CN105334549A - 一种利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，具体步骤包括地表异常勘察、确定异常区域、布置探测孔、验证探测孔位置，地表异常勘察时通过煤田地表异常的勘察，通过手持GPS定位、红外成像仪、野外照片描述，地面温度仪测温，对调查点的坐标、高程、位置进行描述。本发明成本低，定位迅速、准确，两种火源探测方法综合运用，地面异常特征探测结合及探测孔验证，使得火源探测结果更加精确可靠；利用探测孔扩展了传统火区探测结果的维度，利用探测钻孔进行验证，可以通过钻孔内温度等信息来确定火源深度，可对火源的三维位置进行定位，有助于提高火区治理的效果，缩短了治理时间。

Description

一种利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法

技术领域

本发明涉及一种浅埋藏煤田火源的确定方法，具体是一种利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法。

背景技术

(1)地球的地质运动造成本处于底层深处的煤层被抬升到地表，地质运动的随机性造成了可能会形成倾斜或者急倾斜煤层。有些煤层就会形成暴露在空气中的煤层露头。这就增大了同氧的接触几率，更容易被氧化，再满足一定的蓄热条件，便会发生氧化还原反应，造成煤层自燃。

(2)好多煤层火灾都发生在小煤窑开采地区，这是由于小煤窑的偷挖私采现象严重，开采结束后没有实施及时有效的防火密闭措施，地下煤层废弃巷道形成了连接地表氧气和地下煤层的通道。为地下煤层自燃提供了供氧环境，煤层蓄热达到一定程度之后就会发生自燃，引起煤田火灾。

(3)地表塌陷及裂隙

地表塌陷和裂隙发育广泛也会影响煤层自燃，塌陷以及裂隙给地下煤层形成一个很好地烟气循环系统。地表的裂隙和塌陷不仅可以为煤层提供氧气，还可以对煤层燃烧过后产生的烟气起到一个排放的作用。

对于具体火区而言，新鲜空气沿裂隙孔隙渗入火区在火源区域与煤层发生氧化燃烧，随后其烟气沿孔隙裂隙逸出地表。

在地表移动盆地的拉伸区域，地表变形值达到裂隙临界变形值后，就会产生裂隙，根据文文献，地表裂隙发育深度D的数学表达式为

$D=\frac{E\·\mathrm{\ϵ}}{1000\mathrm{\ρ}(1+\mathrm{\μ})}---\left(1\right)$

式中：μ、E-地层(表土层)泊松比及弹性模量，MPa；

ρ-地层的容重，kN/m³；ε-水平变形值，mm/m；D-裂隙深度，mm。

根据资料，地表裂隙宽度b与裂隙深度基本呈正比关系，

b＝m·D(2)

式中：m-比例系数，一般m＝0.003～0.015。

由于这类地表裂隙的形成以水平拉伸变形为主，虽然同时也受到纵向变形的影响而在裂隙两侧形成一定的落差，但因其数值及影响相对较小，可不予考虑。

在煤层上部裂隙带有各种大小的裂隙，单位长度的裂隙透气率可以表示为：

$K=\frac{{\mathrm{\ρ}}_f{\mathrm{gb}}^3}{12}---\left(3\right)$

式中:

K-单个单位面积和长度裂隙的透气率；ρ_f-流体密度，kg/m³；g-重力加速度；b-裂隙宽度，m。

岩石的透气率远小于裂隙的透气率，可以看出煤层燃烧产生的烟气主要通过裂隙进行运移。裂隙和塌陷对于地下火源持续性燃烧有着重要的关联，所以裂隙和塌陷是火区的基本标志之一。同时因为地下煤层燃烧会加剧造成坍塌，从而在地表形成燃烧裂隙和塌陷。这也为以后利用塌陷裂隙等地表异常的勘察来寻找火区提供了理论依据。

(4)气候性因素

西北大部分地区属大陆性气候，干旱少雨。很容易就形成利于煤层自燃的蓄热环境。干燥炎热的气候条件加速煤的氧化，易导致煤层发生自燃。

现有的同位素测氡法、红外地面测温法、自然电场法、磁异常法等只能对火源位置的所在平面位置进行探测，而不能对火源深度进行探测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、定位迅速的利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，具体步骤如下：

(1)地表异常勘察：通过煤田地表异常的勘察，通过手持GPS定位、红外成像仪、野外照片描述，地面温度仪测温，对调查点的坐标、高程、位置进行描述；

(2)确定异常区域：对勘察的各种地面异常进行数据收集，然后绘制得到塌陷裂隙区、热场异常区、露头燃烧区和烟气异常区；

(3)布置探测孔：在上述确定的异常区域内布置探测孔，针对地表异常勘察结果进行验证探测；

(4)验证探测孔位置：在钻探测孔施工过程中，在钻孔内部进行阶段测温，从而确定探测孔是处于火区范围内部区域内、火区范围边缘区域内或火区范围外部区域内。

作为本发明进一步的方案：所述煤田地表异常包括地表露头燃烧、地表热场异常、烟气、地面塌陷和裂隙。

作为本发明进一步的方案：所述阶段测温的方法是利用地面钻孔温度测量仪从探测孔的孔口温度开始测起，孔口位置记作0m，向下每隔10m测量一次温度。

作为本发明进一步的方案：所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度逐渐上升，则探测孔处于火区范围内部区域内。

