CN103591980B

CN103591980B - 监控煤炭地下气化通道贯通的方法、装置及系统

Info

Publication number: CN103591980B
Application number: CN201310611134.2A
Authority: CN
Inventors: 梁桂玲
Original assignee: ENN Coal Gasification Mining Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103591980A

Abstract

本发明公开了一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法、装置及系统，方法包括：检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质的变化率；根据检测到的所述放射性物质的变化率，获得所述放射性物质的变化率等值线；根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态。通过检测放射性物质的变化率以及获得所述放射性物质的变化率等值线，并根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态，实现了对煤炭地下气化通道贯通的监控。

Description

监控煤炭地下气化通道贯通的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化技术，尤其涉及一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法、装置及系统。

背景技术

煤炭地下气化就是将地下煤炭通过热化学反应原地转化为可燃气体的技术。

气化之前，需要从地面向下打至少两个钻孔到煤层。其中，一个钻孔（以下简称进气孔）用于将气化剂如空气、水蒸汽、富氧空气等输出到煤层，以对煤层进行气化；另一个钻孔用于把气化后产生的可然气体输送到地面。

由于煤层的天然渗透能力很差，因此在通过钻孔将气化剂输出到煤层之前，还需要在钻孔底部之间沿煤层构建高渗透性通道，用于以保证通过钻孔输入的气化剂能顺畅提供给煤层，并且，煤层气化后可以顺畅排出煤气至钻孔。其中，高渗透性通道即煤炭地下气化通道，构建高渗透性通道的过程也即贯通煤炭地下气化通道的过程。此外，贯通的煤炭地下气化通道还可以提供气化反应所必需的热条件。

但是，现有的煤炭地下气化通道贯通缺少必要的监控手段。

发明内容

本发明的目的在于提出一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法、装置及系统，以实现对煤炭地下气化通道贯通的监控。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法，包括：

检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质的变化率；

根据检测到的所述放射性物质的变化率，获得所述放射性物质的变化率等值线；

根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态。

一种监控煤炭地下气化通道贯通的装置，包括：

检测模块，用于检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质的变化率，所述预设范围的中心线为两个钻孔的孔口所在的直线，待贯通的煤炭地下气化通道位于所述两个钻孔的底部之间；

等值线获取模块，用于根据所述检测模块检测到的所述放射性物质的变化率，获得所述放射性物质的变化率等值线；

状态获得模块，用于根据所述等值线获取模块获得的所述变化率等值线，获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态。

一种监控煤炭地下气化通道贯通的系统，包括：放射性物质检测器及上述监控煤炭地下气化通道贯通的装置，所述放射性物质检测器用于检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质析出率，所述装置根据所述放射性物质检测器检测到的放射性物质析出率，对所述煤炭地下气化通道贯通进行监控。

本发明提供的监控煤炭地下气化通道贯通的方法、装置及系统，通过检测放射性物质的变化率以及获得所述放射性物质的变化率等值线，并根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态，实现了对煤炭地下气化通道贯通的监控。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的监控煤炭地下气化通道贯通的方法中放射性物质的变化率等值线的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法的流程图；

图4为图3所示的监控煤炭地下气化通道贯通的方法中的检测点布局图；

图5为本发明实施例提供的一种监控煤炭地下气化通道贯通的装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种监控煤炭地下气化通道贯通的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1为本发明实施例提供的一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤11、检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质的变化率。

煤炭地下气化通道的贯通方法有空气火力渗透法、水力压裂法、电力贯通法和定向钻勾通法等，这些贯通方法在原理和实施方式上存在差异但过程本质相似，都是借助外力增加煤层空隙和裂隙，以提高煤层的透气性。

