[发明专利]地下煤火监测预警信息采集与预警方法

摘要

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。

主权项

1.一种地下煤火监测预警信息采集与预警方法，其特征是：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⑵①通过公式(1)运算得出等效透气率Ke： 1 K e = 1 L ( L 1 K 1 + L 2 K 2 + L 3 K 3 ) - - - ( 1 ) ]]>在公式(1)中：L为空气/烟气进、出火区路径总长度；L1、L2、L3分别对应表示流体流经燃烧火源区、燃烧空区及垮落区、燃烧火区影响区的长度；K1、K2、K3分别表示燃烧火源区、燃烧空区及垮落区、燃烧火区影响区的透气率；②通过公式(2)运算得出煤火火区火风压Pf：在公式(2)中：n0为火区烟气热状况系数，Qh为单位为KJ/s的烟气热释放率，n1为烟气热释放率指数，n2为火区与环境地形高差指数，Δh为单位为m的火区与环境地形高差，为单位为m/s的覆盖层表面烟气平均风速，Qv为实际排烟率，ts为单位为℃的火区地表裂隙/孔隙逸出烟气温度；t∞为单位为℃的火区大气环境温度，T∞＝273.15+t∞，ρ地面为单位为kg/m3的火区地面热空气柱平均密度，g为重力常数9.8，H为单位为m的火区地下箱体空间高度，tf为单位为℃的火区火源温度，ρ地下为单位为kg/m3的火区地下箱体烟气柱平均密度；③通过公式(3)运算得出单位时间火区宏观热源强度q放热量：在公式(3)中：0.032为单位为kg/mol的氧气摩尔质量，0.0224为单位为m3/mol的氧气摩尔体积，Ke为单位为m2的火区控制体等效透气率，Sf为单位m2的火区烟气流过的截面积，g为重力常数9.8，C0为单位为％的火区环境大气氧气浓度，C′0为单位为％的火区逸散烟气氧气浓度，ρ地面为单位为kg/m3的火区地面热空气柱平均密度，ΔZ为单位为m的火区地面热空气柱作用高度，ρ地下为单位为kg/m3的火区地下区域烟气柱平均密度，H为单位为m的火区地下箱体空间高度，ts为单位为℃的火区地表裂隙/孔隙逸出烟气温度，t∞为单位为℃的火区大气环境温度，tf为单位为℃的火源温度，Har为单位为％的煤中氢元素含量，Car为煤中碳元素含量，Oar为单位为％的煤中氧元素含量，Sar为单位为％的煤中硫元素含量，Ts为单位为K的裂隙烟气平均绝对温度，Ts＝ts+273.15，μ为烟气的动力黏度系数，L为空气/烟气进、出火区路径总长度；④通过公式(4)-1运算得出偏微分方程解：

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