一種確定煤田采空火區(qū)次聲探測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤田采空火區(qū)次聲探測(cè)圈定裝置及方法，屬于煤田火區(qū)安全領(lǐng)域，尤其適用于對(duì)煤田采空火區(qū)的探測(cè)圈定。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)新疆、內(nèi)蒙古、山西、寧夏、甘肅、青海等省(自治區(qū))存在大量的煤田火區(qū)。大量煤田火災(zāi)的存在不僅直接燒毀不可再生的煤炭資源，還間接造成數(shù)十倍的呆滯資源不能開(kāi)采，并直接威脅煤礦的安全生產(chǎn)和當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境與地下水資源。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因煤火燒損煤量達(dá)1000萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)200億。為實(shí)現(xiàn)煤火的高效治理，減少資源的損失和對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)火區(qū)的有效探測(cè)是關(guān)鍵。
[0003]國(guó)內(nèi)外用于煤田火區(qū)探測(cè)的方法主要有鉆孔測(cè)溫法、磁法、測(cè)氡法、氣體測(cè)量法和遙感法等。鉆孔測(cè)溫法通過(guò)在火區(qū)施工鉆孔后，采用熱電偶、紅外測(cè)溫儀等測(cè)溫儀器測(cè)試鉆孔內(nèi)溫度，根據(jù)鉆孔溫度的高低來(lái)判別火區(qū)的分布與發(fā)展程度；該方法是一種最直接的方法，但由于煤巖的導(dǎo)熱性較差，為實(shí)現(xiàn)火區(qū)的較準(zhǔn)確探測(cè)，需在整個(gè)探測(cè)區(qū)密集施工鉆孔(一般孔距小于10m)，其工作量大，成本高；磁法通過(guò)探測(cè)火區(qū)燒變巖生成的熱剩磁來(lái)圈定火區(qū)邊界，但燒變巖一般只有在溫度高于400°C后才能產(chǎn)生顯著熱剩磁，對(duì)于400°C以下的區(qū)域由于其生成的熱剩磁較低，導(dǎo)致探測(cè)精度較差；因此，該方法無(wú)法滿足400°C以下區(qū)域的探測(cè)要求。測(cè)氡法通過(guò)對(duì)探測(cè)區(qū)氡元素的探測(cè)判別煤田火區(qū)的分布情況，認(rèn)為氡元素的濃度越大火區(qū)發(fā)展程度越嚴(yán)重，但是在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中氡元素的多少受探測(cè)區(qū)地層厚度、含水量、裂隙發(fā)育程度等的影響較大，導(dǎo)致該方法探測(cè)精度較低；氣體測(cè)量法雖然探測(cè)煤層燃燒指標(biāo)性氣體，但同樣受限于火區(qū)地層厚度、裂隙發(fā)育程度等因素，與測(cè)氡方法類(lèi)似；遙感法適用于地表有溫度明顯異常的火區(qū)探測(cè)，不適用于地表溫度顯現(xiàn)不明顯的火區(qū)探測(cè)。
[0004]而受熱物體內(nèi)部分子會(huì)產(chǎn)生碰撞產(chǎn)生燃燒音，由此產(chǎn)生聲壓，激發(fā)周?chē)諝饷劫|(zhì)的低頻振動(dòng)，形成火災(zāi)次聲波。這種次聲波現(xiàn)象為物質(zhì)燃燒所共有。且在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，日常雜音很少，所以可以很大程度上避免環(huán)境對(duì)探測(cè)器的干擾。故可通過(guò)對(duì)火災(zāi)發(fā)生直接產(chǎn)生的燃燒音進(jìn)行探測(cè)從而確定煤田火區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是克服已有方法的不足，提供一種直接探測(cè)采空火區(qū)燃燒產(chǎn)物、操作簡(jiǎn)便、使用成本低、測(cè)試精度高的煤田火區(qū)探測(cè)裝置及方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的確定煤田采空火區(qū)次聲探測(cè)裝置，包括地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建，所述地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建內(nèi)球頂部經(jīng)固定桿與次聲傳感器相連，次聲傳感器固定于內(nèi)半球頂部垂直向下硬質(zhì)固定桿下部，次聲傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與前置放大器相連，前置放大器通過(guò)數(shù)據(jù)線與低通濾波器相連，低通濾波器通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元相連，存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線或者移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備拷入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。
[0007]所述地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建為兩個(gè)同心的中部抽成真空的半球體組合而成。
[0008]所述的次聲傳感器距兩半球圓心所處水平面距離為4?6cm。
[0009]使用上述裝置的煤田采空火區(qū)次聲探測(cè)方法，包括如下步驟:
