[发明专利]地下煤火监测预警信息采集与预警方法

说明书

本发明属于地下煤火灾害监测预警技术领域，特别是地下煤火监测预警信息采集与预警方法，步骤⑴采用适用的数值软件构建火区地质力学模型；步骤⑵通过相应的公式运算得出等效透气率、煤火火区火风压、单位时间火区宏观热源强度、单元火区对流散热量、单元火区对流散热量、对流传热系数、火区地表热辐射散热量及火区烟气逸出的传质散热等；步骤⑶按周期获取有关火区状况的数据；步骤⑷将火区温度强度变化与火区温度异常区面积变化两个参数作为预警参数，根据初始数据、在步骤⑶中获取的各期监测数据计算其温度、面积变化率，当达到阀值时即发出预警信息。本发明将地下煤火探测、监测与预警融合为一体，动态运行以达到精确探测、监测与早期预警的目的。

技术领域

本发明属于地下煤火灾害监测预警技术领域，特别是地下煤火监测预警信息采集与预警方法。

背景技术

地下煤火是伴生煤炭资源开发的煤自燃灾害，是煤炭在地下半封闭空间的持续燃烧，煤持续燃烧的热效应会使火区环境的相关属性发生改变，如地表植被分布异常、地表温度异常、地表烟气异常、地表沉陷及地表土壤物性参数异常等，这些异常是煤火热效应的宏观表现，其与煤火燃烧状态、火区区域气象因子等密切相关，可作为煤火探测、监测、预警参数指标，这也是本发明专利申请的出发点。

地下煤火探测即是对火区空间范围进行定量描述，目前普遍采用磁法、电法对地下煤火燃烧异常进行探测，结合钻探及煤层赋存确定火区深度，可一定程度解决煤火探测问题，但定量精度有限。

地下煤火监测即是对火区燃烧状态进行监测，目前主要通过埋设浅层观测孔，通过采集孔内气样监测分析O2、CO浓度来判断火区可能的燃烧状态；采用热电偶温度计测量孔内温度，其缺点是不能连续监测。

地下煤火预警即是通过对火区宏观异常的参数监测，选择敏感参数，建立阀值模型，一旦某参数达到阀值即进行预警。另外一种预警为远期预警，即在对宏观异常进行参数监测的基础上，通过煤火热动力演化模型分析其变化趋势，确定在某一时间点或某一空间位置煤火可能将达到预警阀值，通常考虑将温度变化幅度与火区面积变化幅度作为预警指标，目前尚未有关于该内容研究的文献报道。

基于有效治理煤火的需要，迫切需要对火区进行有效监测，并对其发展规模及趋势进行预测、预警。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下煤火监测预警信息采集与预警方法，将地下煤火探测、监测与预警融合为一体，动态运行以达到精确探测、监测与早期预警的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种地下煤火监测预警信息采集与预警方法：

步骤⑴通过对火区地形、地表裂隙分布、地表温度场分布、地表烟气排放、火区煤层及覆岩柱状与岩性进行测量、分析，确定参数值作为边界条件，采用适用的数值软件(如FLAC3D、UDEC等)构建火区地质力学模型：火区地形采用三维激光测距仪进行测量构建模型，地表裂隙分布采用专用软件识别LIDAR矢量化测量数据，构建地表裂隙分布方位与尺寸，地表地形与裂隙分布数据作为火区地质力学模型的初始状态；在该初始状态基础上，根据火区地质勘探报告提供的火区煤层、覆岩产状与属性，完善火区地质力学模型；采用红外热成像仪获得火区地表温度场分布信息，采用土壤气室监测火区地表非裂隙区域烟气排放数据，采用便携式烟气分析仪监测火区地表裂隙区域的烟气排放数据，两种数据构建了火区地表烟气浓度场分布。将火区地表地形数据、地表裂隙场分布数据、地表温度场分布数据、地表排放烟气浓度场分布数据进行叠加构建其多场耦合模型，叠加火区煤层、覆岩力学参数至该耦合模型，即完成特定火区地质力学初始模型；

步骤⑵

①通过公式(1)运算得出等效透气率Ke：