CN103603646A - 确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法、装置及系统，方法包括：根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，所述预设气体量为所述煤炭地下气化炉从初始时刻至所述当前时刻输出的预设气体的量，所述初始时刻为产生所述预设温度的时刻，所述预设气体为所述煤炭地下气化炉内处于预设状态下的燃空区产生的气体；根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。可实现了对煤炭地下气化炉内燃空区的范围及扩展规律的实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化技术，尤其涉及一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法、装置及系统。
背景技术
煤炭地下气化是将地下煤炭通过热化学反应原地转化为可燃气体的过程。
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（以下称为出气孔）。
由于煤层的天然渗透能力很差，因此在通过进气孔将气化剂输入到煤层之前，还需要在进气孔和出气孔的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将煤气排出至出气孔。其中，沿煤层构建的高渗透性通道即煤炭地下气化炉。
煤炭地下气化过程中，由于煤层燃烧和气化而产生的空腔即燃空区，也即采空区。燃空区随着气化过程的行进而不断扩大，使得煤层顶底板日益暴露。
煤层顶底板日益暴露，给气化过程带来三方面的影响：第一，随着空间的扩大，反应区的表面积越来越小，反应强度降低；第二，在煤炭地下气化过程中，燃空区上方及两侧的煤，在煤的燃烧与气化的高温作用下，将不断烧掉或热软化，从而使气化空间不断上移与扩大；第三，气化空间上方的岩层在高温和地应力作用下也将逐步丧失稳定而冒落，从而影响炉内温度。此外，煤层顶底板日益暴露还有可能引起燃空区上方煤岩层的过量移动、开裂破坏和地表沉陷，造成燃空区内煤气漏失或溢出地表污染环境，使气化炉不能正常生产。
因此，需要确定煤炭地下气化炉内燃空区，以避免上述问题的发生。
发明内容
本发明的目的在于提出一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法、装置及系统，以确定煤炭地下气化炉内燃空区。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法，包括：
根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；
获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，所述预设气体量为所述煤炭地下气化炉从初始时刻至所述当前时刻输出的预设气体的量，所述初始时刻为产生所述预设温度的时刻，所述预设气体为所述煤炭地下气化炉内处于预设状态下的燃空区产生的气体；
根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置，包括：
温度场获得模块，用于根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；
气体获取模块，用于获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，所述预设气体量为所述煤炭地下气化炉从初始时刻至所述当前时刻输出的预设气体的量，所述初始时刻为产生所述预设温度的时刻，所述预设气体为所述煤炭地下气化炉内处于预设状态下的燃空区产生的气体；
燃空区确定模块，用于根据所述温度场获得模块获取的所述预设温度等值线及所述气体获取模块获取的所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统，包括第一检测装置、第二检测装置及上述确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置，所述第一检测装置用于实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，所述第二检测装置用于检测所述煤炭地下气化炉输出的气体，所述确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置用于根据所述第一检测装置实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线，用于根据所述第二检测装置检测的所述煤炭地下气化炉输出的气体，获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量。
本发明提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法、装置及系统，通过根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；通过获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，以及根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区，能够确定燃空区中任何一个带的当前形态。通过上述方法确定热解带、还原带和氧化带的当前形态后，也就确定了整个燃空区的三维立体形态，从而实现了对煤炭地下气化炉内燃空区的范围及扩展规律的实时监控。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法中检测点布置的示意图；
