CN117150708B - 煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法、系统及存储介质，其方法包括：S1、在位于地下气化工作区域的气化推进方向的前方钻井，在井内部安装距离传感器、若干个温度传感器；S2、以温度传感器作为测点，记录各个测点在时刻下的位置温度数据，记录各个测点稳定下的位置温度数据；S3、构建三维温度场半球形数据模型，半球形温度场构建有随距离值变化的温度场预测模型；S4、在三维温度场半球形数据模型上进行当前时刻下的温度场展示。本发明构建包含半球形温度场的三维温度场半球形数据模型，能够得到当前时刻的温度值随距离值Pi的温度场，实现了煤炭气化下覆岩温度场的持续预测，有利于科学、安全实施煤炭地下气化作业。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化温度预测领域，尤其涉及一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法、系统及存储介质。
背景技术
煤炭地下气化通过控制煤炭在地下原位进行燃烧，使煤在热解作用下产生CH4、H2等可燃气体，将建井、采煤、气化合为一体，把传统的机械化采煤变为无人化采气，具有开采流程短、安全性能高、投资成本低、经济效益好、污染排放低、资源回收率高等显著优点。煤炭地下气化技术不仅可以开采深部煤层，还能利用老旧废弃煤矿遗留资源，开发潜力巨大。目前，煤炭地下气化己经在全球多个国家成功开展试验，其中不乏工业化成功实例。但煤炭地下气化效果不仅取决于工艺技术，更与煤层、水文、围岩、覆岩等地质因素密切相关，由于工艺和地质条件的限制，其在全球范围内迄今仍未得到广泛应用。同时，煤炭地下气化过程涉及岩体结构、原地应力、地下水、燃烧洞穴、气化热效应等问题，这些问题之间相互作用，影响到煤炭地下气化过程地质动态的各个方面。
煤炭地下气化在煤层中的气化通道里进行，煤层点火后，从进气孔鼓入气化剂，使煤层燃烧、气化，煤气由出气孔排出，这个过程实际上是一个自热平衡过程，依靠煤燃烧产生的热量建立起安全可靠的温度场，有利于可燃气体生成反应的进行。但是气化过程中的高温可达上千摄氏度，足以使煤层覆岩的物理力学性质发生剧烈变化，形成高温损伤，导致覆岩强度下降，诱发覆岩失稳，引起一系列地质工程问题，极大地影响煤炭地下气化工艺的实施条件和安全性。可见，温度场是一切反应的基础，高温损伤引起的覆岩强度下降是导致覆岩失稳的主要原因，温度场不仅随着空间位置的变化发生变化，还随着时间的推移也在发生变化，如何进行覆岩结构层的温度监测，如何基于现场测试基础上进行三维温度场的构建，对覆岩结构强度研究、预防发生地质灾害具有重要意义，也是煤炭地下气化作业过程中至关重要的监测方面。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术所指出的技术问题，提供一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法、系统及存储介质，能够监测煤炭地下气化实时温度及温度变化情况，得到各个测点在各个时刻下的位置温度数据，构建包含半球形温度场的三维温度场半球形数据模型，半球形温度场利用matlab软件构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型，实时输入各个测点的温度值计算位置温度数据并输入三维温度场半球形数据模型中，即可得到当前时刻的温度值随距离值Pi的温度场，实现了煤炭气化下覆岩温度场的持续预测，便于进一步实现覆岩受温度下的结构强度分析及预警，预防可能诱发的覆岩失稳风险。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其方法包括：
S1、确定地下气化工作区域，地下气化工作区域内部按照气化推进方向形成燃空区，地下气化工作区域的所在地层从下至上依次包括煤层和覆岩组合层，覆岩组合层从下至上依次由若干个按岩性划分的岩层单元组成，在距地下气化工作区域的水平距离L0、位于地下气化工作区域的气化推进方向的前方钻井，在井底部布设有与煤层对应的距离传感器，在井内部安装设有若干个与岩层单元相对应的温度传感器；