而煤系地层大都含有较高的放射性元素，多孔介质的孔隙和裂隙是其运移的主要通道，在连通孔隙和裂隙中的运移要比穿过介质的结晶颗粒运移容易的多。当贯通煤炭地下气化通道时，地下煤层由于外力的作用发生氧化升温、煤层裂隙增加，物理化学形式发生改变时，其周围及上覆岩层中天然放射性元素析出率增大，在地面形成放射性异常。该异常可作为反映地质变化的信息而被检测出来，检测数据经过专用软件处理后，可得出位置、范围，发展的趋势，从而可对贯通过程进行监控和对贯通进行预测。

假设钻孔A和钻孔B的底部之间有一条正在贯通的煤炭地下气化通道，如果要对该煤炭地下气化通道的贯通进行监控，那么，可以对钻孔A和钻孔B的孔口之间以及周边的放射性物质的变化率进行检测。例如，实施贯通之前，在钻孔A和钻孔B的孔口之间及周边范围内布置放射性物质检测器。实施贯通时，通过布置的检测器检测该煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质的变化量，得到放射性物质的变化率。

其中，地表放射性物质一般为煤系地层中的放射性元素如铀、镭、钾的放射性同位素等衰变后得到的物质。本实施例中检测的是铀衰变后得到的氡及其子体。一般的地球物理探测中，放射性同位素测量是放射性同位素核地球化学测量的简称，即系指通过采集任一介质的样品，并分析其中的放射性同位素含量或其比值来达到找矿或解决其他问题的一组方法技术。目前探测火区，主要是测量氡气、氡的第一代子体和第二代子体，本实施例中采用的是活性炭测氡法，测量氡的第二代子体的阿尔法射线、伽玛射线的特征峰，或测量氡及其子体的伽玛射线的全能峰。氡的子体浓度与氡浓度呈正相关关系，可以根据氡子体的浓度计算氡浓度。本案例中，不需要将氡子体的浓度转化成氡浓度。步骤12、根据检测到的所述放射性物质的变化率，获得所述放射性物质的变化率等值线。

例如，可以在一幅图中标出上述钻孔A、钻孔B以及放射性检测器的位置，并标出各个检测位置上的变化率，然后将变化率相同的检测位置连接起来，便得到了放射性物质的变化率等值线。

步骤13、根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态。

例如，当获得的所述变化率等值线包括预设变化率等值线时，确定变化率等值线的变化率高于所述预设变化率等值线的变化率的位置下方的煤炭地下气化通道已贯通，确定变化率等值线的变化率低于所述预设变化率等值线的变化率的位置下方的煤炭地下气化通道未贯通。

示例性的，所述预设变化率等值线可为变化率为20%-30%的等值线。

如图2中的（a）所示，最右边的曲线为预设变化率等值线，而预设变化率等值线右边的位置上的变化率等值线的变化率高于预设变化率等值线的变化率，说明煤炭地下气化通道已从该曲线的右边贯通到该曲线位置下方的煤层。

示例性的，根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态之后，还可包括：

根据已贯通的通道长度和贯通所述已贯通的通道长度所用的时间，获得贯通速度。

假设图2中的（a）为1月27日获得的某正在贯通的煤炭地下气化通道上方的氡值变化率等值线图，图2中的（b）为2月1日获得的该正在贯通的煤炭地下气化通道上方的氡值变化率等值线图，图2中的（c）为2月5日获得的该正在贯通的煤炭地下气化通道上方的氡值变化率等值线图。其中，1#-13#为13个钻孔的编号，JC1-JC5为5个检测点的编号。13个钻孔中的任意两个钻孔的底部之间都在进行煤炭地下气化通道的贯通。纵向曲线为变化率等值线，从左边的变化率等值线的变化率低于右边的变化率等值线的变化率。

如图2中的（a）、（b）和（c）所示，1月27日氡值的20%-30%变化率等值线为最右边的实线，2月1日，该20%-30%变化率等值线（即图2中的（b）中左起第一根实线）已穿过1#钻孔和2#钻孔，共移动了30.7714米，可以得到移动速度为30.7714÷（2月1日-7月1日）=6.15米/天，而该移动速度即该正在贯通的煤炭地下气化通道的贯通速度。