图3为本发明实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法中得到温度等值线示意图；
图4为应用本发明实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法得到燃空区的局部立体示意图；
图5为本发明实施例提供的一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统确定煤炭地下气化炉内燃空区的流程图。
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确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法的流程图。如图1所示，确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法，包括：步骤11至步骤13。
在步骤11中，根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线。
例如在煤炭地下气化炉对煤层进行气化之前，可根据地下气化现场需要，在煤炭地下气化炉竖直正对的地面上布设足够多合理的检测点，以测量地下气化炉竖直正对地面土壤里的放射性物质含量。这是因为煤系地层大都含有较高的放射性核素，例如铀系和锕铀系，这些放射性核素的半衰期非常长，其衰变的子体氡及其同位素，以游离原子的形式通过晶格缺陷、晶格边界、岩石空隙和裂隙而运动，且具有很好的向上迁移的能力。对煤层进行气化时，煤炭地下气化炉产生的高温会增大岩石的射气系数，作用的时间越长，射气系数增加的越多。而煤层气化过程中，燃空区的温度一般都在300-1200℃以内，存在温度和压力梯度，也加速了放射性核素向上的迁移速率。因此，在热区上方与无热区上方将会出现明显的放射性物质浓度差异，那么通过提取放射性物质浓度的异常边界，并根据放射线物质与温度的函数关系，便可获得气化炉的温度场，从而可推测出燃空区的位置、面积和形状。
放射性物质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。本实施例中示范性的采用活性炭测氡法，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。
布置检测点时，可如图2所示，以煤炭地下气化炉进出气孔之间的连线作为基线，左右各扩展10-15米，为氡气探测的地表探测范围。然后，采用网格布点法，将地表探测范围内的地面划分成若干均匀网状方格，检测点设在两条直线的交点处，也即设在每个方格的顶点处。每个方格为矩形，可从地图上均匀描绘。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。检测点布置越密，探测效果越好。
在点火气化前可进一步测量放射性元素背景场，然后在炉道贯通期间对地表探测范围内的区域进行连续测量，获得不同时间的放射性元素数据。测量时，可以采用活性炭测量法等方法测氡的浓度。
由于地表某一位置处放射性物质如氡的浓度与该位置下方的地下煤层的温度为正相关的关系，通过在地下气化炉竖直正对的地面上布设足够多合理的放射性物质检测点，取得放射性物质的浓度数据，及放射性物质浓度与地下温度的关系，即可得到温度平面等值线图。
例如，通过检测得到的放射性物质浓度转换得到如图3所示的温度等值线图。图3中，1#为进气孔，2#为出气孔，通过检测地表的放射性物质浓度，可以转换得到下方煤炭地下气化炉的3条温度等值线图：300℃等值线、600℃等值线和900℃等值线。
在煤炭地下气化现场，固定煤层气化的环境一般在一个密闭的地下气化炉内，当煤层被燃烧气化后，会在煤层内部形成一个空腔，就是燃空区。该燃空区处于一个高温（300～1300℃）和带压（压力从常压到1.0MPa不等）的环境，因此，高于300℃等值线的位置下方可确定为煤炭地下气化炉内的燃空区。
在步骤12中，获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，所述预设气体量为所述煤炭地下气化炉从初始时刻至所述当前时刻输出的预设气体的量，所述初始时刻为产生所述预设温度的时刻，所述预设气体为所述煤炭地下气化炉内处于预设状态下的燃空区产生的气体。
例如，可通过现场检测的方式得到所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，也可以通过计算的方式得到所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，还可通过现场检测与计算相结合的方式得到所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量。
根据煤层通道的温度、主要化学反应及煤气成分的不同，可将处于不同状态下的燃空区划分不同的带。例如，将处于热解状态下的燃空区划分为热解带，将处于还原状态下的燃空区划分为还原带，将处于氧化状态下的燃空区划分为氧化带。如图3所示，热解带的温度为300℃-600℃，还原带的温度为600℃-900℃，氧化带的温度为900℃以上。一般情况下，燃空区同时具有上述三带：热解带、还原带和氧化带。