S2、实时采集距离传感器的距离数据、各个温度传感器的温度数据；以温度传感器作为测点，记录各个测点在Tj时刻下的位置温度数据(Pi，Ci)，其中i表示测点编号，Pi表示测点i至燃空区的距离值，Ci表示测点i的温度值；Pi通过如下公式计算得到：
其中L1表示距离传感器在Tj时刻下测得距离传感器至燃空区的距离值，hi表示测点i至距离传感器的高度值；
当各个温度传感器的变化量均小于温度阈值F，记录各个测点稳定下的位置温度数据；
S3、构建三维温度场半球形数据模型，三维温度场半球形数据模型包含半球形温度场，半球形温度场底部为半球剖面，半球剖面位于距离传感器所在的水平面，在半球形温度场中对应模拟构建覆岩组合层的各个岩层单元，半球形温度场构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型；
Cr＝kT0er+ε，其中T0为初始常温，k为校正系数，ε为方差项，r为半球形温度场上点至燃空区的距离值，Cr表示至燃空区的距离值为r的点的温度值；
将各个测点稳定下的位置温度数据输入温度场预测模型中进行训练，训练数据输入的对应规则如下：各个测点稳定下的位置温度数据中温度值Ci作为Cr输入，各个测点稳定下的位置温度数据中距离值Pi作为r对应输入；
S4、利用训练后的温度场预测模型在三维温度场半球形数据模型的半球形温度场上进行当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场展示。
为了更好地实现本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，所述三维温度场半球形数据模型的半球形温度场利用matlab软件处理。
本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法进一步优选的第一种技术方案是：本发明还包括如下方法：
S5、在地下气化工作区域按照气化推进方向随时间的推进，按照步骤S2-S3方法不停训练三维温度场半球形数据模型的温度场预测模型，并按照步骤S4进行前后时刻下温度场展示，并分别记录前后时刻下的半球形温度场，matlab软件构建三维时空温度场坐标系，三维时空温度场坐标系的x轴表示距离传感器在测得的距离值，y轴表示时间，z轴表示温度值；matlab软件在三维时空温度场坐标系上进行温度场时空演化展示。
本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法进一步优选的第二种技术方案是：确定岩层单元的某一点位置或某一区域作为研究区，对距离传感器测得的距离数据、温度场预测模型预测得到的温度值按时间序列依次关联记录，由此构建得到研究区的三维时空演化数据，并进行三维时空演化可视化展示。
本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法进一步优选的第三种技术方案是：本发明还包括如下方法：
S40、设定覆岩组合层中各个岩层单元所对应的耐温极限阈值 表示岩层单元为m的耐温极限阈值；从三维温度场半球形数据模型中提取岩层单元为m的温度值与耐温极限阈值/>比较，从岩层单元为m的岩层单元中筛选出不小于耐温极限阈值/>的位置区域作为覆岩监测报警区域，并记录覆岩监测报警区域的温度超限值，温度超限值为岩层单元为m的温度值多出耐温极限阈值/>的温度值。
本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法进一步优选的第四种技术方案是：本发明还包括如下方法：
S6、以距离传感器所在水平线为横坐标轴、测点i所探测的温度值为纵坐标构建二维几何坐标系，距离传感器探测距离燃空区的距离值作为二维几何坐标系的横坐标值，测点i所探测的温度值作为二维几何坐标系的纵坐标值，通过二维几何坐标系记录测点i所对应的温度监测曲线。