示例性的，获得贯通速度之后，还可包括：

根据获得的所述贯通速度，预计所述待贯通的煤炭地下气化通道贯通时间和贯通剩余未贯通的煤炭地下气化通道所需时间中的至少一种时间。

仍以图2中（a）和（b）为例，从图2中的（b）可以看出，预设变化率等值线距检测点JC1#为21.4米，那么可以预测贯通到检测点JC1#所需的时间为21.4米÷6.15米/天=3.5天，预计2月5日可贯通到检测点JC1#。从图2中的（c）可以看出，2月5日20%-30%变化率等值线（图2中的（c）中左起第一根实线）已到达检测点JC1#，即煤炭地下气化通道如预测的那样已贯通到检测点JC1#。

对比2月1日和2月5日的氡值20%-30%变化率等值线，可以看出氡值20%-30%变化率等值线在4天时间里移动了23.8米，因此，氡值20%-30%变化率等值线的移动速度为4.8m/d，也即煤炭地下气化通道的贯通速度为4.8m/d。煤炭地下气化通道已贯通至检测点JC1#的下方，距离4#钻孔14.9068米，预计还需14.9/4.8=3.1天，贯通到4#钻孔的底部，即预计2月9日煤炭地下气化通道贯通到4#钻孔的底部。

本实施例提供的监控煤炭地下气化通道贯通的方法，通过检测放射性物质的变化率以及获得所述放射性物质的变化率等值线，并根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态，实现了对煤炭地下气化通道贯通的监控。进一步地，通过获得贯通速度还实现了预测贯通完成时间。

图3为本发明实施例提供的另一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法的流程图。本实施例中，监控煤炭地下气化通道贯通的方法通过检测氡实现对煤炭地下气化通道贯通的监控。如图3所示，监控煤炭地下气化通道贯通的方法包括：

步骤31、确定监测区域，布置测点。

首先，可由地下气化的进出气孔即地面上钻孔的位置，判断气化通道即煤炭地下气化通道的位置，根据煤炭地下气化的经验，气化通道的宽度一般为15-20米左右。因此，本实施例中，以煤炭地下气化通道进出气孔即钻孔的孔口之间的连线作为基线，左右各扩展10-15米，确定为氡气的地表探测范围即确定为监测区域。

然后，采用网格布点法，将监测区域地面划分成若干均匀网状方格，采样点设在网状方格的交点处。每个方格可为矩形，可从地图上均匀描绘。其中，采样点也即放置氡检测器的位置。在检测点可采用活性炭测氡法来检测氡值。

矩形实地面积视所测区域大小、气化火区的分布、探测的精度和监测力量而定。例如可采用4×4米均匀的网格布置采样点，或者测温孔周围10米的范围内2×2米布置。

本实施例中，布置的检测点如图4所示。

步骤32、根据检测的氡值获得放射性物质的变化率等值线。

其中，氡值由步骤31中布置的检测器检测得到。

变化率为步骤31中布置的检测器在实施贯通后测得的氡值相对于背景值的变化率。

背景值为步骤31中布置的检测器在实施贯通前测得的氡值。贯通期间，检测器对监测区域进行连续测量，获得不同时间的放射性元素数据。

变化率可通过Surfer软件计算获得。Surfer软件还可进一步绘制各次测值变化率等值线图。

步骤33、根据获得的变化率等值线获得对应地下气化通道贯通信息。

无论哪种地下气化炉通道开拓贯通的方法，都需要通过进出气钻孔进行操作，所以钻孔的位置和通道开拓贯通的方法限定了异常区的位置、大小和发展方向。例如高压火力贯通比水力贯通的异常下限值要高，因为温度的变化可以增加放射性元素的析出率。通常将20%的变化率作为氡异常值下限，高于此值的都为异常值。当某处测得的氡值变化率为异常值时，说明该位置下方的煤层已经贯通。20%变化率等值线圈定的范围为异常平面分布区，也即煤炭地下气化通道已贯通区。20%变化率等值线圈定的宽度和长度即煤炭地下气化通道已贯通的宽度和长度，20%变化率等值线圈定的面积即煤炭地下气化通道已贯通的面积。

