專利名稱：一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)原能源部環(huán)保司1992年頒布的《煤田火災(zāi)滅火規(guī)范》，提出了在火區(qū)勘查中， 應(yīng)以自然電場法、磁法、紅外測溫和鉆探為主要煤火探測技術(shù)手段。近年來，隨著航空航天遙感技術(shù)、熱紅外成像技術(shù)和同位素測氡等技術(shù)陸續(xù)進(jìn)入煤礦火災(zāi)的勘查中，煤礦火災(zāi)勘查技術(shù)有了很大的進(jìn)步和提高。新的“煤田火災(zāi)滅火規(guī)范”也在國家有關(guān)部門協(xié)調(diào)下，開始研究和制定中。但是，煤礦火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)緩慢的過程，在煤火出現(xiàn)并進(jìn)入燃燒過程中， 煤層頂板巖石一定會隨著煤火燃燒的過程發(fā)生著微妙的變化，這就是我們?yōu)槭裁丛诘乇砜梢钥吹酱罅繜儙r存在的前提條件。煤層頂板燒變巖從淺變質(zhì)(裂隙面呈磚紅色)到深變質(zhì)(整體像鋼水一樣，成現(xiàn)交融狀，巖石原始結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、化學(xué)成分全部改變)，從小范圍發(fā)展到大面積出現(xiàn)，一定經(jīng)歷了地下煤火從低級到高級的發(fā)展過程(從火點(diǎn)發(fā)展到燃燒中心，再從燃燒中心發(fā)展到整個(gè)火區(qū))。這就讓我們聯(lián)想到一種簡單、經(jīng)濟(jì)的煤礦火災(zāi)探測方法-暨淺層巖石溫度測量的方法，利用地表一定深度條件下，進(jìn)行火區(qū)或采空區(qū)地下溫度測量或連續(xù)觀測，通過巖石觀測溫度的高低和變化，尋找一種地下煤火探測與監(jiān)測的新方法。熄滅地下煤火最主要的問題是要找到煤火燃燒中心的位置，通過煤火燃燒中心的變化來達(dá)到煤火預(yù)測預(yù)報(bào)的目的。但過去的煤火勘查技術(shù)成本高、不能長期使用，探測效果并不能反映煤火整體燃燒與發(fā)展?fàn)顟B(tài)，因此造成滅火效果不理想或滅火成本的大幅度提
尚ο地下煤火探測的儀器設(shè)備都不是專用的，如探測儀器簡陋，鉆探設(shè)備粗糙，鉆孔保護(hù)條件差，使得連續(xù)觀測效果不理想等問題出現(xiàn)。地面物探測量方法多，觀測方式靈活；缺點(diǎn)是有一定的危險(xiǎn)性，規(guī)則側(cè)網(wǎng)布置困難大?？梢栽诤娇瘴锾綔y量基礎(chǔ)上，選擇重點(diǎn)火區(qū)，針對火區(qū)燃燒形式、構(gòu)造特征及工作條件， 選擇合適方法開展測量，獲得煤層自燃信息?，F(xiàn)有技術(shù)中存在的上述成本高，過程復(fù)雜且有危險(xiǎn)性的煤礦火災(zāi)勘探問題，目前尚未提出有效解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法，實(shí)現(xiàn)煤礦火災(zāi)工作原理簡單，獲取信息準(zhǔn)確，操作簡易，施工成本低廉。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法，包括對預(yù)定區(qū)域的地表打孔并進(jìn)行預(yù)定深度的巖石溫度勘測，根據(jù)所述溫度勘測的結(jié)果，通過煤層自燃深度的計(jì)算模型，獲取地下煤火深度信息。進(jìn)一步地，所述煤層自燃深度D的計(jì)算模型為D = H+(R-T)/Td ；其中，H為所述打孔的深度，R為煤炭燃燒時(shí)的中心溫度，T所述溫度勘測的結(jié)果，Td為趨于穩(wěn)定的地溫梯度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述方法工作原理簡單，獲取信息準(zhǔn)確，操作簡易，施工成本低廉。而且不僅可以通過煤火上覆巖層溫度變化圈定地下煤火燃燒中心范圍，還可以根據(jù)長期測溫?cái)?shù)據(jù)預(yù)測地下煤火蔓延發(fā)展動態(tài)的目的。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法的實(shí)地測溫圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的煤層燃燒圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述建立煤層自燃深度的計(jì)算模型過程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述對預(yù)定區(qū)域不同位置進(jìn)行溫度勘探形成的測溫成果圖。
