本發(fā)明涉及一種基于系統(tǒng)測(cè)溫的自燃矸石山火情特征診治方法，屬于矸石山治理領(lǐng)域，是將矸石山治理的各環(huán)節(jié)作為一個(gè)整體而系統(tǒng)治理的技術(shù)方法。

背景技術(shù)：

煤矸石是采煤活動(dòng)中產(chǎn)生和排放的固體廢棄物，其化學(xué)成分復(fù)雜，包含的元素多達(dá)數(shù)十種，是礦山的主要污染來(lái)源之一。大量煤矸石露天堆積，矸石山自燃成為極為普遍的現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)了資源，而且在燃燒過(guò)程中排放的有毒有害氣體嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，危害礦區(qū)人民的身體健康。因此，矸石山的滅火防復(fù)燃成為矸石山治理的第一要?jiǎng)?wù)。但是，在矸石山治理的實(shí)踐中，滅火措施經(jīng)常不加區(qū)別地采用相同的幾種方式，由于矸石山的類(lèi)型不同，沒(méi)有具體情況具體對(duì)待的滅火方式并未能徹底滅火，矸石山復(fù)燃的情況還時(shí)有發(fā)生。

矸石山的自燃經(jīng)歷潛伏自熱、加速氧化升溫和穩(wěn)定燃燒3個(gè)階段，由此反映的狀態(tài)有矸石山內(nèi)部溫度和氣態(tài)成分的變化。氣態(tài)成分變化是由溫度上升引起的，且測(cè)試氣態(tài)成分的條件比較苛刻，不適宜推行。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利CN104155330A公開(kāi)了一種自燃煤矸石山著火點(diǎn)的確定方法，該方法將矸石山表面測(cè)溫法與矸石山內(nèi)部的米測(cè)溫法結(jié)合，以快速的表面測(cè)溫找出矸石山異常溫度點(diǎn)，依據(jù)異常點(diǎn)布局內(nèi)部的米測(cè)溫面，比較米測(cè)溫面與表面溫度場(chǎng)溫度梯度的變化趨勢(shì)，以十字交叉法在三維尺度上用優(yōu)選法移動(dòng)坐標(biāo)原點(diǎn)直至遞增指向或接近燃燒核心點(diǎn)(即著火點(diǎn))。

現(xiàn)有的方法存在以下不足：

(1)表面的異常溫度點(diǎn)并不能很好地指示矸石山內(nèi)部的高溫區(qū)，因?yàn)榇罅宽肥蕉冀?jīng)歷過(guò)用土掩埋的粗暴治理，導(dǎo)致內(nèi)部火苗向別處擴(kuò)散，表面的高溫點(diǎn)與內(nèi)部的高溫區(qū)域并不能一一對(duì)應(yīng)；

(2)單單確定著火點(diǎn)對(duì)后期施工的指導(dǎo)意義并不大，已經(jīng)開(kāi)始著火的區(qū)域并不是風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域，已經(jīng)開(kāi)始著火的區(qū)域燃燒結(jié)束后基本沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)，而即將著火的區(qū)域才是亟需處理的區(qū)域。

(3)十字測(cè)溫法與品字測(cè)溫法相比，對(duì)相同面積的矸石山進(jìn)行測(cè)溫，十字法測(cè)溫法需要布設(shè)更多點(diǎn)，無(wú)論從打孔還是測(cè)溫方面來(lái)講都加大了工作量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

(4)熱紅外測(cè)溫過(guò)程中通過(guò)在矸石山表面設(shè)立標(biāo)志點(diǎn)來(lái)確定紅外成像中像幅標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)信息，溫度信息與坐標(biāo)信息的對(duì)應(yīng)過(guò)程存在較大誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服當(dāng)前依據(jù)表面異常溫度點(diǎn)布局內(nèi)部米測(cè)溫面與實(shí)際結(jié)果誤差較大、僅僅確定矸石山著火點(diǎn)而忽略其他潛在危險(xiǎn)區(qū)域的問(wèn)題，提出一種逐步逼近、深度梯度系統(tǒng)測(cè)溫的方法，構(gòu)建矸石山的溫度場(chǎng)分布圖，以期將測(cè)溫結(jié)果應(yīng)用于矸石山治理各環(huán)節(jié)，始終考慮各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，將其作為一個(gè)整體進(jìn)行治理。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于系統(tǒng)測(cè)溫的自燃矸石山火情特征診治方法，包括如下步驟：

(1)對(duì)矸石山進(jìn)行初次全面普查測(cè)溫規(guī)劃，確定矸石山燃點(diǎn)溫度區(qū)間，根據(jù)目標(biāo)矸石山的形狀和大小以第一間距劃分一次橫縱測(cè)溫線，其交叉點(diǎn)為一次測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)所述一次測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行第一次測(cè)溫，得到各一次測(cè)溫點(diǎn)處的溫度數(shù)據(jù)；