一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统，包括温度探测系统、与温度探测系统电连接的数据处理系统和数据输出模块，所述温度探测系统包括一个距离传感器和若干个温度传感器，地下气化工作区域的所在地层从下至上依次包括煤层和覆岩组合层，覆岩组合层从下至上依次由若干个按岩性划分的岩层单元组成，在距地下气化工作区域的水平距离L0、位于地下气化工作区域的气化推进方向的前方钻井，在井底部布设有与煤层对应的距离传感器，距离传感器用于探测距燃空区前端的距离值并转换为数据信号实时传输至数据处理系统中，所有温度传感器安装设于井内部且与岩层单元相对应，所述温度传感器用于对岩层单元的温度实时监测并转换为数据信号实时传输至数据处理系统中；所述数据处理系统包括存储器和处理器，存储器用于存储温度数据、距离数据，所述处理器包括测点位置温度计算模块和三维温度场半球形数据模型，所述测点位置温度计算模块处理方法如下：
以温度传感器作为测点，记录各个测点在Tj时刻下的位置温度数据(Pi，Ci)，其中i表示测点编号，Pi表示测点i至燃空区的距离值，Ci表示测点i的温度值；其中Pi通过如下公式计算得到：
其中L1表示距离传感器在Tj时刻下测得距离传感器至燃空区的距离值，hi表示测点i至距离传感器的高度值；
当各个温度传感器的变化量均小于温度阈值F，记录各个测点稳定下的位置温度数据；
三维温度场半球形数据模型包含半球形温度场，半球形温度场底部为半球剖面，半球剖面位于距离传感器所在的水平面，在半球形温度场中对应模拟构建覆岩组合层的各个岩层单元，半球形温度场构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型；
Cr＝kT0er+ε，其中T0为初始常温，k为校正系数，ε为方差项，r为半球形温度场上点至燃空区的距离值，Cr表示至燃空区的距离值为r的点的温度值；
将各个测点稳定下的位置温度数据输入温度场预测模型中进行训练，训练数据输入的对应规则如下：各个测点稳定下的位置温度数据中温度值Ci作为Cr输入，各个测点稳定下的位置温度数据中距离值Pi作为r对应输入；
利用训练后的温度场预测模型在三维温度场半球形数据模型的半球形温度场上进行当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场展示；
所述数据输出模块用于向外输出数据。
本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统进一步优选的第一种技术方案是：所述数据处理系统还包括监测报警计算模块，监测报警计算模块处理方法如下：设定覆岩组合层中各个岩层单元所对应的耐温极限阈值 表示岩层单元为m的耐温极限阈值；从三维温度场半球形数据模型中提取岩层单元为m的温度值与耐温极限阈值/>比较，从岩层单元为m的岩层单元中筛选出不小于耐温极限阈值/>的位置区域作为覆岩监测报警区域，并记录覆岩监测报警区域的温度超限值，温度超限值为岩层单元为m的温度值多出耐温极限阈值/>的温度值。
本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统进一步优选的第二种技术方案是：所述数据处理系统还包括温度场时空演化展示模块，所述三维温度场半球形数据模型的半球形温度场利用matlab软件处理，温度场时空演化展示模块处理方法如下：
在地下气化工作区域按照气化推进方向随时间的推进，按照步骤S2-S3方法不停训练三维温度场半球形数据模型的温度场预测模型，并按照步骤S4进行前后时刻下温度场展示，并分别记录前后时刻下的半球形温度场，matlab软件构建三维时空温度场坐标系，三维时空温度场坐标系的x轴表示距离传感器在测得的距离值，y轴表示时间，z轴表示温度值；matlab软件在三维时空温度场坐标系上进行温度场时空演化展示。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法的步骤。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明能够监测煤炭地下气化实时温度及温度变化情况，得到各个测点在各个时刻下的位置温度数据，构建包含半球形温度场的三维温度场半球形数据模型，半球形温度场利用matlab软件构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型，实时输入各个测点的温度值计算位置温度数据并输入三维温度场半球形数据模型中，即可得到当前时刻的温度值随距离值Pi的温度场，实现了煤炭气化下覆岩温度场的持续预测，便于进一步实现覆岩受温度下的结构强度分析及预警，预防可能诱发的覆岩失稳风险。
