[发明专利]一种基于硫同位素组分比的煤田火区探测装置及方法

说明书

一种基于硫同位素组分比的煤田火区探测装置及方法，装置包括：抽气杆、导气软管、抽气打气泵、干燥筒、集气袋、同位素质谱仪。本发明由插入地表的抽气杆抽取浅层地表中气体，气体经导气软管输送至抽气打气泵，抽气打气泵压出气体通过导气软管进入干燥筒干燥，干燥筒干燥后的气体经导气软管导入集气袋，集气袋中气体经同位素质谱仪分析计算硫的同位素组分比，通过与原煤中硫同位素组分比对比，判定测点下方是否发生煤层自燃，综合各个测点信息进而达到圈定煤田火区的目的。其结构简单、操作方便、使用成本低。

技术领域

本发明涉及一种基于硫同位素组分比的煤田火区探测装置及方法，属于煤田安全领域，尤其适用于裂隙发育煤田火区。

背景技术

煤炭是现在和今后相当长一段时间内中国的主要能源。但是中国的煤炭资源一直深受自燃发火的威胁，在我国新疆、内蒙古、山西、宁夏、甘肃、青海等省(自治区)存在大量的煤田火区。据资料表明，我国半数以上的矿井有自燃火区或有自然发火危险区。自燃火灾不仅严重影响和威胁着煤矿安全生产，同时冻结大量的煤炭资源。据初步统计，由于煤炭自燃导致的优质煤损失量已达42亿t以上,现仍以2000～3000万t/a的速度增加，而受其影响造成的呆滞资源储量超过2亿t/a，由此造成的间接损失，诸如土地资源、大气污染、自然生态环境和人文活动等受到的影响更是难以估计。因此我国政府在21世纪议程中已将煤炭自燃列为重大自然灾害类型之一。

煤田火区治理的前提是找准燃烧区的位置，进而制定有针对性的灭火方案，扑灭煤田火区。如若不能精准圈定煤田火区位置，不仅达不到灭火效果，还会给灭火工作带来安全隐患。目前，用于确定煤田火区的探测方法主要有遥感、地表测温法、钻探法、电法、磁法和测氡法。各种方法均各具优缺点。遥感方法适合圈定大面积的煤田火区，但所获取信息为地表信息，无法对地下煤火进行有效探测，并且存在分辨率不足的问题；地表测温反应速度快，测温范围大，但是工作量大，耗费时间长，在火区上方进行测温工作具有危险性。且埋深30m以下煤田火区在地表可能无热异常表现；钻探方法是通过在火区施工钻孔后，根据钻孔温度的高低来判别火区的分布与发展程度；该方法是一种最直接的方法，但由于煤岩的导热性较差，为实现火区的较准确探测，需在整个探测区密集施工钻孔(一般孔距小于10m)，其工作量大，成本高，不易用此方法完成大面积火区探测的任务；电法与磁法因受大地杂散电流、磁场、山区复杂地形等多因素的干扰,使得多解性的资料解释非常困难，且磁法通过探测火区烧变岩生成的热剩磁来圈定火区边界，但烧变岩一般只有在温度高于400℃后才能产生显著热剩磁，因此，磁无法满足400℃以下区域的探测要求。

测氡法通过对探测区氡元素的探测判别煤田火区的分布情况，认为氡元素的浓度越大火区发展程度越严重，但是由于氡元素存在于煤层围岩中，并非煤层燃烧的直接产物，所以在煤田火区的圈定中存在不足。

根据中国煤的硫同位素组成特征及燃煤过程硫同位素分馏研究结果，表明虽然不同地区煤层的含硫量差距很大，但是在煤燃烧过程中，会出现硫的同位素分馏现象，即煤燃烧释放出来气体中硫同位素组成中，相对原煤有轻³⁴S的现象，此种现象为通过硫同位素分馏现象探测煤田火区提供了理论基础。相对于测氡方法，SO₂为煤燃烧直接生成产物，对于探测煤田火区更具优势。且根据研究表明，燃烧生成气体中，³⁴S/³²S组分比值低于煤样中³⁴S/³²S组分比值4‰以上。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有方法的不足，提供一种结构简便、操作方便、使用成本低的煤田火区探测装置及方法。

技术方案：本发明的基于硫同位素组分比的煤田火区探测装置，包括同位素质谱仪，还包括抽气杆、用导气软管与抽气杆尾部依次相连的抽气打气泵、干燥筒和集气袋，集气袋中的气体通过同位素质谱仪进行硫同位素组分的分析计算并输出结果；