(2)根據(jù)步驟(1)中得到的一次測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，并結(jié)合矸石山第一燃點(diǎn)溫度進(jìn)行第一次分區(qū)，劃分矸石山重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域和非重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域，劃分原則為：溫度＜第一燃點(diǎn)溫度，為非重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域；溫度≥第一燃點(diǎn)溫度，為重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域；所述第一燃點(diǎn)溫度為矸石山燃點(diǎn)溫度區(qū)間中最低的燃點(diǎn)溫度；

(3)在步驟(2)第一次溫度分區(qū)的基礎(chǔ)上，對(duì)重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域以第二間距劃分二次橫縱測(cè)溫線，其交叉點(diǎn)為二次測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)所述二次測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行第二次測(cè)溫，得到各二次測(cè)溫點(diǎn)處的溫度數(shù)據(jù)，所述第二間距小于第一間距；

(4)根據(jù)步驟(3)得到的二次測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合燃點(diǎn)溫度區(qū)間中除第一燃點(diǎn)溫度以外的其他燃點(diǎn)溫度，對(duì)重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域進(jìn)一步進(jìn)行第二次分區(qū)，劃分危險(xiǎn)區(qū)和若干高溫區(qū)，劃分原則為：溫度≥第二燃點(diǎn)溫度，為危險(xiǎn)區(qū)，溫度＜第二燃點(diǎn)溫度，為高溫區(qū)；所述第二燃點(diǎn)溫度為矸石山燃點(diǎn)溫度區(qū)間中最高的燃點(diǎn)溫度；

(5)根據(jù)所述第二次分區(qū)，得到矸石山火情區(qū)域特征，對(duì)不同的區(qū)域采取不同的治理措施。

所述第二次測(cè)溫后還對(duì)危險(xiǎn)區(qū)以第三間距劃分三次橫縱測(cè)溫線，其交叉點(diǎn)為三次測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)所述三次測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行第三次測(cè)溫，得到各三次測(cè)溫點(diǎn)處的溫度數(shù)據(jù)，得到矸石山危險(xiǎn)區(qū)的火情特征；所述第三間距小于第二間距。

所述第三間距為1.25～2.5m。

所述第一間距為5～10m，第二間距為2.5～5m。

所述測(cè)溫采用“品字形”在平臺(tái)及坡面劃分橫縱測(cè)溫線，在測(cè)溫點(diǎn)處打孔測(cè)溫；所述打孔測(cè)溫采用深度梯度系統(tǒng)測(cè)溫方法，即對(duì)某個(gè)測(cè)溫點(diǎn)測(cè)量不同深度處的溫度，得到該點(diǎn)處的深度梯度溫度值。

所述第一次測(cè)溫的深度為1米和2米，第二次測(cè)溫深度為3米。

所述步驟(1)中燃點(diǎn)溫度區(qū)間為[80℃，280℃]。

所述步驟(4)中對(duì)重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域進(jìn)行第二次分區(qū)是將重點(diǎn)測(cè)溫區(qū)域進(jìn)一步劃分為3個(gè)區(qū)域：80℃≤溫度＜90℃，為臨界區(qū)；90℃≤溫度＜280℃，為蓄熱區(qū)；溫度≥280℃，為發(fā)火區(qū)。

所述步驟(5)中不同區(qū)域的治理措施如下：對(duì)臨界區(qū)采用噴射注漿法方法防止熱量繼續(xù)擴(kuò)散；對(duì)蓄熱區(qū)采用隔絕氧氣方法打亂其蓄熱結(jié)構(gòu)；對(duì)發(fā)火區(qū)采用深孔注漿方法進(jìn)行降溫滅火。

進(jìn)行所述測(cè)溫時(shí)，采用RTK定位和WRNK式鎧裝熱電偶，測(cè)溫過(guò)程按照“打孔——熱電偶插入孔中——等待7～10分鐘——測(cè)溫——記錄”的順序依次進(jìn)行。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)對(duì)矸石山的火情特征進(jìn)行了診斷，做出明確的溫度分區(qū)，并未停留在僅僅確定著火點(diǎn)的目標(biāo)之上?；跓崃烤凵⑻荻仍恚ㄟ^(guò)逐步逼近、深度、梯度系統(tǒng)測(cè)溫技術(shù)，全面掌握矸石山火情；按照矸石山內(nèi)部不同溫度區(qū)間對(duì)其火情分布規(guī)律進(jìn)行科學(xué)分類(lèi)，從而指導(dǎo)后期針對(duì)不同火情采用相應(yīng)的滅火工藝；