具體實(shí)施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1是本發(fā)明所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法的流程圖，參見圖1所示，該方法包括如下步驟步驟SlOl 對預(yù)定地區(qū)的地表打孔并進(jìn)行溫度勘測；步驟S103 根據(jù)所述溫度勘測的結(jié)果，通過煤層自燃深度的計(jì)算模型，獲取地下煤火深度信息。從上述的步驟中可以看出，本實(shí)施例中的煤礦火災(zāi)勘探方法工作原理較為簡單， 操作簡易，施工成本低廉；并且通過計(jì)算模型有助于獲取較為準(zhǔn)確的信息。在判斷煤炭自燃的燃燒程度和范圍時(shí)，溫度是最直接和準(zhǔn)確的指標(biāo)，受外部因素影響小，只要確定某處煤炭的溫度及其分布，就能分析給定煤的自燃程度和范圍。溫度測定法既可以用于煤炭自燃預(yù)報(bào)，也可用于火源探測。在自燃火區(qū)的上部利用儀器探測熱流量或利用布置在測溫鉆孔內(nèi)的傳感器測定溫度，根據(jù)測取的溫度場用溫度反演法來確定自燃火區(qū)火源的位置。參見圖2所示，圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法的實(shí)地測溫圖，其中，圖21是選擇預(yù)定地區(qū)，圖22是用測溫探頭鉆孔監(jiān)測預(yù)定地區(qū)的地表溫度。所述預(yù)定地區(qū)選擇火源埋藏深度淺、火源溫度高，已燃燒較長時(shí)間的火區(qū)。地表淺層溫度信息反映了地下較深處的熱狀況。當(dāng)淺層地表處存在局部熱源時(shí)，淺層地溫場出現(xiàn)異常，根據(jù)其特征可以推斷局部熱源的位置和規(guī)模，用以勘探地下煤火的范圍燃燒程度和解決有關(guān)的地質(zhì)問題。根據(jù)野外觀察，熱紅外遙感圖像分析和鉆探驗(yàn)證，煤層自燃在地表造成的熱異常由地下自燃點(diǎn)的深度、煤層厚度、上覆蓋層的厚度等因素決定。參見圖3所示，為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的煤層燃燒圖，在地下煤層自燃條件下，燃燒產(chǎn)生的熱量沿巖石裂縫、裂隙擴(kuò)散，向上逸出；或經(jīng)過巖層熱傳導(dǎo)作用在地表形成熱異常區(qū)。煤層自燃后，熱量向外圍擴(kuò)散，熱傳導(dǎo)的主方向垂直向上，強(qiáng)度隨著煤層距離的增大而逐漸變?nèi)?，擴(kuò)散距離與自燃煤層厚度呈正比。根據(jù)此原理，可以建立煤層自燃深度的計(jì)算模型，參見圖4所示，圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述建立煤層自燃深度的計(jì)算模型過程圖，所述煤層自燃深度的計(jì)算模型D =H+(R-T)/Td ；其中，H為地溫梯度趨于穩(wěn)定時(shí)的深度，也就是打孔測溫時(shí)，所述孔的深度； R為煤炭燃燒時(shí)的中心溫度，R是根據(jù)預(yù)定地區(qū)煤的特質(zhì)決定的；T為本方法打孔測量的孔內(nèi)溫度，Td為趨于穩(wěn)定的地溫梯度。并且，參見圖4所示，圖4的計(jì)算模型方法，通過選擇溫度場，對所選擇的溫度場進(jìn)行熱量探測，熱量，經(jīng)過簡單介質(zhì)(巖石)傳輸，傳導(dǎo)到淺層地表溫度是可測的，并不受本季節(jié)氣候特征的影響，通過溫度場的描述，建立火區(qū)燃燒強(qiáng)度與埋藏深度研究，建立地下煤火熱源與溫度的關(guān)系。通過圖4的計(jì)算模型可以對預(yù)定區(qū)域的不同位置通過本發(fā)明所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法進(jìn)行溫度勘測，如圖5所示，圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述對預(yù)定區(qū)域不同位置進(jìn)行溫度勘探形成的測溫成果圖。