[发明专利]用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法及系统

说明书

本发明提供了一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法及系统，涉及矿井安全技术领域，利用采空区煤岩体升温及煤自燃产生的声波信号判断高温异常区域位置的方法。包括确定接收声波信号的最佳频率，并布置声波传感器测点，再实时计算每个测点处的声波信号强度平均值判断自燃危险程度，通过分析声波强度的变化斜率判断自燃危险程度的变化趋势，并且通过克里金插值法进行自燃煤层高温火区位置的反演，实现高温火区定位；该方法通过声波探测系统进行实现，包括声波传感器模块、数字化监测传输模块、声波数据分析模块、存储模块和显示模块；实现了快捷、低成本、高精度的确定矿井采空区高温异常区域，并用于分析煤层自燃的发生和发展过程。

技术领域

本发明涉及矿井安全技术领域，尤其是一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法，以及实现该方法的声波探测系统。

背景技术

煤的自燃是由于煤在开采存储和运输过程中发生自发燃烧的现象，煤自燃的危害非常严重，世界产煤国均不同程度受到煤自燃的威胁。据统计56％以上的煤层具有自燃发火的特性，煤自燃对井下生产安全造成重大威胁，另外煤层自燃灭火难度大，由于煤层自燃而损失的煤炭总量每年超过1000万吨，。

煤自燃火灾的探测是矿井火灾防治的关键，目前常用的探测手段多是根据煤氧化升温过程中产生温度场、电磁场、气体等产物的变化，进而判定火灾的危险程度和判定火源的位置。常用的火源的探测方法主要有钻探法、物探方法和化探方法，钻探法是非常准确的一种探测方法，但是成本高，一般作为探测后验证方法；物探方法主要有红外法、遥感法、瞬变电磁法、高密度电阻率法等，化探方法主要有氡气法，物探和化探方法是目前应用比较广泛的方法，在煤田火区的探测和定位方面均取得较大进展；上述方法也有应用在矿井高温异常区域的探测，但是由于井下特殊环境的影响，目前仍然不能实现快捷、低成本、高精度的确定矿井高温异常区域。

煤岩体损伤破裂过程中能够释放热能、弹性能、电能、磁能等，声波信号是煤岩体在变形破裂过程中以波的形式释放出来。煤岩声波探测技术能够实现危险源的定位，温度对煤岩体产生的热损伤破裂，都会伴随有声波信号，因此通过声波信号能够实现煤层自燃探测及定位。声波的波谱比较宽，其中超声波(高于20KHz)和次声波(低于20Hz)等都属于声波范畴，只是频率和波长不同。声波具有波长较长，传播过程中不宜衰减的优点，由于声波的传播特性，使得通过声波进行矿井煤自燃火源探测具有较大优势。目前还未发现有使用声波确定煤矿井下采空区高温火区位置的探测方法。

基于此，需要提供一种能够快捷、低成本、高精度的确定矿井高温异常区域，并用于分析煤层自燃的发生和发展过程的方法及装置。

发明内容

为了实现煤矿井下采空区高温火区位置的快捷、低成本、高精度探测，并分析煤层自燃的发生和发展过程，本发明提供了一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法及系统，具体技术方案如下。

一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法，步骤包括，

步骤一.确定接收声波信号的最佳频率，并布置声波传感器测点；

步骤二.实时计算每个声波传感器测点处的声波信号强度平均值，判断自燃危险程度；

步骤三.分析声波强度的变化斜率确定自燃危险程度的变化趋势，且通过克里金插值法进行自燃煤层高温火区位置的反演，定位高温火区位置。

优选的是，声波传感器测点的布置需要根据煤层的水文地质条件、煤体自燃特性、煤岩升温声波特性确定，煤岩升温声波特性通过煤岩升温声波测试试验确定；通过水文地质条件、煤体自燃特性和煤岩升温声波特性确定接收声波信号的最佳频率、测试距离和测点布置。

优选的是，声波传感器测点的布置包括回采过程中测点的布置和密闭区域声波探测测点的布置，声波传感器测点处均布置有声波传感器。

进一步优选的是，回采过程中测点的布置具体是：