(2)通過(guò)1米深度全面普查測(cè)溫確定矸石山內(nèi)部高溫區(qū)，比現(xiàn)有技術(shù)依據(jù)表面的異常溫度點(diǎn)指示矸石山內(nèi)部高溫區(qū)更為精準(zhǔn)，避免了因內(nèi)部火苗向別處擴(kuò)散而導(dǎo)致的定位不準(zhǔn)的缺陷；

(3)本發(fā)明按“品字形”測(cè)溫點(diǎn)布設(shè)法在1米深度布設(shè)全面覆蓋的測(cè)溫網(wǎng)，“品字形”測(cè)溫比“十字形”測(cè)溫更大限度地節(jié)省了工作量，可以省時(shí)省力地確定矸石山內(nèi)部高溫區(qū)；

(4)將RTK定位技術(shù)與熱電偶測(cè)溫有機(jī)結(jié)合，可實(shí)時(shí)獲取空間信息與溫度信息。不同于熱紅外測(cè)溫過(guò)程中通過(guò)在矸石山表面設(shè)立標(biāo)志點(diǎn)來(lái)確定紅外成像中像幅標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)信息，RTK定位技術(shù)與熱電偶測(cè)溫相結(jié)合既極大地提高了作業(yè)效率，又盡最大可能地降低了溫度信息與空間信息一一對(duì)應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法中矸石山表面測(cè)溫線分布圖，測(cè)溫間距為5～10米，圖中以10米為例。

圖2為本發(fā)明方法中“品字形”測(cè)溫孔分布示意圖。

圖3為本發(fā)明方法中初次全面普查測(cè)溫網(wǎng)布置示意圖，測(cè)溫間距為5～10米，圖中以10米為例。

圖4為本發(fā)明方法中垂直打孔方向示意圖。

圖5為本發(fā)明方法中第一次加密測(cè)溫網(wǎng)布置示意圖，測(cè)溫間距為2.5～5米，圖中以5米為例。

圖6為本發(fā)明方法中第二次加密測(cè)溫網(wǎng)布置示意圖，測(cè)溫間距為1～2.5米，圖中以2.5米為例。

具體實(shí)施方式

通常情況下矸石山中FeS的水解蓄熱臨界溫度一般在80～90℃之間，煤矸石中碳的起燃溫度一般在280～300℃。中間區(qū)域?yàn)樾顭峒觿‰A段。而且，矸石山的自燃經(jīng)歷潛伏自熱、加速氧化升溫和穩(wěn)定燃燒3個(gè)階段。因此，依據(jù)溫度將矸石山劃分為4個(gè)分區(qū)：防控區(qū)、臨界區(qū)、蓄熱區(qū)、發(fā)火區(qū)，各個(gè)溫度分區(qū)的起始溫度采用溫度就低原則，即采用諸多標(biāo)準(zhǔn)中的最低溫度劃分，可保證工程質(zhì)量。本發(fā)明提供了一種基于系統(tǒng)測(cè)溫的自燃矸石山火情特征診治方法，所述方法包括以下步驟：

(1)初次全面普查測(cè)溫(測(cè)溫線分布如圖1所示)：采用“品字形”測(cè)溫法(如圖2所示)，平臺(tái)及坡面每隔5～10米打孔測(cè)溫，打孔深度為2米。測(cè)溫儀器使用熱電偶，測(cè)溫階梯深度為1米、2米。坡面勘測(cè)要求每次測(cè)溫打孔垂直于坡面(如圖4所示)，保證測(cè)溫深度。

測(cè)溫儀器采用WRNK式鎧裝熱電偶，使用前對(duì)儀器進(jìn)行完好性檢查，開(kāi)水測(cè)溫監(jiān)測(cè)儀器的靈敏度與精度。熱電偶的測(cè)溫范圍是0℃-1100℃，其測(cè)溫精度為±1℃。測(cè)溫過(guò)程按照“打孔——熱電偶插入孔中——等待7～10分鐘——測(cè)溫——記錄”的順序依次進(jìn)行。

測(cè)溫打孔方法：測(cè)溫打孔方法依據(jù)地形條件1米、2米測(cè)溫主要由人工打孔；大于3米深度的測(cè)溫主要由空壓機(jī)和氣動(dòng)潛孔鉆組或?qū)I(yè)打孔機(jī)械進(jìn)行施工。

具體地，對(duì)矸石山進(jìn)行初次全面普查測(cè)溫規(guī)劃。從橫縱測(cè)溫線的交叉點(diǎn)中間隔選取測(cè)溫點(diǎn)，綜合利用RTK定位技術(shù)及熱電偶測(cè)溫，獲取測(cè)溫點(diǎn)的溫度，準(zhǔn)確記錄以供后期整理分析。如圖3所示，以5～10米為間距選取測(cè)溫點(diǎn)，“品字形”測(cè)溫比“十字形”測(cè)溫更大限度地節(jié)省了工作量，之后再在高溫區(qū)進(jìn)行加密測(cè)溫，這種疏密結(jié)合的測(cè)溫方法既可以全方位不遺不漏地進(jìn)行測(cè)溫，又保證測(cè)溫工作的最大效率。