假设步骤12中当前时刻t得到的预设温度等值线为300℃等值线，热解带产生2：1：1的甲烷、氢气和一氧化碳，那么本步骤中，获取的煤炭地下气化炉输出的预设气体量为煤炭地下气化炉输出的甲烷、氢气和一氧化碳的量。假设在t0时刻（即初始时刻为t0）开始检测到300℃的温度，那么煤炭地下气化炉输出的2：1：1的甲烷、氢气和一氧化碳的量应该为从t0时刻到当前时刻t煤炭地下气化炉输出的2：1：1的甲烷、氢气和一氧化碳的总量。获取2：1：1的甲烷、氢气和一氧化碳的量时，可以仅从现场检测得到气化炉输出的甲烷的量，然后根据和氢气、一氧化碳之间的比例关系，计算得到2：1：1的甲烷、氢气和一氧化碳的总量。
获取还原带和氧化带产生的气体量的方法与热解带类似，不同之处在于，还原带产生一氧化碳，氧化带产生二氧化碳。由于三带基本同时产生，因此，默认三带产生的时间相同，均为初始时刻t0。获取还原带产生的一氧化碳的量时，可通过现场检测到的一氧化碳的总量减去热解带产生的一氧化碳的量得到。氧化带产生的二氧化碳可仅通过现场检测得到。
上述各带产生的气体的量，还可首先通过下面的计算公式得到从燃空区产生开始到当前时刻气化炉输出的气体总量：
出气量=进气量×79%/氮气含量； （1）
其中，进气量为从燃空区产生开始到当前时刻输入到进气孔的气体累积流量，79%为空气中的氮气量，氮气含量为每个班或每天色谱仪所测得的氮气百分含量的平均值。
然后根据计算得到的出气量与现场检测的各种气体之间的比例关系，得到各种气体的量，进而得到各带产生的气体的量。
假设公式（1）计算得到的出气量为4亿立方米，现场检测到的甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳的比例为2：1：2：1，则气化炉输出的甲烷和一氧化碳的量均为4亿立方米的2/6，氢气和二氧化碳均为4亿立方米的1/6，从而可以得到热解带产生的气体的量为4亿立方米的2/3，还原带产生的气体的量为4亿立方米的1/6，氧化带产生的气体的量为4亿立方米的1/6。
在步骤13中，根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
示例性的，根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区，可包括：
根据所述预设温度等值线的形状，确定当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状；
根据所述预设气体量及所述煤炭地下气化炉中煤的密度，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的体积；
根据当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状及所述处于预设状态下的燃空区的体积，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的厚度。
例如，根据图3中300℃等值线及600℃等值线的形状、位置等可以得到对应的热解带投影到地表的形状、位置和面积，即300℃等值线所圈区域去除600℃等值线所圈区域后得到的带状区域为热解带的区域；根据600℃等值线及900℃等值线的形状、位置等可以得到还原带投影到地表的形状、位置和面积，即600℃等值线所圈区域去除900℃等值线所圈区域后得到的带状区域为热解带的区域；根据900℃等值线的形状、位置等可以得到氧化带投影到地表的形状、位置和面积，即900℃等值线所圈区域为热解带的区域。其中，300℃等值线在气化炉中对应的位置为燃空区的边界，热解带内的温度最高可以达到1300℃。
另外，根据物料平衡原理及获取的三带的出气量，可分别计算出当前时刻三带所对应的燃煤量，进而得到当前时刻三带对应的空区体积。
要得到的热解带、氧化带和还原带各自的燃煤量，可以首先设定每个带内进行的主要或典型反应，然后根据煤气组分进行物料衡算，求出每个带反应的煤量。
具体地，氧化带主要进行的反应为：
αC+O2→2(α-1)CO+(2-α)CO2 （2-1）
还原带主要进行的反应为：
C+H2O→CO+H2 （2-2）
CO+H2O→CO2+H2 （2-3）
热解带主要进行的反应为：
Coal——→γH2+δCO+εCO2+ηCH4 （2-4）
首先，对O2进行物料平衡计算。根据气化剂中单位时间内的总耗O2量，可以计算出反应式(2-1)中的CO、CO2生成量。
然后，对CO2进行物料平衡计算。CO2参与了反应式（2-1）、（2-3）和（2-4），反应式（2-1）生成的CO2是已知的，反应式（2-4）中生成的CO2可以通过检测出口煤气中的甲烷量计算得到，并且出口煤气中的CO2总量也可检测得到，利用上述已知的CO2量就可以反应式（2-3）中CO2生成量，进而可以得到反应式（2-3）中与CO2生成量相对应的H2生成量和CO消耗量。
其次，对H2进行物料平衡计算。H2参与了反应式（2-2）、（2-3）、（2-4），反应式（2-3）和（2-4）中生成的H2已计算得到，反应式（2-4）中生成的H2也可通过检测出口煤气中的甲烷量计算得到，并且出口煤气中的H2总量可检测得到，利用上述已知的H2量就可以得到反应式（2-2）中H2生成量，进而利用反应式（2-2）中H2生成量得到反应式（2-2）中CO生成量。
再次，对CO进行物料平衡计算。CO参与了上述所有反应，可以通过将反应式（2-2）、（2-3）和（2-4）中CO的量作为已知量，对反应式（2-1）中CO的生成量进行校核。例如，通过试差法，对反应式（2-1）中CO生成量进行校核，得到校正后的α’，从而获得出口煤气中各带产生的组分的数据。
