一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法与流程

[0001]
本发明涉及采空区温度监测技术领域，具体涉及一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法。


背景技术：

[0002]
在煤矿井下，煤自燃是影响工作面安全回采的灾害之一，其中，采空区是煤自燃频发区域。因此，对采空区内的温度进行监测至关重要。
[0003]
由于采空区处于封闭空间，无法实时测量其内部空间各处温度。目前，现场操作时多采用气体探测法反演采空区煤自燃程度，并基于反演结果采取相应的火灾治理措施。但是，采用这种方法时，受煤矿井下风流、采动以及地质赋存的影响，一旦检测到标志性气体，则遗煤已经进入到了自燃阶段，不能起到提前预防的效果，直接增大了火灾发生的概率，加大了火灾治理的投入。
[0004]
为了解决上述问题，人们提出可以预先监测易着火位置的温度情况，可采用的测温方式有光纤测温技术、热电偶技术和红外探测技术等。
[0005]
然而，光纤测温技术是预先向采空区或者易着火区域铺设光纤，利用光时域反射技术进行采空区温度实时测量，由于光纤一般铺设在煤层底板，受煤层顶板垮塌以及矿井水的影响，该方法经常出现光纤被砸断，光纤或感温探头被浸泡等问题。此外，该方法需要预埋光纤，而对于没有预埋且已经着火的区域，无法测量其内部温度。
[0006]
红外探测技术仅适用于表层温度变化较明显的区域测温，不适用于矿井下采空区或者废弃巷道区域温度的探测。而通过在钻孔中伸入热电偶测温，虽然有时能够测量出着火空间的温度，但是测到温度点有限，受钻孔围岩状况及采空区多孔介质导热性差的影响，该方法准确性和敏感性差，且测量的温度点通过普通的数值拟合方法难以得到热源位置。
[0007]
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种更为有效的方法，以快速、准确的确定采空区热源位置，保证煤矿的安全生产。