作为本发明进一步的方案：所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度先上升，后下降，则探测孔处于火区范围边缘区域内。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度均处于低温水平，则探测孔处于火区范围外部区域内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明成本低，定位迅速、准确，两种火源探测方法综合运用，地面异常特征探测相比其它火源探测手段具有成本低，定位迅速的特点，结合及探测孔验证，使得火源探测结果更加精确可靠；利用探测孔扩展了传统火区探测结果的维度，利用探测钻孔进行验证，可以通过钻孔内温度等信息来确定火源深度，可对火源的三维位置进行定位，有助于提高火区治理的效果，缩短了治理时间。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明中探测孔处于火区范围内部区域内时的温度示意图。

图3为本发明中探测孔处于火区范围边缘区域内时的温度示意图。

图4为本发明中探测孔处于火区范围外部区域内时的温度示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，具体步骤如下：

(1)地表异常勘察：通过煤田地表异常的勘察，通过手持GPS定位、红外成像仪、野外照片描述，地面温度仪测温，对调查点的坐标、高程、位置进行描述；所述煤田地表异常包括地表露头燃烧、地表热场异常、烟气、地面塌陷和裂隙；

(2)确定异常区域：对勘察的各种地面异常进行数据收集，然后绘制得到塌陷裂隙区、热场异常区、露头燃烧区和烟气异常区；

(3)布置探测孔：在上述确定的异常区域内布置探测孔，针对地表异常勘察结果进行验证探测；

(4)验证探测孔位置：在钻探测孔施工过程中，在钻孔内部进行阶段测温，所述阶段测温的方法是利用地面钻孔温度测量仪从探测孔的孔口温度开始测起，孔口位置记作0m，向下每隔10m测量一次温度，从而确定探测孔是处于火区范围内部区域内、火区范围边缘区域内或火区范围外部区域内。

如图2所示，所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度逐渐上升，则探测孔处于火区范围内部区域内。

如图3所示，所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度先上升，后下降，最高温出现在煤层上部岩层，如果煤层着火，那么最高温必定出现在煤层，探测孔的温度阶梯应该是从孔口到煤层一直上升，根据探测孔温度阶梯图可以发现这类钻孔的最高温不是在煤层，而是在煤层上部的岩层之中，这说明此处煤层并没有着火，判断该孔所在地的裂隙发育比较广泛，分析此处高温为附近火区的热量通过地层裂隙传递过来，则探测孔处于火区范围边缘区域内，以后打隔离钻孔。

如图4所示，所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度均处于低温水平，也没有较大的起伏，则探测孔处于火区范围外部区域内。

本发明成本低，定位迅速、准确，两种火源探测方法综合运用，地面异常特征探测相比其它火源探测手段具有成本低，定位迅速的特点，结合及探测孔验证，使得火源探测结果更加精确可靠；利用探测孔扩展了传统火区探测结果的维度，利用探测钻孔进行验证，可以通过钻孔内温度等信息来确定火源深度，可对火源的三维位置进行定位，有助于提高火区治理的效果，缩短了治理时间。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)地表异常勘察：通过煤田地表异常的勘察，通过手持GPS定位、红外成像仪、野外照片描述，地面温度仪测温，对调查点的坐标、高程、位置进行描述；

(2)确定异常区域：对勘察的各种地面异常进行数据收集，然后绘制得到塌陷裂隙区、热场异常区、露头燃烧区和烟气异常区；

(3)布置探测孔：在上述确定的异常区域内布置探测孔，针对地表异常勘察结果进行验证探测；

(4)验证探测孔位置：在钻探测孔施工过程中，在钻孔内部进行阶段测温，从而确定探测孔是处于火区范围内部区域内、火区范围边缘区域内或火区范围外部区域内。

2.根据权利要求1所述的利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，其特征在于，所述煤田地表异常包括地表露头燃烧、地表热场异常、烟气、地面塌陷和裂隙。

3.根据权利要求1所述的利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，其特征在于，所述阶段测温的方法是利用地面钻孔温度测量仪从探测孔的孔口温度开始测起，孔口位置记作0m，向下每隔10m测量一次温度。

4.根据权利要求1所述的利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，其特征在于，所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度逐渐上升，则探测孔处于火区范围内部区域内。

5.根据权利要求1所述的利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，其特征在于，所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度先上升，后下降，则探测孔处于火区范围边缘区域内。

6.根据权利要求1所述的利用地表异常来确定浅埋藏煤田火源位置的方法，其特征在于，所述步骤(4)中进行阶段测温时，若从孔口温度到孔底温度均处于低温水平，则探测孔处于火区范围外部区域内。