基于此原理提出地下煤火的三維熱模型與熱信息提取方法，研究在地下熱源的三維熱模型創(chuàng)建基礎(chǔ)上，根據(jù)地下煤火地質(zhì)環(huán)境條件經(jīng)過穩(wěn)態(tài)非線性模型一簡單穩(wěn)態(tài)非線性模型一簡單穩(wěn)態(tài)線性模型的簡化，建立了基于離散點(diǎn)數(shù)據(jù)的熱源反演方法(點(diǎn)反演)，基于連續(xù)觀測剖面數(shù)據(jù)的熱源反演方法(線反演)，基于連續(xù)觀測平面數(shù)據(jù)的熱源反演方法 (體反演)，形成由地面溫度確定地下火源的位置和強(qiáng)度的快捷方法。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，利用對煤礦采空區(qū)巖石裂隙和煤火燃燒形成的通風(fēng)供氧系統(tǒng)特征勘查，直接獲取了煤礦火災(zāi)燃燒發(fā)展過程中，地下煤火燃燒中心在地表的客觀表現(xiàn)或者叫直接煤火燃燒信息。針對某個(gè)火區(qū)不同階段使用本裂隙勘查技術(shù)，可以直接獲取地下煤火燃燒中心的煤火燃燒狀態(tài)與煤火發(fā)展趨勢。并且，本實(shí)施例中對煤礦火災(zāi)科學(xué)防治具有重要指導(dǎo)意義，為火區(qū)治理提供煤火勘查依據(jù)，為采空區(qū)煤火防治與早期治理提供評估或煤火預(yù)測預(yù)報(bào)信息。與遙感技術(shù)煤火勘測相比較，本勘查結(jié)果數(shù)學(xué)精度更高，與物探勘測技術(shù)相比較煤火信息更直接、更可靠。 與鉆探技術(shù)相比較，成本明顯低廉。本實(shí)施例中的勘測技術(shù)的創(chuàng)新，不僅為煤礦火災(zāi)治理提供了新的、可靠的、低廉的煤礦火災(zāi)勘測新技術(shù)，更為煤礦采空區(qū)煤火防治提供了早期治理和煤火風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)測預(yù)報(bào)新技術(shù)。目前國內(nèi)外還沒有一種煤火勘測技術(shù)比本技術(shù)的煤火勘測更直接、更準(zhǔn)確和結(jié)果更令人信服。如果我們通過衛(wèi)星、航空等遙感技術(shù)，也可以達(dá)到類似的判別目的，但其成本相對較高，技術(shù)過程也較復(fù)雜。其它技術(shù)方法無法滿足對煤火燃燒中心進(jìn)行判別所需要的綜合信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的有益效果有工作原理簡單，獲取信息準(zhǔn)確，操作簡易，施工成本低廉。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于淺層巖石溫度勘測的煤礦火災(zāi)勘探方法，其特征在于，包括 對預(yù)定區(qū)域的地表打孔并進(jìn)行預(yù)定深度的巖石溫度勘測，根據(jù)所述溫度勘測的結(jié)果，通過煤層自燃深度的計(jì)算模型，獲取地下煤火深度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦火災(zāi)勘探方法，其特征在于， 所述煤層自燃深度D的計(jì)算模型為D = H+(R-T)/Td ；其中，H為所述打孔的深度，R為煤炭燃燒時(shí)的中心溫度，T為孔內(nèi)溫度，Td為趨于穩(wěn)定的地溫梯度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災(zāi)勘探方法，包括對預(yù)定地區(qū)的地表打孔并進(jìn)行溫度勘測，根據(jù)所述溫度勘測的結(jié)果，通過煤層自燃深度的計(jì)算模型，獲取地下煤火深度信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本勘查技術(shù)工作原理簡單，獲取信息準(zhǔn)確，操作簡易，施工成本低廉。
文檔編號G01V9/00GK102176071SQ20111003359
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者孔冰, 張鑫, 馬建偉 申請人:神華(北京)遙感勘查有限責(zé)任公司, 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司