CN107780971B - 一种磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁‑电‑热逐级趋源的煤田火区探测方法，根据火区探测区的磁异常边界、磁异常极大值带及自然电位异常边界，确定地下煤火蔓延方向后，施工钻孔，根据钻孔内最高温度、C2H4和C2H2浓度，确定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区。本发明综合采用磁‑电‑热逐级趋源方式，缩小通过探测煤岩松散区确定的火区探测范围，使得对火区高温区和火源位置的测定具有针对性、减少钻探成本并提高探测效率，减少单一采用钻孔测温技术所产生的误差，实现了对煤田火区火源位置及高温区范围的高效探测，减少了探测钻孔的施工量，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤田火区探测方法，尤其涉及一种磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法。
背景技术
煤田火灾是指地下煤层因自然或人为因素发火后，沿着煤层逐步发展成对煤炭资源和周围环境造成较大危害的大面积煤燃烧现象。煤田火灾不仅烧毁大量煤炭资源和呆滞大量煤炭资源不能开采，而且还产生了大量CO、CO2、SO2等有毒有害气体和汞、硒等污染土壤和水资源的有害化学物质。煤田火灾亟需治理，而对煤田火灾的准确探测对于提高防灭火工作的有效性和经济性具有十分重要的现实意义。
当前常用的煤火探测技术主要包括遥感探测技术(陆地资源卫星和航空热红外数据探测)、地面气体探测法和同位素测氡技术、钻孔测温技术等。其中遥感探测技术主要用于地表明火的探测，对地下煤火的探测比较困难；地面气体探测和同位素测氡探测技术易受火源深度、火区上覆岩层性质、气候条件等外界因素影响，抗干扰性差；钻孔测温可以直接靠近火源测量温度，但若在大面积煤田火区单纯采用钻孔测温则将费时、费力、成本高昂。因此，当前煤火探测技术尚无法实现对煤田火区火源位置及高温区范围的准确、高效探测。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明提供一种磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，能够实现对煤田火区火源位置及高温区范围的准确、高效探测。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，根据火区探测区的磁异常边界、磁异常极大值带及自然电位异常边界，确定地下煤火蔓延方向后，施工钻孔，根据钻孔内最高温度、C2H4和C2H2浓度，确定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区。
进一步地，所述方法具体包括以下步骤：
步骤一、在煤田火区探测并圈定出磁异常边界，在圈定的磁异常边界内探测出磁异常极大值带；
步骤二、在圈定的磁异常边界内开展自然电位探测，圈定煤田火区的自然电位异常边界；
步骤三、根据所述步骤一和步骤二的探测结果，确定地下煤火的蔓延方向为从磁异常极大值带起至自然电位异常边界的矢量方向，施工钻孔，钻孔底部需穿透煤层；
步骤四、根据测定的每个钻孔内最高温度、C2H4和C2H2浓度，绘制出最高温度等值线图、C2H4和C2H2浓度等值线图；
步骤五、根据步骤四所述等值线图，确定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区。
进一步地，所述磁异常边界为所测磁异常强度大于正常值的区域边界，所述磁异常强度正常值为非火区区域的地质磁异常强度值。
进一步地，所述自然电位异常边界为所测自然电位不等于正常值的区域边界，所述自然电位正常值为非火区区域的地质自然电位值。
通常，铁磁性的矿物在温度超过居里温度时将转变为顺磁性矿物，导致其磁异常无法被探测，而磁异常现象是在火区降温后才会出现，因此单一探测磁异常区域的话，会使火区的判定不够准确。而自然电位异常特征则可在一定程度上反映新生火区位置，因此，为了使火区的判定更加准确，通过同时测定磁异常极大值带和自然电位异常边界来确定出煤火的蔓延方向，进而实现高效探测。
进一步地，步骤三所述施工钻孔具体为：当磁异常极大值带处测得的钻孔内最高温度小于等于未受火灾影响区域的煤岩体温度，则从磁异常极大值带沿煤火蔓延方向施工钻孔，直至钻孔内最高温度为常温，停止施工钻孔。
通过磁异常极大值带和自然电位异常边界可缩小通过探测煤岩松散区确定的火区探测范围，减少后期所需施工的测温钻孔的数量，使得对火区高温区和火源位置的测定具有针对性、减少钻探成本并提高探测效率。
进一步地，步骤三所述施工钻孔具体为：当磁异常极大值带处测得的钻孔内最高温度大于未受火灾影响区域的煤岩体温度，则从磁异常极大值带处沿煤火蔓延反方向施工钻孔，直至钻孔内最高温度为常温，停止反向施工钻孔。