(2)測(cè)溫結(jié)束后進(jìn)行資料初步匯總，根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)以由點(diǎn)及面的方法，進(jìn)行溫度分區(qū)，在地形圖上標(biāo)注防控區(qū)(<80℃區(qū)域)與高溫區(qū)(≥80℃區(qū)域)，然后對(duì)高溫區(qū)進(jìn)一步測(cè)溫。

(3)高溫區(qū)二次測(cè)溫(如圖5所示)：在一次測(cè)溫的基礎(chǔ)上圍繞≥80℃的高溫區(qū)進(jìn)行二次測(cè)溫，打孔深度為3米，同樣采用“品字形”測(cè)溫法，每隔2.5～5米打孔測(cè)溫，測(cè)溫深度為3米。

(4)測(cè)溫結(jié)束后資料二次匯總：結(jié)合一次測(cè)溫、二次測(cè)溫在地形圖上繪制2米、3米溫度分布圖，確定發(fā)火區(qū)(T≥280℃區(qū)域)、蓄熱區(qū)(90℃≤T＜280℃區(qū)域)及臨界區(qū)(80℃≤T＜90℃區(qū)域)范圍。

(5)進(jìn)一步，優(yōu)選地，可進(jìn)行第三次測(cè)溫(如圖6所示)：在二次測(cè)溫的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)火區(qū)進(jìn)行多深度階梯測(cè)溫，打孔深度為4米、5米及6米，同樣采用“品字形”測(cè)溫法，測(cè)溫深度分別為4米、5米及6米(部分高溫區(qū))，測(cè)溫間距1～2.5米，確定燃燒深度及范圍。

具體地，如圖4所示，以圖2中測(cè)出的A1-A7點(diǎn)為例，假設(shè)測(cè)得A3點(diǎn)溫度≥80℃，以A3點(diǎn)為中心，在其四周加密布設(shè)測(cè)溫線，以5m為間距選取其周?chē)c(diǎn)為進(jìn)一步測(cè)溫點(diǎn)，新的測(cè)溫點(diǎn)所圍區(qū)域?yàn)楦邷貐^(qū)，記錄統(tǒng)計(jì)高溫區(qū)內(nèi)各點(diǎn)溫度，并對(duì)測(cè)點(diǎn)溫度進(jìn)行進(jìn)一步分析。

進(jìn)一步，如圖6所示，以圖4中測(cè)出的B1-B8點(diǎn)為例，假設(shè)測(cè)得B6點(diǎn)溫度≥280℃，以B6點(diǎn)為中心，在其四周加密布設(shè)測(cè)溫線，以2.5m為間距選取其周?chē)c(diǎn)為進(jìn)一步測(cè)溫點(diǎn)，新的測(cè)溫點(diǎn)所圍區(qū)域?yàn)榘l(fā)火區(qū)，記錄統(tǒng)計(jì)發(fā)火區(qū)內(nèi)各點(diǎn)溫度。

(6)勘測(cè)結(jié)論分析：對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行全面分析總結(jié)，根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)繪制溫度分布圖，標(biāo)注防控區(qū)、臨界區(qū)、蓄熱區(qū)及發(fā)火區(qū)區(qū)域范圍，根據(jù)溫度分布范圍及深度，確定滅火的體積。

具體地，對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行全面分析總結(jié)，根據(jù)發(fā)火區(qū)、蓄熱區(qū)及防控區(qū)的范圍及深度，繪制溫度分布平面圖及高溫區(qū)剖面示意圖，確定著火點(diǎn)的深度及平均滅火深度，從而確定滅火體積。

(7)基于系統(tǒng)測(cè)溫診斷自燃矸石山的火情特征，依據(jù)火情特征確定的溫度分區(qū)指導(dǎo)后期的滅火施工過(guò)程。對(duì)防控區(qū)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，確保安全，對(duì)高溫區(qū)采取自下而上、由外圍區(qū)向核心區(qū)(低溫區(qū)向高溫區(qū))逐步逼近的方法進(jìn)行滅火施工。其中，對(duì)臨界區(qū)采用噴射注漿法等工藝防止熱量繼續(xù)擴(kuò)散；對(duì)蓄熱區(qū)采用隔絕氧氣等方式打亂其蓄熱結(jié)構(gòu)；對(duì)發(fā)火區(qū)采用深孔注漿等工藝進(jìn)行降溫滅火。處于加速氧化升溫階段的蓄熱區(qū)和處于劇烈燃燒階段的發(fā)火區(qū)是滅火施工的重點(diǎn)區(qū)域，通過(guò)因地制宜地采取施工措施，實(shí)現(xiàn)徹底滅火，消除復(fù)燃因素。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。