(2)本发明能够实时掌握当前时刻下的温度场数据，便于及时掌握覆岩时空演变下的温度演变情况，有利于科学、安全实施煤炭地下气化作业；本发明能够记录前后时刻下温度场并进行温度场时空演化展示，便于知晓温度场的时空演化，对于选取某一点作为研究区能够进行三维时空演化可视化展示；本发明设置有岩层单元所对应的耐温极限阈值，便于及时进行温度监测比较及发出监测报警；本发明还能够对各个测点i探测温度进行实时记录并通过坐标曲线进行表征时空变化。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为实施例中地下气化工作区域所在地层的简化示意图；
图3为实施例中地下气化工作区域燃空区推进方向及各个传感器布设探测示意图；
图4为实施例中以测点2举例扩展的半球形温度场示意图；
图5为实施例中以某一点位置作为研究区举例得到一段时间内三维时空演化数据的数据变化三维展示图；
图6为本发明煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统的原理框图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1-煤层，2-覆岩组合层，21-岩层单元，3-井，4-燃空区，5-距离传感器，6-温度传感器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例一
如图1～图5所示，一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其方法包括：
S1、确定地下气化工作区域(如图2所示，煤层1所在区域为地下气化工作区域)，地下气化工作区域内部按照气化推进方向形成燃空区4(如图3所示，按照箭头方向进行气化推进，随着时间，燃空区4向着气化推进逐步累积增加)，地下气化工作区域的所在地层从下至上依次包括煤层1和覆岩组合层2，覆岩组合层2从下至上依次由若干个按岩性划分的岩层单元21组成，在距地下气化工作区域的水平距离L0、位于地下气化工作区域的气化推进方向的前方钻井3，水平距离L0为距离传感器5布设后初始状态下的距离值。在井3底部布设有与煤层1对应的距离传感器5(优选地，距离传感器5为通过超声波探测距燃空区4前端的距离值，燃空区4为空腔区域且具有热源集中辐射，距离传感器5能够探测出距离燃空区4边缘的距离值)，在井3内部安装设有若干个与岩层单元21相对应的温度传感器6。
S2、实时采集距离传感器5的距离数据、各个温度传感器6的温度数据。以温度传感器6作为测点(井3内部沿高度方向布设有多个温度传感器6，因此具有多个测点，对测点进行编号，计为i，i＝1，2，3，……)，记录各个测点在Ti时刻下(如图3所示，以距离传感器5测得的距离值为L1的时刻为例，此时燃空区4按照气化推进方向推进的距离为L1-L0)的位置温度数据(Pi，Ci)，其中i表示测点编号，Pi表示测点i至燃空区4的距离值，Ci表示测点i的温度值。Pi通过如下公式计算得到：
其中L1表示距离传感器5在Tj时刻下测得距离传感器5至燃空区4的距离值，hi表示测点i至距离传感器5的高度值。
当各个温度传感器6的变化量均小于温度阈值F(温度阈值F为设定的阈值，变化量小于温度阈值F，能够排除燃空区4刚进行地下气化作业的时间，也能排除地下气化不稳定或浮动较大的时间)，记录各个测点稳定下的位置温度数据。
S3、构建三维温度场半球形数据模型，三维温度场半球形数据模型包含半球形温度场(优选地，三维温度场半球形数据模型的半球形温度场利用matlab软件处理)，半球形温度场底部为半球剖面，半球剖面位于距离传感器5所在的水平面，在半球形温度场中对应模拟构建覆岩组合层2的各个岩层单元21(优选地，覆岩组合层2从下至上依次由若干个按岩性划分的岩层单元21组成，岩层单元从下至上依次编号，计为m，m＝1，2，3，……，岩层单元为m表示，编号为m的岩层单元层)，半球形温度场构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型，温度场预测模型中温度场预测公式如下：
