專利名稱：一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法
技術領域：
本發明涉及一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法。
背景技術：
根據原能源部環保司1992年頒布的《煤田火災滅火規范》，提出了在火區勘查中， 應以自然電場法、磁法、紅外測溫和鉆探為主要煤火探測技術手段。近年來，隨著航空航天遙感技術、熱紅外成像技術和同位素測氡等技術陸續進入煤礦火災的勘查中，煤礦火災勘查技術有了很大的進步和提高。新的“煤田火災滅火規范”也在國家有關部門協調下，開始研究和制定中。但是，煤礦火災的發生、發展是一個緩慢的過程，在煤火出現并進入燃燒過程中， 煤層頂板巖石一定會隨著煤火燃燒的過程發生著微妙的變化，這就是我們為什么在地表可以看到大量燒變巖存在的前提條件。煤層頂板燒變巖從淺變質(裂隙面呈磚紅色)到深變質(整體像鋼水一樣，成現交融狀，巖石原始結構、構造、化學成分全部改變)，從小范圍發展到大面積出現，一定經歷了地下煤火從低級到高級的發展過程(從火點發展到燃燒中心，再從燃燒中心發展到整個火區)。這就讓我們聯想到一種簡單、經濟的煤礦火災探測方法-暨淺層巖石溫度測量的方法，利用地表一定深度條件下，進行火區或采空區地下溫度測量或連續觀測，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到煤火預測預報的目的。但過去的煤火勘查技術成本高、不能長期使用，探測效果并不能反映煤火整體燃燒與發展狀態，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備都不是專用的，如探測儀器簡陋，鉆探設備粗糙，鉆孔保護條件差，使得連續觀測效果不理想等問題出現。地面物探測量方法多，觀測方式靈活；缺點是有一定的危險性，規則側網布置困難大。可以在航空物探測量基礎上，選擇重點火區，針對火區燃燒形式、構造特征及工作條件， 選擇合適方法開展測量，獲得煤層自燃信息。現有技術中存在的上述成本高，過程復雜且有危險性的煤礦火災勘探問題，目前尚未提出有效解決方案。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法，實現煤礦火災工作原理簡單，獲取信息準確，操作簡易，施工成本低廉。為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法，包括對預定區域的地表打孔并進行預定深度的巖石溫度勘測，根據所述溫度勘測的結果，通過煤層自燃深度的計算模型，獲取地下煤火深度信息。進一步地，所述煤層自燃深度D的計算模型為D = H+(R-T)/Td ；其中，H為所述打孔的深度，R為煤炭燃燒時的中心溫度，T所述溫度勘測的結果，Td為趨于穩定的地溫梯度。與現有技術相比，所述方法工作原理簡單，獲取信息準確，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，還可以根據長期測溫數據預測地下煤火蔓延發展動態的目的。
此處所說明的附圖用來提供對本發明型的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據本發明實施例所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法的流程圖；圖2是根據本發明實施例所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法的實地測溫圖；圖3是根據本發明實施例所述的煤層燃燒圖；圖4為根據本發明實施例所述建立煤層自燃深度的計算模型過程圖；圖5是根據本發明實施例所述對預定區域不同位置進行溫度勘探形成的測溫成果圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。圖1是本發明所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法的流程圖，參見圖1所示，該方法包括如下步驟步驟SlOl 對預定地區的地表打孔并進行溫度勘測；步驟S103 根據所述溫度勘測的結果，通過煤層自燃深度的計算模型，獲取地下煤火深度信息。從上述的步驟中可以看出，本實施例中的煤礦火災勘探方法工作原理較為簡單， 操作簡易，施工成本低廉；并且通過計算模型有助于獲取較為準確的信息。在判斷煤炭自燃的燃燒程度和范圍時，溫度是最直接和準確的指標，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報，也可用于火源探測。在自燃火區的上部利用儀器探測熱流量或利用布置在測溫鉆孔內的傳感器測定溫度，根據測取的溫度場用溫度反演法來確定自燃火區火源的位置。