当磁异常极大值带处测得的钻孔内最高温度大于未受火灾影响区域的煤岩体温度时，为了追溯火区的边界，则需要反向扩展钻孔。
进一步地，其特征在于，所述施工钻孔为横向纵向均等间距施工钻孔。
进一步地，所述间距为40-100m。
进一步地，钻孔内最高温度超过300℃或C2H2浓度大于零的区域为火区燃烧中心区；钻孔内最高温度超过100℃且低于300℃或C2H4浓度大于0但无C2H2的区域为火区高温区；钻孔内最高温度低于100℃且无C2H4的区域为火区低温区。
本发明中，只要有温度异常或浓度异常符合相应的指标区间，就可根据异常值判定为相应的区域。由于煤氧化燃烧过程中一般温度超过100℃会产生C2H4气体，温度超过300℃后会产生C2H2气体。因此，通过测定的C2H4及C2H2浓度并结合钻孔温度能够综合判定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区，能够减少单一采用钻孔测温技术所产生的误差，从而实现了对火区火源位置及高温区覆盖范围的准确、高效探测。
本发明有益效果如下：
本发明提供的一种磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，首先探测出磁异常边界和磁异常极大值带，然后在圈定的磁异常边界内开展自然电位探测，并圈定出火区的自然电位异常边界，由于磁异常现象是在火区降温后才会出现，而自然电位异常特征则可在一定程度上反映新生火区位置，因此通过测定磁异常极大值带和自然电位异常边界可确定出煤火的蔓延方向，同时通过磁异常极大值带和自然电位异常边界可缩小通过探测煤岩松散区确定的火区探测范围，减少后期所需施工的测温钻孔的数量，使得对火区高温区和火源位置的测定具有针对性、减少钻探成本并提高探测效率。由于煤氧化燃烧过程中一般温度超过100℃会产生C2H4气体，温度超过300℃后会产生C2H2气体。因此，因此，在确定好火区蔓延方向和外边界后，再通过测定的C2H4及C2H2浓度并结合钻孔温度能够综合判定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区，能够减少单一采用钻孔测温技术所产生的误差，从而实现了对火区火源位置及高温区覆盖范围的准确、高效探测。本发明综合采用磁-电-热逐级趋源方式实现了对煤田火区火源位置及高温区范围的高效探测，减少了探测钻孔的施工量，具有广泛的实用性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法的流程图；
图2为实施例中磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法的现场示意图；
其中：1-煤田火区，2-磁异常边界，3-自然电位异常边界，4-磁异常极大值带，5-钻孔，6-自然电位异常区。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如图1所示为一种磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，包括：首先在火区探测区通过磁力仪探测出磁异常边界和磁异常极大值带，然后采用电法仪在圈定的磁异常边界内开展自然电位探测，并圈定出火区的自然电位异常边界，确定地下煤火的蔓延方向为从磁异常极大值带起至自然电位异常边界的矢量方向，如图2所示，从磁异常极大值带沿煤火蔓延方向向自然电位异常区施工钻孔，钻孔底部穿透煤层。在煤田火区现场，一般根据从钻孔中排出的钻屑来判断是否穿透煤层，若钻孔已穿透煤层到达底板，则钻屑将从煤粉变为岩粉。然后测定钻孔内最高温度及C2H4和C2H2浓度，绘制出煤田火区中的钻孔内最高温度等值线图及C2H4和C2H2浓度等值线图，进而确定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区。
本实施例中，具体包括以下步骤：
A、采用磁力仪探测出磁异常边界和磁异常极大值带；
B、采用电法仪在圈定的磁异常边界内开展自然电位探测，并圈定出火区的自然电位异常边界；
C、从磁异常极大值带4沿煤火蔓延方向向自然电位异常区等间距施工钻孔，直至钻孔内最高温度为常温，停止施工钻孔，钻孔底部需穿透煤层；
D、测定钻孔内最高温度及C2H4和C2H2的浓度；
E、依据测定的钻孔内的最高温度及C2H4和C2H2浓度，绘制出煤田火区钻孔最高温度等值线图及C2H4和C2H2浓度等值线图；
F、确定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区：最高温度超过300℃或C2H2浓度大于零的区域为火区燃烧中心区；最高温度超过100℃低于300℃或C2H4浓度大于零但无C2H2的区域为火区高温区；最高温度低于100℃且无C2H4的区域为火区低温区；