技术实现要素：

[0008]
有鉴于此，本发明公开了一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法，可以根据少量采空区危险区域测点的温度，反演得出采空区热源位置，以利于提前做好定点预防及防火工作，减少火灾治理的投入，提高现场作业安全性和经济性。
[0009]
根据本发明的目的提出的一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法，包括以下步骤：
[0010]
步骤一、根据现场条件判断选取采空区可能的高温空间。
[0011]
步骤二、在已选取的高温空间内，选择四个任意三点不共线的监测点a、b、c、d，构建一个四面体模型，并测量对应监测点的温度值t
a
、t
b
、t
c
、t
d
。
[0012]
步骤三、选取四面体中的任意一个面，并求取对应三角形的三边中垂线，三条中垂线相交，将该面在高温空间内的延伸面划分成六个区域。
[0013]
步骤四、将三角形所对应的三点温度两两比较，以两点之间连线的中垂线为分界线，获得六个区域中的三个相对高温区域；三次比较后，所获得的三组相对高温区域的交集区域即为该面的高温区域。
[0014]
步骤五、重复步骤三、四，将四面体模型的另外三个面也做同样处理，获得四面体各个面的高温区域。
[0015]
步骤六、将每个面所获得的高温区域均沿垂直于对应面的方向延伸，形成棱柱。
[0016]
步骤七、四个棱柱相交，初步获得高温热源所在的空间区域。
[0017]
步骤八、以步骤七所获得的空间区域为基础，再次在该空间区域外的高温空间内选取四个任意三点不共线的监测点，构建包含或等同于该空间区域的四面体模型，并测量四个监测点的温度值；重复步骤三-七，缩小热源所在的空间区域，直至所求区域符合现场应用要求。
[0018]
优选的，步骤八中，若步骤七所获得的空间区域为四面体，则以该空间区域为模型，选择四面体的四个点作为监测点，测量温度值。
[0019]
优选的，步骤二、八中，使用热电偶测温方式对监测点进行温度测量。
[0020]
与现有技术相比，本发明公开的一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法的优点是：
[0021]
本发明操作方便，不仅能够探测采空区的温度分布情况，还可根据测点的温度反演出热源区域，准确地判断煤矿井下采空区及其它着火区域的热源位置，从而有利于预防火灾的发生以及在火灾发生后能及时治理。
附图说明
[0022]
为了更清楚的说明本发明实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
[0023]
图1为以锐角三角形为例的反演过程。
[0024]
图2为以直角三角形为例的反演过程。
[0025]
图3为以钝角三角形为例的反演过程。
[0026]
图中：1-区域一；2-区域二；3-区域三；4-区域四；5-区域五；6-区域六。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0028]
图1-图3示出了本发明较佳的实施例，对其进行了详细的剖析。
[0029]
如图1-3所示的一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法，包括以下步骤：
[0030]
步骤一、根据现场条件判断选取采空区可能的高温空间。
[0031]
步骤二、在已选取的高温空间内，选择四个任意三点不共线的监测点a、b、c、d，构
建一个四面体模型，并使用热电偶、光纤或其他测温方式测量对应监测点的温度值t
a
、t
b
、t
c
、t
d
。
[0032]
步骤三、选取四面体中的任意一个面，并求取对应三角形的三边中垂线，三条中垂线相交，将该面在高温空间内的延伸面划分成六个区域。
[0033]
步骤四、将三角形所对应的三点温度两两比较，以两点之间连线的中垂线为分界线，获得六个区域中的三个相对高温区域。三次比较后，所获得的三组相对高温区域的交集区域即为该面的高温区域。假设三角形的三个点a、b、c的温度值t
a
>t
c
>t
b
。以所选取的面为锐角三角形、直角三角形或钝角三角形分别举例。如图1所示，所选取的面为锐角三角形，比较a、c两点，因t
a
>t
c
，则可以确定三个相对高温区域为区域一1、区域二2、区域六6。比较a、b两点，因t
a
>t
b
，则可以确定三个相对高温区域为区域一1、区域五5、区域六6。比较c、b两点，因t
c
>t
b
，则可以确定三个相对高温区域为区域四4、区域五5、区域六6。三组相对高温区域的交集为区域六6，则区域六6为该面求得的高温区域。如图2所示，所选取的面为直角三角形，比较a、c两点，因t
a
>t
c
，则可以确定三个相对高温区域为区域三3、区域四4、区域五5。比较a、b两点，因t
a
>t
b
，则可以确定三个相对高温区域为区域四4、区域五5、区域六6。比较c、b两点，因t
c
>t
b
，则可以确定三个相对高温区域为区域一1、区域五5、区域六6。三组相对高温区域的交集为区域五5，则区域五5为该面求得的高温区域。如图3所示，所选取的面为钝角三角形，比较a、c两点，因t
a
>t
c
，则可以确定三个相对高温区域为区域一1、区域五5、区域六6。比较a、b两点，因t
a
>t
b
，则可以确定三个相对高温区域为区域一1、区域二2、区域六6。比较c、b两点，因t
c
>t
b
，则可以确定三个相对高温区域为区域一1、区域二2、区域三3。三组相对高温区域的交集为区域一1，则区域一1为该面求得的高温区域。
[0034]
步骤五、重复步骤三、四，将四面体模型的另外三个面也做同样处理，获得四面体各个面的高温区域。
[0035]
步骤六、将每个面所获得的高温区域均沿垂直于对应面的方向延伸，形成棱柱。
[0036]
步骤七、四个棱柱相交，初步获得高温热源所在的空间区域。
[0037]
步骤八、以步骤七所获得的空间区域为基础，再次在该空间区域外的高温空间内选取四个任意三点不共线的监测点，构建包含或等同于该空间区域的四面体模型，并使用热电偶、光纤或其他测温方式测量四个监测点的温度值。若步骤七中所获得的空间区域为四面体，则直接以该空间区域为模型，选择四面体的四个点作为监测点，测量温度值。重复步骤三-七，缩小热源所在的空间区域，直至所求区域符合现场应用要求。
[0038]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。