地下煤火危险声波主被动探测及定位方法技术

一种地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，涉及煤矿安全监测技术领域，步骤包括：A.根据开采及地质条件，对可能发生火灾的危险区域进行预判；B.确定探测范围并选定测点，在地面和井下联合打孔；C.安装声波发射器和声波接收器，并在钻孔中安装声波传导杆，通过声波被动探测系统进行声波的被动探测；D.采集声波的主动和被动探测信息，利用声波数据解算系统处理探测信息，并反演地下煤火高温异常的区域范围，分析声波被动探测时间序列和空间信息得到地下煤火危险的动态演化过程；E.反演结果实时显示，并传输至地面终端。该方法利用地下煤火对周边煤岩热损伤和热破裂产生的声波信息，结合主动和被动探测，反演地下煤火危险动态演化。

【技术实现步骤摘要】
地下煤火危险声波主被动探测及定位方法
本专利技术涉及煤矿安全监测
，尤其是一种地下煤火危险声波主被动探测及定位的方法。
技术介绍
地下煤火灾害是非常严重灾害，尤其是在煤层埋藏深、地压大、地温高、煤的破碎严重、漏风量大的区域，易发生煤炭自燃；部分地区的煤层埋藏浅，煤炭自然发火期短，加之易于煤炭自燃的环境影响，大量的煤田火区产生。地下煤火不仅造成大量资源损失，还对周边居住和环境等安全造成巨大危害。有效的探测地下煤火的发生将极大促进矿井防灭火的工作，从而保证矿井安全、高效的生产，对矿井火灾防治具有重要的意义，也存在巨大需求。地下煤火的探测是一个难题，目前针对于地下煤火的探测主要有物探和化探方法，以及人工调查法，钻探法等。在进行地下煤火探测的过程中，人工调查法和钻探法的优点是能够比较准确的判定煤火的位置，但是费事费力，一般作为其他方法的辅助和后续验证的手段。物探方法则包括红外、遥感、磁法、电法等，物探方法方便快捷、探测精确，但是存在问题主要是受到环境影响比较大，并且数据解释存在多解性。化探方法则包含氡气，双元素示踪气体法等，该方法能够探测地下煤火的范围，但存在抗干扰性的局限。目前的地下煤火探测方法通过的比较，可以确定温度是地下煤火发生的最直接和准确的指标，受外部因素影响小，只要确定某处煤炭的温度及其分布，就能分析给定煤的自燃程度和范围，在进行探测时，有效的测试到地下煤火区域的温度变化及演化过程，一定能够判定煤火发生及发展过程。此外由于煤岩在升温及燃烧过程中能够产生大量的能量释放，声波也是其中一种释放方式，可以通过煤岩升温及燃烧产生的声波信息探测地下煤火的发生发展演化过程及定位。声波法主要是应用于探测煤岩动力灾害，中国专利(CN105840239A)公开了“矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统及方法”，采用了电法主动探测和电位监测方式进行煤岩动力灾害测试，但是该专利并没有涉及到地下煤火的声波探测，探测的原理和探测方式均存在本质差异。因此，现有的地下煤火的探测技术中，探测时抗干扰方面仍存在许多问题，例如传感器的布置受到探测区域的地形地质条件影响，为了进一步的解决这个问题，提高探测的准确性，降低探测成本，需要对地下煤火的探测方法做进一步的改进。现有的探测技术和方法中没有基于煤岩升温及燃烧产生的声波信息，也没有声波主动发射和声波被动接收相互配合对地下煤火进行综合探测定位的方法。
技术实现思路
为了解决地下煤火探测过程中干扰问题多，探测准确性低的技术问题，扩大探测范围广、提升抗干扰性、提高探测准确率、实时连续探测地下煤火危险，本专利技术提供了一种地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，具体技术方案如下。地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，步骤包括：A.在煤田范围内预判可能发生火灾的危险区域；B.确定探测范围并选定测点，地面和井下联合打设多个钻孔；C.在部分钻孔安装声波主动探测系统的声波发射器和声波接收器，另外在部分钻孔中安装声波传导杆，通过声波被动探测系统进行声波的被动探测；D.采集声波的主动探测信息和被动探测信息，利用声波数据解算系统处理探测信息，根据主动探测信息反演地下煤火高温危险的区域范围，分析声波被动探测时间序列和空间信息得到地下煤火危险的动态演化过程；E.反演结果通过显示模块实时显示，声波数据解算系统处理结果实时传输至地面终端。优选的，可能发生火灾的危险区域范围预判是根据开采条件、地质条件和煤的自燃特性分析得到。还优选的是，在划定的可能发生火灾的危险区域进行探测，选定多点分布式测点，在测点处打设钻孔；所述钻孔包括地面-地面钻孔、地面-井下钻孔、井下-井下钻孔。还优选的是，声波主动探测系统和声波被动探测系统相互配合，声波主动探测信息反演得到探测区域的声波云图，根据云图判定地下煤火危险区域并进行坐标定位，声波被动探测信息分析得到地下煤火发展演化过程。进一步优选的，声波主动探测系统包括声波发射器、声波接收器和声波数据高速采集模块，所述声波数据解算系统包括控制模块、信息存储模块和显示模块，并搭载数据分析软件。进一步优选的是，声波主动探测系统和声波被动探测系统将探测信息在声波数据高速采集模块完成模数转换、信号放大、传输及存储，声波数据高速采集模块将数据传输至声波数据解算系统。进一步优选的是，地下煤火危险区域进行坐标定位具体是：在探测区域第一个测点处安装的声波发射器发射声波，第二个测点处安装的声波接收器接收声波；声波数据高速采集模块将探测信息传输至声波数据解算系统，声波数据解算系统利用三角网声波反演算法对钻孔声波接收信息进行解算；并根据波速反演得到探测区域的声波云图；声波数据解算系统依次对各个测点的探测信息进行处理，显示模块显示处理结果。进一步优选的是，声波数据解算系统对被动探测信息处理具体是：确定探测时间段T内滤波后的声波强度和计数增减趋势，当声波变化趋势增大时，判定区域火灾危险性增大；当声波强度和计数曲线的斜率绝对值减小，判定煤火危险动态演化过程趋缓。本专利技术的有益效果是，该方法直接通过地下煤火发生发展过程中的声波信息进行判定，不受到矿井的电流、气体等各种干扰因素的影响，采集到的声波信息能够直接反映地下煤火情况，并判定地下煤火的发生和发展演化过程，探测的结果更加准确；通过声波主动发射和被动接收声波监测信息结合的方法，能够反演不同区域不同空间的地下煤火的发生和发展演化过程，并且进行实时动态显示，直接判定火灾的位置，对于煤火火灾防治具有重要意义。利用地面和井下钻孔进行探测，能够针对煤田火灾、浅埋藏煤田火灾、矿井火灾危险进行探测，使用的范围更加广泛，同时测点的分布式布置，节省了测试的成本，也保证了探测工作人员的安全。附图说明图1是地下煤火危险声波主被动探测原理示意图；图2是地下煤火危险声波主被动探测地面钻孔布置示意图；图3是地下煤火危险声波主被动探测井下钻孔布置示意图；图4是声波被动探测系统的安装结构示意图；图中：1-声波传感器连接线；2-注浆孔；3-钻孔外槽；4-保护钢管；5-声波感器；6-传导杆。具体实施方式结合图1至图4所示，本专利技术提供的一种地下煤火危险声波主被动探测及定位方法具体实施方式如下。实施例1一种地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，利用地下煤火造成周边煤岩体热损伤和热破裂所产生的声波信息，通过声波主被动探测相结合的方式，得到声波信息并反演地下煤火危险的动态演化，以及地下煤火高温异常区域的寻源定位，具体的步骤包括：步骤A.在煤田范围内预判并圈定可能发生火灾的危险区域；其中可能发生火灾的危险区域范围预判是根据开采条件、地质条件和煤的自燃特性分析得到。步骤B.确定探测范围并选定测点，地面和井下联合打设钻孔。其中，在划定的可能发生火灾的危险区域进行探测，选定多点分布式测点，在测点处打设钻孔；钻孔包括地面-地面钻孔、地面-井下钻孔、井下-井下钻孔。在煤田范围内，将其划分为多个网格，网格大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，其特征在于，步骤包括：/nA.在煤田范围内预判可能发生火灾的危险区域；/nB.确定探测范围并选定测点，地面和井下联合打设多个钻孔；/nC.在部分钻孔安装声波主动探测系统的声波发射器和声波接收器，另外在部分钻孔中安装声波传导杆，通过声波被动探测系统进行声波的被动探测；/nD.采集声波的主动探测信息和被动探测信息，利用声波数据解算系统处理探测信息，根据主动探测信息反演地下煤火高温异常的区域范围，分析声波被动探测时间序列和空间信息得到地下煤火危险的动态演化过程；/nE.反演结果通过显示模块实时显示，声波数据解算系统处理结果实时传输至地面终端。/n