本实施例中，所述磁异常边界为所测磁异常强度大于正常值的区域边界，所述磁异常强度正常值为非火区区域的地质磁异常强度，所述自然电位异常边界为所测自然电位不等于正常值的区域边界，所述自然电位正常值为非火区区域的地质自然电位值，通常自然电位异常是由所测定煤田火区的热自然电位、氧化还原自然电位以及流动自然电位所导致的异常。通常，铁磁性的矿物在温度超过居里温度时将转变为顺磁性矿物，导致其磁异常无法被探测，而磁异常现象是在火区降温后才会出现，因此单一探测磁异常区域的话，会使火区的判定不够准确。而自然电位异常特征则可在一定程度上反映新生火区位置，因此，通过同时测定磁异常极大值带和自然电位异常边界来确定出煤火的蔓延方向，能够使火区的判定更加准确，进而实现高效探测。所述钻孔是从磁异常极大值带向电异常区横纵均等间距施工的钻孔，钻孔间距为40-100m，本实施例中钻孔间距为50m，若磁异常极大值带处的钻孔最高温度超过未受火灾影响区域的煤岩体温度，则需沿煤火蔓延的反方向扩展施工钻孔来追溯火区边界，直至钻孔最高温度为常温，而后停止反向施工钻孔，其中所述常温是指未受火灾影响区域的煤岩体温度。
本发明通过测定煤田火区中的磁异常和自然电位异常区确定了煤火的蔓延方向，为从磁异常极大值带起至电异常边界的矢量方向，通过磁异常极大值带和自然电位异常边界可缩小通过探测煤岩松散区确定的火区探测范围，减少后期所需施工的测温钻孔的数量，使得对火区高温区和火源位置的测定具有针对性、减少探测成本并提高探测效率；同时，在磁异常极大值带与自然电位异常边界之间沿煤火蔓延方向施工钻孔并测定钻孔内最高温度、C2H4及C2H2数值，由于煤氧化燃烧过程中一般温度超过100℃会产生C2H4气体，温度超过300℃后会产生C2H2气体，因此通过测定的C2H4及C2H2浓度并结合钻孔最高温度可为火区燃烧中心区、高温区和低温区的确定提供依据，能够减少单一采用钻孔测温技术所产生的误差，从而实现了对火区火源位置及高温区覆盖范围的准确、高效探测。本发明综合采用磁-电-热逐级趋源方式实现了对煤田火区火源位置及高温区范围准确高效的探测，同时减少了探测钻孔的施工量，具有广泛的实用性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，其特征在于，根据火区探测区的磁异常边界、磁异常极大值带及自然电位异常边界，确定地下煤火蔓延方向后，施工钻孔，根据钻孔内最高温度、C2H4和C2H2浓度，确定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区；
所述方法具体包括以下步骤：
步骤一、在煤田火区探测并圈定出磁异常边界，在圈定的磁异常边界内探测出磁异常极大值带；
步骤二、在圈定的磁异常边界内开展自然电位探测，圈定煤田火区的自然电位异常边界；
步骤三、根据所述步骤一和步骤二的探测结果，确定地下煤火的蔓延方向为从磁异常极大值带起至自然电位异常边界的矢量方向，施工钻孔，钻孔底部需穿透煤层；
步骤四、根据测定的每个钻孔内最高温度、C2H4和C2H2浓度，绘制出最高温度等值线图、C2H4和C2H2浓度等值线图；
步骤五、根据步骤四所述等值线图，确定火区燃烧中心区、高温区和火区低温区；
步骤三所述施工钻孔具体为：当磁异常极大值带处测得的钻孔内最高温度小于等于未受火灾影响区域的煤岩体温度，则从磁异常极大值带沿煤火蔓延方向施工钻孔，直至钻孔内最高温度为常温，停止施工钻孔；
当磁异常极大值带处测得的钻孔内最高温度大于未受火灾影响区域的煤岩体温度，则从磁异常极大值带沿煤火蔓延反方向施工钻孔，直至钻孔内最高温度为常温，停止反向施工钻孔。
2.根据权利要求1所述磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，其特征在于，所述磁异常边界为所测磁异常强度大于正常值的区域边界，所述磁异常强度正常值为非火区区域的地质磁异常强度值。
3.根据权利要求1所述磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，其特征在于，所述自然电位异常边界为所测自然电位不等于正常值的区域边界，自然电位正常值为非火区区域的地质自然电位值。
4.根据权利要求1至3任一项所述磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，其特征在于，所述施工钻孔为横向纵向均等间距施工钻孔。
5.根据权利要求4所述磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，其特征在于，所述间距为40-100m。
6.根据权利要求1所述磁-电-热逐级趋源的煤田火区探测方法，其特征在于，钻孔内最高温度超过300℃或C2H2浓度大于零的区域为火区燃烧中心区；钻孔内最高温度超过100℃且低于300℃或C2H4浓度大于0但无C2H2的区域为火区高温区；钻孔内最高温度低于100℃且无C2H4的区域为火区低温区。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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