Cr＝kT0er+ε，其中T0为初始常温(本实施例选取初始常温25℃)，k为校正系数，ε为方差项，r为半球形温度场上点至燃空区4的距离值，Cr表示至燃空区4的距离值为r的点的温度值。温度场预测模型中温度场预测公式是按照“同一高度且与气化中心夹角相同的不同三维空间位置测得温度相同的原理”进行温度预测，如图4所示，测点2测得的温度值在所对应的半球形温度场温度是相同的。
将各个测点稳定下的位置温度数据输入温度场预测模型中进行训练，训练数据输入的对应规则如下：各个测点稳定下的位置温度数据中温度值Ci作为Cr输入，各个测点稳定下的位置温度数据中距离值Pi作为r对应输入。
S4、利用训练后的温度场预测模型在三维温度场半球形数据模型的半球形温度场上进行当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场展示。具体为：采集当前时刻下距离传感器5的距离数据、各个温度传感器6的温度数据，然后按照步骤S2方法得到当前时刻下的位置温度数据(Pi，Ci)，然后输入训练后的温度场预测模型，在三维温度场半球形数据模型的半球形温度场上进行当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场展示(同时得到当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场数据，并记录温度场数据)。
实施例二
与实施例一相比，本实施例除包括实施例一的技术内容之外还包括如下方法：
S5、在地下气化工作区域按照气化推进方向随时间的推进，按照步骤S2-S3方法不停训练三维温度场半球形数据模型的温度场预测模型，并按照步骤S4进行前后时刻下温度场展示，并分别记录前后时刻下的半球形温度场，matlab软件构建三维时空温度场坐标系，三维时空温度场坐标系的x轴表示距离传感器5在测得的距离值，y轴表示时间，z轴表示温度值。matlab软件在三维时空温度场坐标系上进行温度场时空演化展示。参考图5，若选取覆岩某一位置作为研究区，即可得到该位置下时空演化情况，matlab软件实现前后时刻下温度场展示，同时进一步实现温度场时空演化展示。
在一些实施例中，如图5所示，确定岩层单元21的某一点位置或某一区域作为研究区(图5是一个某一个位置作为研究区来进行三维时空演化展示)，对距离传感器5测得的距离数据、温度场预测模型预测得到的温度值按时间序列依次关联记录，由此构建得到研究区的三维时空演化数据，并进行三维时空演化可视化展示(展示情况如图5所示)。
实施例三
与实施例一、二相比，本实施例除包括实施例一、二的技术内容之外还包括如下方法：
S40、设定覆岩组合层2中各个岩层单元21所对应的耐温极限阈值 表示岩层单元为m的耐温极限阈值。从三维温度场半球形数据模型中提取岩层单元为m的温度值与耐温极限阈值/>比较，从岩层单元为m的岩层单元21中筛选出不小于耐温极限阈值/>的位置区域作为覆岩监测报警区域(说明该位置区域的岩层温度己经超出了耐温极限阈值/>该位置区域己经强度下降或强度失衡，存在诱发覆岩失稳的风险)，并记录覆岩监测报警区域的温度超限值，温度超限值为岩层单元为m的温度值多出耐温极限阈值/>的温度值。
在一些实施例中，如图5所示，确定岩层单元21的某一点位置或某一区域作为研究区(图5是一个某一个位置作为研究区来进行三维时空演化展示，选取的点位置一般为本发明实施例三中筛选出不小于耐温极限阈值的位置区域中的中心点，区域一般为本发明实施例三中筛选出不小于耐温极限阈值/>的位置区域中的位置区域，这样可以实现对重点研究的点位置进行重点的三维时空演化数据记录及可视化表达)，对距离传感器5测得的距离数据、温度场预测模型预测得到的温度值按时间序列依次关联记录，由此构建得到研究区的三维时空演化数据，并进行三维时空演化可视化展示(展示情况如图5所示)。
实施例四
与实施例一至三相比，本实施例除包括实施例一至三的技术内容之外还包括如下方法：还包括如下方法：
S6、以距离传感器5所在水平线为横坐标轴、测点i所探测的温度值为纵坐标构建二维几何坐标系，距离传感器5探测距离燃空区4的距离值作为二维几何坐标系的横坐标值，测点i所探测的温度值作为二维几何坐标系的纵坐标值，通过二维几何坐标系记录测点i所对应的温度监测曲线；温度监测曲线表征各个测点i随时间变化而探测得到的温度值变化情况。
实施例五