20%变化率等值线的扩展方向即煤炭地下气化通道的贯通方向，20%变化率等值线的扩展速度也即煤炭地下气化通道的贯通速度。

步骤34、根据获得的地下气化通道贯通信息预测贯通时间。

例如，可以将获得的地下气化通道贯通信息与预期或是历史数据比较，判断贯通的过程是快是慢，顺利还是不顺利，是正向还是逆向等等。还可以根据地下气化通道贯通信息对未来的发展做出判断，如预测地下气化通道完全贯通的日期。

预测地下气化通道完全贯通的日期的方法可包括：趋势面扩展速度预测法和氡值异常经验速度预测法。

其中，趋势面扩展速度预测法针对大量离散点信息，从整体插值角度出发，来进行趋势渐变特征分析，反应数据总体规律性的变化，适合大范围的氡值异常。具体地，趋势面扩展速度预测法采用如下公式预测地下气化通道完全贯通的日期：

v=l/d，t=L/v

其中，l为两次20%变化率趋势面距离差，单位为米（m）；d为两次测试的间隔时间，单位为天（d）；v为20%变化率的运移速度，单位为米/天（m/d）；L为20%变化率等值线距离待贯通钻孔的距离，单位为米（m）；t预测的贯通天数，单位为天（d）。

氡值异常经验速度预测法从氡异常变量相关性和变异性出发，在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏、最优估计的方法，适合气化火区较复杂、小范围的异常区域。具体地，氡值异常经验速度预测法采用如下公式预测地下气化通道完全贯通的日期：

t=L/V

其中，t为预测的贯通天数（d），L为钻孔与变化率20-30%的异常等值线的距离（m），V为竖直钻孔间贯通的经验速度，V=1.4m/d。

本实施例提供的监控煤炭地下气化通道贯通的方法，根据地下气化炉的特点（如进出气孔的相对位置，煤层的天然裂隙等），在地面上布设足够多合理的测点（可以是正方形、矩形等形状，也可以是规则和不规则的），取得相关测试数据，利用相关软件获得放射性异常的平面分布图即氡值的变化率等值线图。然后根据不同时间得到的放射性物质异常场的变化规律，获得对应的地下通道贯通的信息，如已贯通的范围、发展趋势、贯通速率等，得到当前贯通的状态。进一步地，根据上述贯通信息，预测贯通需要的时间及贯通日期，为煤炭地下通道贯通过程的工艺调控及稳定控制提供参考依据。

图5为本发明实施例提供的一种监控煤炭地下气化通道贯通的装置的结构示意图。本实施例提供的装置用于实现图1所示的方法。如图5所示，监控煤炭地下气化通道贯通的装置包括：检测模块51、等值线获取模块52和状态获得模块53。

检测模块51用于检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质的变化率。例如，检测模块51获取图3所示的检测点检测的地表放射性物质的析出率，根据获取的该放射性物质的析出率获得放射性物质的变化率。

等值线获取模块52用于根据所述检测模块51检测到的所述放射性物质的变化率，获得所述放射性物质的变化率等值线；状态获得模块53用于根据所述等值线获取模块52获得的所述变化率等值线，获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态。

示例性的，所述状态获得模块可具体用于：

当获得的所述变化率等值线包括预设变化率等值线时，确定变化率等值线的变化率高于所述预设变化率等值线的变化率的位置下方的煤炭地下气化通道已贯通，确定变化率等值线的变化率低于所述预设变化率等值线的变化率的位置下方的煤炭地下气化通道未贯通。