最后，对C进行平衡计算。
具体地，C参与了反应式（2-1）、（2-2）和（2-4），是主要的耗煤反应，因此利用反应式（2-1）中CO2生成量，可以得到氧化带反应消耗的煤炭量，即氧化带的燃煤量。同理，利用反应式（2-1）和（2-2），通过CO生成量，可以得到还原带反应消耗的煤炭量，即还原带的燃煤量。类似地，由反应式（2-4），得到热解带反应消耗的煤炭量，即热解带的燃煤量。
得到各带的燃煤量后，可通过如下公式得到各带的燃煤体积，也即各带的体积：
例如，乌蒙煤的密度为1.43t/m3，则根据公式（3）可得到：
得到燃空区的面积和体积，根据体积等于面积乘以高度的数学公式，可以得到燃空区的厚度。
当燃空区的三带的面积、厚度都得到后，就可以得到如图4所示的立体图，即燃空区的整体形态图，也即三维立体图。
另外，由于煤炭地下气化炉位于进出气孔的底部之间，因而，进出气孔的深度也即燃空区在地下的深度。也即可根据各钻孔的深度确定燃空区在煤层中(纵向)的位置。例如，图3中1#孔的孔底深度为272米，那么燃空区在煤层中272米的位置以上。
示例性的，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区之后，还可包括：
显示当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
这样，当时间不断向后推移时，通过显示燃空区可以获知燃空区的扩展过程及发展趋势，并可以最终确定地下废弃的空区的位置和形状。
本发明实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法，通过根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；通过获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，以及根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区，能够确定燃空区中任何一个带的当前形态。通过上述方法确定热解带、还原带和氧化带的当前形态后，也就确定了整个燃空区的三维立体形态，从而实现了对煤炭地下气化炉内燃空区的范围及扩展规律的实时监控，为解决在燃烧过程中诸如进一步提高燃烧热值、有效控制燃烧和防止地面塌陷（即燃空区的稳定性）等技术问题提供了依据，也对控制气化过程中煤气质量的控制、保持炉内温度的稳定、燃空区上覆岩层移动及地表沉陷提供了重要依据。
进一步地，通过实现对这些燃空区的形态及范围的实时监控，能够有效避免地下废弃燃空区对于公众产生的环境危害。
上述实施例提供的方法中可使用的计算机软件包括但不限于：Surfer、PRO/E、CATIA、SolidWorks、Matlab、Spss、CAD等，给出的燃空区形状图和规律包括：各个时刻或阶段的测试数据及燃空区平面工作图，燃空区立体轮廓图，燃空区发展规律等。
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。
图5为本发明实施例提供的一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置的结构示意图。本实施例所示的装置用于实现图1所示的方法。如图5所示，确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置包括：温度场获得模块51、气体获取模块52和燃空区确定模块53。
温度场获得模块51用于根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；
气体获取模块52用于获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，所述预设气体量为所述煤炭地下气化炉从初始时刻至所述当前时刻输出的预设气体的量，所述初始时刻为产生所述预设温度的时刻，所述预设气体为所述煤炭地下气化炉内处于预设状态下的燃空区产生的气体；
燃空区确定模块53用于根据温度场获得模块51获取的所述预设温度等值线及气体获取模块52获取的所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
示例性的，所述燃空区确定模块53包括：
形状确定子模块，用于根据所述预设温度等值线的形状，确定当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状；
体积确定子模块，用于根据所述预设气体量及所述煤炭地下气化炉中煤的密度，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的体积；
厚度确定子模块，用于根据当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状及所述处于预设状态下的燃空区的体积，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的厚度。
示例性的，所述燃空区确定模块53确定的所述处于预设状态下的燃空区为热解带、还原带或氧化带。
示例性的，本发明实施例提供的装置还可包括：
显示模块，用于在所述燃空区确定模块确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区之后，显示当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