如图6所示，一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统，包括温度探测系统、与温度探测系统电连接的数据处理系统和数据输出模块，所述温度探测系统包括一个距离传感器5和若干个温度传感器6，地下气化工作区域的所在地层从下至上依次包括煤层1和覆岩组合层2，覆岩组合层2从下至上依次由若干个按岩性划分的岩层单元21组成，在距地下气化工作区域的水平距离L0、位于地下气化工作区域的气化推进方向的前方钻井3，在井3底部布设有与煤层1对应的距离传感器5，距离传感器5用于探测距燃空区4前端的距离值并转换为数据信号实时传输至数据处理系统中，所有温度传感器6安装设于井3内部且与岩层单元21相对应，所述温度传感器6用于对岩层单元21的温度实时监测并转换为数据信号实时传输至数据处理系统中。所述数据处理系统包括存储器和处理器，存储器用于存储温度数据、距离数据，所述处理器包括测点位置温度计算模块和三维温度场半球形数据模型，所述测点位置温度计算模块处理方法如下：
以温度传感器6作为测点，记录各个测点在Tj时刻下的位置温度数据(Pi，Ci)，其中i表示测点编号，Pi表示测点i至燃空区4的距离值，Ci表示测点i的温度值。其中Pi通过如下公式计算得到：
其中L1表示距离传感器5在Tj时刻下测得距离传感器5至燃空区4的距离值，hi表示测点i至距离传感器5的高度值。
当各个温度传感器6的变化量均小于温度阈值F，记录各个测点稳定下的位置温度数据。
三维温度场半球形数据模型包含半球形温度场，半球形温度场底部为半球剖面，半球剖面位于距离传感器5所在的水平面，在半球形温度场中对应模拟构建覆岩组合层2的各个岩层单元21，半球形温度场构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型。
Cr＝kT0er+ε，其中T0为初始常温，k为校正系数，ε为方差项，r为半球形温度场上点至燃空区4的距离值，Cr表示至燃空区4的距离值为r的点的温度值。
将各个测点稳定下的位置温度数据输入温度场预测模型中进行训练，训练数据输入的对应规则如下：各个测点稳定下的位置温度数据中温度值Ci作为Cr输入，各个测点稳定下的位置温度数据中距离值Pi作为r对应输入。
利用训练后的温度场预测模型在三维温度场半球形数据模型的半球形温度场上进行当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场展示。
所述数据输出模块用于向外输出数据。
在一些实施例中，所述数据处理系统还包括监测报警计算模块，监测报警计算模块处理方法如下：设定覆岩组合层2中各个岩层单元21所对应的耐温极限阈值 表示岩层单元为m的耐温极限阈值。从三维温度场半球形数据模型中提取岩层单元为m的温度值与耐温极限阈值/>比较，从岩层单元为m的岩层单元21中筛选出不小于耐温极限阈值/>的位置区域作为覆岩监测报警区域，并记录覆岩监测报警区域的温度超限值，温度超限值为岩层单元为m的温度值多出耐温极限阈值/>的温度值。
在一些实施例中，所述数据处理系统还包括温度场时空演化展示模块，所述三维温度场半球形数据模型的半球形温度场利用matlab软件处理，温度场时空演化展示模块处理方法如下：
在地下气化工作区域按照气化推进方向随时间的推进，按照步骤S2-S3方法不停训练三维温度场半球形数据模型的温度场预测模型，并按照步骤S4进行前后时刻下温度场展示，并分别记录前后时刻下的半球形温度场，matlab软件构建三维时空温度场坐标系，三维时空温度场坐标系的x轴表示距离传感器5在测得的距离值，y轴表示时间，z轴表示温度值。matlab软件在三维时空温度场坐标系上进行温度场时空演化展示。
实施例六
一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例一至实施例四任一个煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法的步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其特征在于：其方法包括：