參見圖2所示，圖2是根據本發明實施例所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法的實地測溫圖，其中，圖21是選擇預定地區，圖22是用測溫探頭鉆孔監測預定地區的地表溫度。所述預定地區選擇火源埋藏深度淺、火源溫度高，已燃燒較長時間的火區。地表淺層溫度信息反映了地下較深處的熱狀況。當淺層地表處存在局部熱源時，淺層地溫場出現異常，根據其特征可以推斷局部熱源的位置和規模，用以勘探地下煤火的范圍燃燒程度和解決有關的地質問題。根據野外觀察，熱紅外遙感圖像分析和鉆探驗證，煤層自燃在地表造成的熱異常由地下自燃點的深度、煤層厚度、上覆蓋層的厚度等因素決定。參見圖3所示，為根據本發明實施例所述的煤層燃燒圖，在地下煤層自燃條件下，燃燒產生的熱量沿巖石裂縫、裂隙擴散，向上逸出；或經過巖層熱傳導作用在地表形成熱異常區。煤層自燃后，熱量向外圍擴散，熱傳導的主方向垂直向上，強度隨著煤層距離的增大而逐漸變弱，擴散距離與自燃煤層厚度呈正比。根據此原理，可以建立煤層自燃深度的計算模型，參見圖4所示，圖4為根據本發明實施例所述建立煤層自燃深度的計算模型過程圖，所述煤層自燃深度的計算模型D =H+(R-T)/Td ；其中，H為地溫梯度趨于穩定時的深度，也就是打孔測溫時，所述孔的深度； R為煤炭燃燒時的中心溫度，R是根據預定地區煤的特質決定的；T為本方法打孔測量的孔內溫度，Td為趨于穩定的地溫梯度。并且，參見圖4所示，圖4的計算模型方法，通過選擇溫度場，對所選擇的溫度場進行熱量探測，熱量，經過簡單介質(巖石)傳輸，傳導到淺層地表溫度是可測的，并不受本季節氣候特征的影響，通過溫度場的描述，建立火區燃燒強度與埋藏深度研究，建立地下煤火熱源與溫度的關系。通過圖4的計算模型可以對預定區域的不同位置通過本發明所述一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法進行溫度勘測，如圖5所示，圖5是根據本發明實施例所述對預定區域不同位置進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建基礎上，根據地下煤火地質環境條件經過穩態非線性模型一簡單穩態非線性模型一簡單穩態線性模型的簡化，建立了基于離散點數據的熱源反演方法(點反演)，基于連續觀測剖面數據的熱源反演方法(線反演)，基于連續觀測平面數據的熱源反演方法 (體反演)，形成由地面溫度確定地下火源的位置和強度的快捷方法。根據本發明所述的方法，利用對煤礦采空區巖石裂隙和煤火燃燒形成的通風供氧系統特征勘查，直接獲取了煤礦火災燃燒發展過程中，地下煤火燃燒中心在地表的客觀表現或者叫直接煤火燃燒信息。針對某個火區不同階段使用本裂隙勘查技術，可以直接獲取地下煤火燃燒中心的煤火燃燒狀態與煤火發展趨勢。并且，本實施例中對煤礦火災科學防治具有重要指導意義，為火區治理提供煤火勘查依據，為采空區煤火防治與早期治理提供評估或煤火預測預報信息。與遙感技術煤火勘測相比較，本勘查結果數學精度更高，與物探勘測技術相比較煤火信息更直接、更可靠。 與鉆探技術相比較，成本明顯低廉。本實施例中的勘測技術的創新，不僅為煤礦火災治理提供了新的、可靠的、低廉的煤礦火災勘測新技術，更為煤礦采空區煤火防治提供了早期治理和煤火風險評估與預測預報新技術。目前國內外還沒有一種煤火勘測技術比本技術的煤火勘測更直接、更準確和結果更令人信服。如果我們通過衛星、航空等遙感技術，也可以達到類似的判別目的，但其成本相對較高，技術過程也較復雜。其它技術方法無法滿足對煤火燃燒中心進行判別所需要的綜合信息。與現有技術相比，本發明實施例的有益效果有工作原理簡單，獲取信息準確，操作簡易，施工成本低廉。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于淺層巖石溫度勘測的煤礦火災勘探方法，其特征在于，包括 對預定區域的地表打孔并進行預定深度的巖石溫度勘測，根據所述溫度勘測的結果，通過煤層自燃深度的計算模型，獲取地下煤火深度信息。
2.根據權利要求1所述的煤礦火災勘探方法，其特征在于， 所述煤層自燃深度D的計算模型為D = H+(R-T)/Td ；其中，H為所述打孔的深度，R為煤炭燃燒時的中心溫度，T為孔內溫度，Td為趨于穩定的地溫梯度。
全文摘要
本發明提供了一種基于淺層巖石溫度測量的煤礦火災勘探方法，包括對預定地區的地表打孔并進行溫度勘測，根據所述溫度勘測的結果，通過煤層自燃深度的計算模型，獲取地下煤火深度信息。與現有技術相比，本發明的有益效果是本勘查技術工作原理簡單，獲取信息準確，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 優先權日2010年12月29日
發明者孔冰, 張鑫, 馬建偉 申請人:神華(北京)遙感勘查有限責任公司, 神華集團有限責任公司