本发明实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置，通过温度场获得模块根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；通过气体获取模块获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，以及通过燃空区确定模块根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区，能够确定燃空区中任何一个带的当前形态。通过上述方法确定热解带、还原带和氧化带的当前形态后，也就确定了整个燃空区的三维立体形态，从而实现了对煤炭地下气化炉内燃空区的范围及扩展规律的实时监控，为解决在燃烧过程中诸如进一步提高燃烧热值、有效控制燃烧和防止地面塌陷（即燃空区的稳定性）等技术问题提供了依据，也对控制气化过程中煤气质量的控制、保持炉内温度的稳定、燃空区上覆岩层移动及地表沉陷提供了重要依据。
图6为本发明实施例提供的一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统的结构示意图。本实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统用于实现图1所示的方法。如图6所示，确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统包括：第一检测装置61、第二检测装置62及燃空区确定装置63。
所述第一检测装置61可如图2所示的检测点进行布设，用于实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，所述第二检测装置62可设置在出气孔处，用于检测所述煤炭地下气化炉输出的气体，燃空区确定装置63可为上述装置实施例提供的任一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置，燃空区确定装置63用于根据所述第一检测装置61实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线，用于根据所述第二检测装置62检测的所述煤炭地下气化炉输出的气体，获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量。
图7为本发明实施例提供的确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统确定煤炭地下气化炉内燃空区的流程图。如图7所示，通过确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统确定煤炭地下气化炉内燃空区的过程包括：步骤71至步骤78。
在步骤71中，布置第一检测装置61和第二检测装置62，获得不同时刻的测值。其中，第一检测装置61用于检测煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质，其布设位置可如图2所示。第二检测装置62用于检测出气孔输出的气体。
在步骤72中，燃空区确定装置63根据第一检测装置61检测到的放射性物质浓度得到气化炉温度分布图。
在步骤73中，燃空区确定装置63根据第一检测装置61得到的气化炉温度分布图确定燃空区边界平面信息，如图3所示。
在步骤74中，燃空区确定装置63根据第二检测装置62检测的气体分别获取三带的出气量。具体获取方式可详见上述方法实施例中的说明。
在步骤75中，燃空区确定装置63根据物料平衡原理及三带的出气量分别得到三带的燃煤体积。得到三带的燃煤体积的方式具体可详见上述方法实施例中的说明。
在步骤76中，燃空区确定装置63根据步骤75中得到的三带的体积及步骤73中三带的面积，分别得到三带的厚度，具体可详见上述方法实施例中的说明。
在步骤77中，燃空区确定装置63根据得到的三带的形状、面积及厚度得到燃空区整体的三维形态，如图4所示。
在步骤78中，燃空区确定装置63根据钻孔参数得到燃空区深度信息。例如，钻孔的深度即燃空区的深度。
上述步骤74与步骤72和步骤73之间的时序不限，可同时执行，也可不同时执行。上述步骤78与步骤71至步骤77之间的时序不限，可同时执行，也可不同时执行。
上述实施例提供的方法、装置及系统，
在地下气化炉竖直正对地面上的测点取得放射性测量数据及温度等值线图，结合工艺参数和钻孔参数绘制出燃空区的方法，成本较低，不影响气化过程的正常进行，并可以进行实时跟踪，为气化过程稳定控制提供依据，也可以为顶板冒落和环保进行预警。
并且，通过利用物料平衡的方法，根据出气孔的气体组分和出气孔输出的气体流量，计算得到不同时刻和阶段的三带累积燃煤量，根据煤的密度，得到三带燃煤体积，进而得到三带平均燃煤厚度。然后综合燃空区面积、燃煤体积和燃煤厚度的信息，就能利用三维绘图得到最终燃空区形态以及不同时刻和阶段燃空区的形态信息，解决了现有技术不能准确探测燃空区形态的技术问题，实现了对燃空区的实时监控，得到实时燃空区及其发展规律。进一步地，可根据气化各个阶段的需要，在已形成燃空区的基础上，对新形成的燃空区不断进行参数计算，进而得出最新燃空区，这个过程可以动态显示和不断更新。
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，也可以获得煤炭地下气化炉燃空区的实时情况，方法同上述利用氡或其子体获得煤炭地下气化炉燃空区的实时情况。
