專利名稱：一種煤層地下燃空區(qū)的體積建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)工程領(lǐng)域，特別涉及一種確定煤層燃燒后地層空洞區(qū)域的形狀及尺寸，進(jìn)而確定燃空區(qū)體積的方法。
背景技術(shù)：
煤層地下燃燒是世界煤炭開(kāi)采的研究方向之一，是從根本上解決傳統(tǒng)開(kāi)采方法存在的一系列技術(shù)和環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。在實(shí)際運(yùn)行中，由于燃空區(qū)埋藏較深以及地質(zhì)條件的復(fù)雜性，僅依靠現(xiàn)有的地質(zhì)測(cè)量手段很難對(duì)煤層地下燃空區(qū)的形狀與大小做出準(zhǔn)確計(jì)算。因此，目前還沒(méi)有一種有效的方法來(lái)計(jì)算地下燃空區(qū)的體積，以此來(lái)解決在燃燒采煤過(guò)程中諸如如何進(jìn)一步提高燃燒熱值、有效控制燃燒、防止地面塌陷(即燃空區(qū)的穩(wěn)定性)以及解決塌陷導(dǎo)致的大量地下水流失等技術(shù)問(wèn)題。另外，滲流的熱學(xué)效應(yīng)分析是水工、采礦等工程中不可忽略的一部分。滲流的裂隙巖體地區(qū)，運(yùn)動(dòng)的地下水與其所接觸的巖體之間會(huì)發(fā)生熱量交換(即表面對(duì)流換熱)，使得巖體溫度降低，溫度場(chǎng)分布形式發(fā)生變化。另外，滲透系數(shù)以及滲流速度的變化，引起了巖體與水流交換的熱量變化，同樣影響了巖體溫度場(chǎng)的分布。在燃燒采煤區(qū)，由于受高溫?zé)嵩吹挠绊懀簩觾?nèi)的溫度分布出現(xiàn)異常；地下水的滲流必將帶走一部分熱量，使得燃空區(qū)附近熱值降低，同時(shí)改變了煤層內(nèi)的溫度分布狀態(tài)。熱源體積大小、強(qiáng)度的不同導(dǎo)致煤層內(nèi)溫度分布狀態(tài)不同。假設(shè)巖土體均質(zhì)且各向同性，基于深度地層的滲流效應(yīng)影響較小，因此忽略燃燒通道周?chē)鷿B流場(chǎng)對(duì)溫度場(chǎng)的影響。因此，通過(guò)對(duì)地下溫度場(chǎng)的研究進(jìn)而來(lái)反推燃燒區(qū)體積、 評(píng)價(jià)燃燒區(qū)的安全穩(wěn)定性等重大問(wèn)題對(duì)燃燒采煤技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展至關(guān)重要，本發(fā)明即是基于此種考慮，提出了一種地下燃空區(qū)的建模方法，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于針對(duì)現(xiàn)有的地質(zhì)測(cè)量手段很難對(duì)煤層地下燃空區(qū)的形狀與大小做出準(zhǔn)確計(jì)算，提供一種煤層地下燃空區(qū)的體積建模方法，其能夠較為準(zhǔn)確地判定煤炭地下燃燒通道的形狀及尺寸，比較其他計(jì)算手段，所提出的燃燒通道的燃空區(qū)熱源模型具有一定的實(shí)用價(jià)值。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是—種煤層地下燃空區(qū)的體積建模方法，包括如下步驟(1)根據(jù)巖體內(nèi)部單元體熱量平衡原理，在巖層平面內(nèi)建立滲流作用下的一維非穩(wěn)定溫度場(chǎng)方程
權(quán)利要求
1. 一種煤層地下燃空區(qū)的體積建模方法，其特征在于包括如下步驟(1)根據(jù)巖體內(nèi)部單元體熱量平衡原理，在巖層平面內(nèi)建立滲流作用下的一維非穩(wěn)定溫度場(chǎng)方程
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種煤層地下燃空區(qū)的體積建模方法，從熱傳導(dǎo)基本理論出發(fā)，基于燃空區(qū)的高溫與常規(guī)地下溫度場(chǎng)的相對(duì)恒溫，通過(guò)分析滲流對(duì)溫度場(chǎng)的影響機(jī)理，推導(dǎo)出滲流作用下的溫度場(chǎng)控制方程；引入貝塞爾函數(shù)，推導(dǎo)出燃燒通道周?chē)鷾囟葓?chǎng)分布方程，并給出有限元數(shù)值求解，借助現(xiàn)場(chǎng)溫度探測(cè)資料，用有限元數(shù)值軟件反演滲流作用下的溫度場(chǎng)分布，并確定燃燒通道的高溫影響邊界；通過(guò)調(diào)整燃空區(qū)的截面尺寸，獲得與現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)擬合性最佳的煤層溫度分布，反演出煤炭地下燃燒燃空區(qū)形狀及尺寸，進(jìn)而計(jì)算出燃空區(qū)的近似體積。此方法能夠較為準(zhǔn)確地判定煤炭地下燃燒通道的形狀及尺寸，比較其他計(jì)算手段，所提出的燃燒通道的燃空區(qū)熱源模型具有一定的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102567649SQ20121002530
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者侯超虎, 李佳, 許紅星, 趙天龍, 陳亮 申請(qǐng)人:河海大學(xué)