【技术特征摘要】
1.地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，其特征在于，步骤包括：
A.在煤田范围内预判可能发生火灾的危险区域；
B.确定探测范围并选定测点，地面和井下联合打设多个钻孔；
C.在部分钻孔安装声波主动探测系统的声波发射器和声波接收器，另外在部分钻孔中安装声波传导杆，通过声波被动探测系统进行声波的被动探测；
D.采集声波的主动探测信息和被动探测信息，利用声波数据解算系统处理探测信息，根据主动探测信息反演地下煤火高温异常的区域范围，分析声波被动探测时间序列和空间信息得到地下煤火危险的动态演化过程；
E.反演结果通过显示模块实时显示，声波数据解算系统处理结果实时传输至地面终端。


2.根据权利要求1所述的地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，其特征在于，所述可能发生火灾的危险区域范围预判是根据开采条件、地质条件和煤的自燃特性分析得到。


3.根据权利要求1所述的地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，其特征在于，在划定的可能发生火灾的危险区域进行探测，选定多点分布式测点，在测点处打设钻孔；所述钻孔包括地面-地面钻孔、地面-井下钻孔、井下-井下钻孔。


4.根据权利要求1所述的地下煤火危险声波主被动探测及定位方法，其特征在于，所述声波主动探测系统和声波被动探测系统相互配合，声波主动探测信息反演得到探测区域的声波云图，根据云图判定地下煤火危险区域并进行坐标定位，声波被动探测信息分析得到地下煤火发展演...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔彪，陆伟，程卫民，李金亮，亓冠圣，贺正龙，李家亮，胡相明，刘震，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37