总之，本发明实施例提供的方法、装置及系统通过一种简单、实用、廉价的方法获得煤炭地下气化炉燃空区的实时形状及其发展规律，不仅能够避免空腔激光自动扫描技术存在的设备使用维护费用昂贵，以及其不能在高温、潮湿的环境下工作的问题，而且现场实用性强，能得到实时燃空区的形状。因此，本发明对于气化采煤技术的开发研究具有非常重要的实际意义。
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 (9)
1.一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法，其特征在于，包括：
根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；
获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，所述预设气体量为所述煤炭地下气化炉从初始时刻至所述当前时刻输出的预设气体的量，所述初始时刻为产生所述预设温度的时刻，所述预设气体为所述煤炭地下气化炉内处于预设状态下的燃空区产生的气体；
根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区，包括：
根据所述预设温度等值线的形状，确定当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状；
根据所述预设气体量及所述煤炭地下气化炉中煤的密度，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的体积；
根据当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状及所述处于预设状态下的燃空区的体积，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述处于预设状态下的燃空区为热解带、还原带或氧化带。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区之后，还包括：
显示当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
5.一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置，其特征在于，包括：
温度场获得模块，用于根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线；
气体获取模块，用于获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量，所述预设气体量为所述煤炭地下气化炉从初始时刻至所述当前时刻输出的预设气体的量，所述初始时刻为产生所述预设温度的时刻，所述预设气体为所述煤炭地下气化炉内处于预设状态下的燃空区产生的气体；
燃空区确定模块，用于根据所述温度场获得模块获取的所述预设温度等值线及所述气体获取模块获取的所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述燃空区确定模块包括：
形状确定子模块，用于根据所述预设温度等值线的形状，确定当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状；
体积确定子模块，用于根据所述预设气体量及所述煤炭地下气化炉中煤的密度，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的体积；
厚度确定子模块，用于根据当前时刻所述处于预设状态下的燃空区投影到地表的形状及所述处于预设状态下的燃空区的体积，得到当前时刻所述处于预设状态下的燃空区的厚度。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述燃空区确定模块确定的所述处于预设状态下的燃空区为热解带、还原带或氧化带。
8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括：
显示模块，用于在所述燃空区确定模块确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区之后，显示当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
9.一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的系统，其特征在于，包括第一检测装置、第二检测装置及上述权利要求5-8任一项所述的确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置，所述第一检测装置用于实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，所述第二检测装置用于检测所述煤炭地下气化炉输出的气体，所述确定煤炭地下气化炉内燃空区的装置用于根据所述第一检测装置实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线，用于根据所述第二检测装置检测的所述煤炭地下气化炉输出的气体，获取所述煤炭地下气化炉输出的预设气体量。
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