表浅层温度信息反映了地下较深处的热状况。当浅层地表处存在局部热源时，浅层地温场出现异常，根据其特征可以推断局部热源的位置和规模，用以勘探地下煤火的范围燃烧程度和解决有关的地质问题。

根据野外观察，热红外遥感图像分析和钻探验证，煤层自燃在地表造成的热异常由地下自燃点的深度、煤层厚度、上覆盖层的厚度等因素决定。参见图3所示，为根据本发明实施例所述的煤层燃烧图，在地下煤层自燃条件下，燃烧产生的热量沿岩石裂缝、裂隙扩散，向上逸出；或经过岩层热传导作用在地表形成热异常区。煤层自燃后，热量向***扩散，热传导的主方向垂直向上，强度随着煤层距离的增大而逐渐变弱，扩散距离与自燃煤层厚度呈正比。根据此原理，可以建立煤层自燃深度的计算模型，参见图4所示，图4为根据本发明实施例所述建立煤层自燃深度的计算模型过程图，所述煤层自燃深度的计算模型：D＝H+(R-T)/Td；其中，H为地温梯度趋于稳定时的深度，也就是打孔测温时，所述孔的深度；R为煤炭燃烧时的中心温度，R是根据预定地区煤的特质决定的；T为本方法打孔测量的孔内温度，Td为趋于稳定的地温梯度。

并且，参见图4所示，图4的计算模型方法，通过选择温度场，对所选择的温度场进行热量探测，热量，经过简单介质(岩石)传输，传导到浅层地表温度是可测的，并不受本季节气候特征的影响，通过温度场的描述，建立火区燃烧强度与埋藏深度研究，建立地下煤火热源与温度的关系。通过图4的计算模型可以对预定区域的不同位置通过本发明所述一种基于浅层岩石温度测量的煤矿火灾勘探方法进行温度勘测，如图5所示，图5是根据本发明实施例所述对预定区域不同位置进行温度勘探形成的测温成果图。

基于此原理提出地下煤火的三维热模型与热信息提取方法，研究在地下热源的三维热模型创建基础上，根据地下煤火地质环境条件经过稳态非线性模型--简单稳态非线性模型--简单稳态线性模型的简化，建立了基于离散点数据的热源反演方法(点反演)，基于连续观测剖面数据的热源反演方法(线反演)，基于连续观测平面数据的热源反演方法(体反演)，形成由地面温度确定地下火源的位置和强度的快捷方法。

根据本发明所述的方法，利用对煤矿采空区岩石裂隙和煤火燃烧形成的通风供氧***特征勘查，直接获取了煤矿火灾燃烧发展过程中，地下煤火燃烧中心在地表的客观表现或者叫直接煤火燃烧信息。针对某个火区不同阶段使用本裂隙勘查技术，可以直接获取地下煤火燃烧中心的煤火燃烧状态与煤火发展趋势。

并且，本实施例中对煤矿火灾科学防治具有重要指导意义，为火区治理提供煤火勘查依据，为采空区煤火防治与早期治理提供评估或煤火预测预报信息。与遥感技术煤火勘测相比较，本勘查结果数学精度更高，与物探勘测技术相比较煤火信息更直接、更可靠。与钻探技术相比较，成本明显低廉。

本实施例中的勘测技术的创新，不仅为煤矿火灾治理提供了新的、可靠的、低廉的煤矿火灾勘测新技术，更为煤矿采空区煤火防治提供了早期治理和煤火风险评估与预测预报新技术。目前国内外还没有一种煤火勘测技术比本技术的煤火勘测更直接、更准确和结果更令人信服。如果我们通过卫星、航空等遥感技术，也可以达到类似的判别目的，但其成本相对较高，技术过程也较复杂。其它技术方法无法满足对煤火燃烧中心进行判别所需要的综合信息。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果有：工作原理简单，获取信息准确，操作简易，施工成本低廉。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于浅层岩石温度勘测的煤矿火灾勘探方法，其特征在于，包括：

对预定区域的地表打孔并进行预定深度的岩石温度勘测，

根据所述温度勘测的结果，通过煤层自燃深度的计算模型，获取地下煤火深度信息。

2.根据权利要求1所述的煤矿火灾勘探方法，其特征在于，

所述煤层自燃深度D的计算模型为：D＝H+(R-T)/Td；

其中，H为所述打孔的深度，R为煤炭燃烧时的中心温度，T为孔内温度，Td为趋于稳定的地温梯度。

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