[0010]a.根據(jù)煤田井工礦開(kāi)采資料，將地下采空區(qū)邊界向地表垂直投影作為控制邊界，控制邊界內(nèi)的地表區(qū)域作為探測(cè)區(qū)域，在探測(cè)區(qū)邊界周?chē)蛲庋由焖骄嚯x大于500m的未開(kāi)米區(qū)內(nèi)任選一點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)；
[0011]b.在探測(cè)區(qū)域按照邊長(zhǎng)為30mX30m劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)確定為測(cè)點(diǎn)，網(wǎng)格劃分覆蓋所有探測(cè)區(qū)域，若探測(cè)區(qū)不規(guī)則，可將節(jié)點(diǎn)布置在探測(cè)區(qū)外，以保證網(wǎng)格區(qū)域覆蓋所有探測(cè)區(qū);
[0012]c.將基準(zhǔn)點(diǎn)和所有測(cè)點(diǎn)附近的地表處理成深度為10cm、直徑大于半空間次聲收集與放大裝置外徑的圓形平面凹槽；
[0013]d.在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的圓形平面凹槽內(nèi)安設(shè)半空間次聲收集與放大裝置，并在地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建的頂部設(shè)置一固定桿，固定桿下部安設(shè)次聲傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)線引出地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建外，依次與前置放大器、低通濾波器、數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元和計(jì)算機(jī)相連；
[0014]e.靜置2?3分鐘后開(kāi)始測(cè)量，先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并記錄開(kāi)始測(cè)量時(shí)間，再對(duì)探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄開(kāi)始測(cè)量時(shí)間，探測(cè)點(diǎn)保持連續(xù)測(cè)量時(shí)間不少于5分鐘；
[0015]f.重復(fù)步驟d和e，按順序完成所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的探測(cè)工作，在探測(cè)過(guò)程中，基準(zhǔn)點(diǎn)位置保持不變，并保持不間斷的測(cè)量，直至完成所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的測(cè)量；
[0016]g.將基準(zhǔn)點(diǎn)和各個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量到的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件提取頻率值，并在平面坐標(biāo)系內(nèi)以X軸為時(shí)間軸，y軸為頻率軸做出曲線圖，通過(guò)探測(cè)數(shù)據(jù)，按照各測(cè)點(diǎn)的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間與基準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間的對(duì)照，剔除基準(zhǔn)點(diǎn)次聲信號(hào)，若各探測(cè)點(diǎn)有連續(xù)穩(wěn)定的次聲信號(hào)，則認(rèn)為此探測(cè)點(diǎn)下方存在采空燃燒火區(qū)，匯總所有測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，從而圈定地下采空火區(qū)范圍。
[0017]有益效果:本發(fā)明根據(jù)煤田采空火區(qū)產(chǎn)生的次聲波特性，對(duì)煤層燃燒直接產(chǎn)物次聲波進(jìn)行探測(cè)，避免了電法磁法間接對(duì)煤巖體高溫條件下電性磁性異常探測(cè)其他因素的干擾，避免了如常規(guī)鉆孔探測(cè)法施工探測(cè)鉆孔時(shí)大量鉆孔施工在探測(cè)區(qū)內(nèi)不會(huì)發(fā)生煤田火的煤巖實(shí)體區(qū)的缺陷，本發(fā)明不僅避免了常規(guī)探測(cè)方法的缺陷，還大幅降低了探測(cè)鉆孔數(shù)量，且具有直接探測(cè)的特點(diǎn)，探測(cè)成本低，測(cè)試精度高，對(duì)煤田采空火區(qū)適用性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是地下采空火區(qū)次聲探測(cè)圈定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建1、固定桿2、次聲傳感器3、數(shù)據(jù)線4、前置放大器5、低通濾波器6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7、計(jì)算機(jī)8。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的確定煤田采空火區(qū)次聲探測(cè)裝置，包括地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建1，所述地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建1為兩個(gè)同心的中部抽成真空的半球體組合而成，可優(yōu)選兩半球外層半球的直徑為40cm，內(nèi)層半球的直徑為38cm。所述地下半空間次聲收集與放大構(gòu)件/組建1內(nèi)球頂部經(jīng)固定桿2與次聲傳感器3相連，次聲傳感器3固定于內(nèi)半