S1、确定地下气化工作区域，地下气化工作区域内部按照气化推进方向形成燃空区(4)，地下气化工作区域的所在地层从下至上依次包括煤层(1)和覆岩组合层(2)，覆岩组合层(2)从下至上依次由若干个按岩性划分的岩层单元(21)组成，在距地下气化工作区域的水平距离L0、位于地下气化工作区域的气化推进方向的前方钻井(3)，在井(3)底部布设有与煤层(1)对应的距离传感器(5)，在井(3)内部安装设有若干个与岩层单元(21)相对应的温度传感器(6)；
S2、实时采集距离传感器(5)的距离数据、各个温度传感器(6)的温度数据；以温度传感器(6)作为测点，记录各个测点在Tj时刻下的位置温度数据(Pi，Ci)，其中i表示测点编号，Pi表示测点i至燃空区(4)的距离值，Ci表示测点i的温度值；Pi通过如下公式计算得到：
其中L1表示距离传感器(5)在Tj时刻下测得距离传感器(5)至燃空区(4)的距离值，hi表示测点i至距离传感器(5)的高度值；
当各个温度传感器(6)的变化量均小于温度阈值F，记录各个测点稳定下的位置温度数据；
S3、构建三维温度场半球形数据模型，三维温度场半球形数据模型包含半球形温度场，半球形温度场底部为半球剖面，半球剖面位于距离传感器(5)所在的水平面，在半球形温度场中对应模拟构建覆岩组合层(2)的各个岩层单元(21)，半球形温度场构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型；
Cr＝kT0er+ε，其中T0为初始常温，k为校正系数，ε为方差项，r为半球形温度场上点至燃空区(4)的距离值，Cr表示至燃空区(4)的距离值为r的点的温度值；
将各个测点稳定下的位置温度数据输入温度场预测模型中进行训练，训练数据输入的对应规则如下：各个测点稳定下的位置温度数据中温度值Ci作为Cr输入，各个测点稳定下的位置温度数据中距离值Pi作为r对应输入；
S4、利用训练后的温度场预测模型在三维温度场半球形数据模型的半球形温度场上进行当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场展示。
2.按照权利要求1所述的煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其特征在于：所述三维温度场半球形数据模型的半球形温度场利用matlab软件处理。
3.按照权利要求2所述的煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其特征在于：还包括如下方法：
S5、在地下气化工作区域按照气化推进方向随时间的推进，按照步骤S2-S3方法不停训练三维温度场半球形数据模型的温度场预测模型，并按照步骤S4进行前后时刻下温度场展示，并分别记录前后时刻下的半球形温度场，matlab软件构建三维时空温度场坐标系，三维时空温度场坐标系的x轴表示距离传感器(5)在测得的距离值，y轴表示时间，z轴表示温度值；matlab软件在三维时空温度场坐标系上进行温度场时空演化展示。
4.按照权利要求3所述的煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其特征在于：确定岩层单元(21)的某一点位置或某一区域作为研究区，对距离传感器(5)测得的距离数据、温度场预测模型预测得到的温度值按时间序列依次关联记录，由此构建得到研究区的三维时空演化数据，并进行三维时空演化可视化展示。
5.按照权利要求1或2所述的煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其特征在于：还包括如下方法：
S40、设定覆岩组合层(2)中各个岩层单元(21)所对应的耐温极限阈值 表示岩层单元为m的耐温极限阈值；从三维温度场半球形数据模型中提取岩层单元为m的温度值与耐温极限阈值/>比较，从岩层单元为m的岩层单元(21)中筛选出不小于耐温极限阈值/>的位置区域作为覆岩监测报警区域，并记录覆岩监测报警区域的温度超限值，温度超限值为岩层单元为m的温度值多出耐温极限阈值/>的温度值。
6.按照权利要求1或2所述的煤炭气化下覆岩温度场反演预测方法，其特征在于：还包括如下方法：
S6、以距离传感器(5)所在水平线为横坐标轴、测点i所探测的温度值为纵坐标构建二维几何坐标系，距离传感器(5)探测距离燃空区(4)的距离值作为二维几何坐标系的横坐标值，测点i所探测的温度值作为二维几何坐标系的纵坐标值，通过二维几何坐标系记录测点i所对应的温度监测曲线。