示例性的，所述检测模块51检测到的所述预设变化率等值线为变化率可为20%-30%的等值线。

示例性的，本发明实施例提供的监控煤炭地下气化通道贯通的装置还可包括：

速度获得模块，用于在所述状态获得模块53根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态之后，根据已贯通的通道长度和贯通所述已贯通的通道长度所用的时间，获得贯通速度。

预测模块，用于在所述速度获得模块获得贯通速度之后，根据获得的所述贯通速度，预计所述待贯通的煤炭地下气化通道贯通时间和贯通剩余未贯通的煤炭地下气化通道所需时间中的至少一种时间。

本实施例提供的监控煤炭地下气化通道贯通的装置，通过检测模块检测放射性物质的变化率以及通过等值线获取模块获得所述放射性物质的变化率等值线，并通过状态获得模块根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态，实现了对煤炭地下气化通道贯通的监控。进一步地，通过速度获得模块获得贯通速度以及预测模块，还实现了预测贯通完成时间。

图6为本发明实施例提供的一种监控煤炭地下气化通道贯通的系统的结构示意图。本实施例所示的系统用于实现上述实施例提供的方法。如图6所示，监控煤炭地下气化通道贯通的系统包括：放射性物质检测器61及监控装置62。

所述放射性物质检测器61用于检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质析出率，监控装置62可为上述实施例提供的任一种监控煤炭地下气化通道贯通的装置，监控装置62根据所述放射性物质检测器61检测到的放射性物质析出率，对所述煤炭地下气化通道贯通进行监控。

例如，放射性物质检测器61可以有多个，可如图4所示的检测点那样布置在待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表。实施贯通时，监控装置62根据放射性物质检测器61检测到的放射性物质析出率，获得放射性物质的变化率等值线，根据变化率等值线圈定的长度、宽度、范围、面积及扩展趋势，确定待贯通的煤炭地下气化通道已贯通的长度、宽度、范围、面积及扩展趋势，实现对煤炭地下气化通道贯通的监控。进一步地，还可根据贯通所用时间获得煤炭地下气化通道的贯通速度，从而可进一步预计煤炭地下气化通道的贯通时间。

上述实施例提供的方法、装置和系统，采用地面放射性物质测量得到放射性物质的变化率等值线，通过该变化率等值线准确得到贯通过程中煤炭地下气化通道贯通的扩展方向和贯通速率，有助于下一步的工艺调控。并且，上述实施例提供的系统简单易行，不需昂贵的仪器和检测手段，数据精确可靠。

类似地，通过检测镭、钾的放射性同位素等放射性元素衰变后得到的物质，也可以对煤炭地下气化通道的贯通进行监控，方法同上述利用氡或其子体监控煤炭地下气化通道的贯通。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、计算机只读存储器、光盘或软盘等。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种监控煤炭地下气化通道贯通的方法，其特征在于，包括：

根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态；

其中，根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设变化率等值线为变化率为20％-30％的等值线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态之后，还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获得贯通速度之后，还包括：

5.一种监控煤炭地下气化通道贯通的装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质的变化率，预设范围的中心线为两个钻孔的孔口所在的直线，待贯通的煤炭地下气化通道位于所述两个钻孔的底部之间；

状态获得模块，用于根据所述等值线获取模块获得的所述变化率等值线，获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态；

其中，所述状态获得模块具体用于：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述检测模块检测到的所述预设变化率等值线为变化率为20％-30％的等值线。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

速度获得模块，用于在所述状态获得模块根据获得的所述变化率等值线获得所述待贯通的煤炭地下气化通道的贯通状态之后，根据已贯通的通道长度和贯通所述已贯通的通道长度所用的时间，获得贯通速度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

9.一种监控煤炭地下气化通道贯通的系统，其特征在于，包括：放射性物质检测器及上述权利要求5-8任一项所述的监控煤炭地下气化通道贯通的装置，所述放射性物质检测器用于检测待贯通的煤炭地下气化通道上方的地表放射性物质析出率，所述装置根据所述放射性物质检测器检测到的放射性物质析出率，对所述煤炭地下气化通道贯通进行监控。