7.一种煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统，其特征在于：包括温度探测系统、与温度探测系统电连接的数据处理系统和数据输出模块，所述温度探测系统包括一个距离传感器(5)和若干个温度传感器(6)，地下气化工作区域的所在地层从下至上依次包括煤层(1)和覆岩组合层(2)，覆岩组合层(2)从下至上依次由若干个按岩性划分的岩层单元(21)组成，在距地下气化工作区域的水平距离L0、位于地下气化工作区域的气化推进方向的前方钻井(3)，在井(3)底部布设有与煤层(1)对应的距离传感器(5)，距离传感器(5)用于探测距燃空区(4)前端的距离值并转换为数据信号实时传输至数据处理系统中，所有温度传感器(6)安装设于井(3)内部且与岩层单元(21)相对应，所述温度传感器(6)用于对岩层单元(21)的温度实时监测并转换为数据信号实时传输至数据处理系统中；所述数据处理系统包括存储器和处理器，存储器用于存储温度数据、距离数据，所述处理器包括测点位置温度计算模块和三维温度场半球形数据模型，所述测点位置温度计算模块处理方法如下：
以温度传感器(6)作为测点，记录各个测点在Tj时刻下的位置温度数据(Pi，Ci)，其中i表示测点编号，Pi表示测点i至燃空区(4)的距离值，Ci表示测点i的温度值；其中Pi通过如下公式计算得到：
其中L1表示距离传感器(5)在Tj时刻下测得距离传感器(5)至燃空区(4)的距离值，hi表示测点i至距离传感器(5)的高度值；
当各个温度传感器(6)的变化量均小于温度阈值F，记录各个测点稳定下的位置温度数据；
三维温度场半球形数据模型包含半球形温度场，半球形温度场底部为半球剖面，半球剖面位于距离传感器(5)所在的水平面，在半球形温度场中对应模拟构建覆岩组合层(2)的各个岩层单元(21)，半球形温度场构建有随距离值Pi变化的温度场预测模型；
Cr＝kT0er+ε，其中T0为初始常温，k为校正系数，ε为方差项，r为半球形温度场上点至燃空区(4)的距离值，Cr表示至燃空区(4)的距离值为r的点的温度值；
将各个测点稳定下的位置温度数据输入温度场预测模型中进行训练，训练数据输入的对应规则如下：各个测点稳定下的位置温度数据中温度值Ci作为Cr输入，各个测点稳定下的位置温度数据中距离值Pi作为r对应输入；
利用训练后的温度场预测模型在三维温度场半球形数据模型的半球形温度场上进行当前时刻下的温度值随距离值Pi的温度场展示；
所述数据输出模块用于向外输出数据。
8.按照权利要求7所述的煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统，其特征在于：所述数据处理系统还包括监测报警计算模块，监测报警计算模块处理方法如下：设定覆岩组合层(2)中各个岩层单元(21)所对应的耐温极限阈值 表示岩层单元为m的耐温极限阈值；从三维温度场半球形数据模型中提取岩层单元为m的温度值与耐温极限阈值/>比较，从岩层单元为m的岩层单元(21)中筛选出不小于耐温极限阈值/>的位置区域作为覆岩监测报警区域，并记录覆岩监测报警区域的温度超限值，温度超限值为岩层单元为m的温度值多出耐温极限阈值/>的温度值。
9.按照权利要求7所述的煤炭气化下覆岩温度场反演预测系统，其特征在于：所述数据处理系统还包括温度场时空演化展示模块，所述三维温度场半球形数据模型的半球形温度场利用matlab软件处理，温度场时空演化展示模块处理方法如下：
在地下气化工作区域按照气化推进方向随时间的推进，按照步骤S2-S3方法不停训练三维温度场半球形数据模型的温度场预测模型，并按照步骤S4进行前后时刻下温度场展示，并分别记录前后时刻下的半球形温度场，matlab软件构建三维时空温度场坐标系，三维时空温度场坐标系的x轴表示距离传感器(5)在测得的距离值，y轴表示时间，z轴表示温度值；matlab软件在三维时空温度场坐标系上进行温度场时空演化展示。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
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