【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿安全技术与工程领域，具体涉及基于自然电位法的采空区火源地面探测方法及探测系统。
技术介绍
1、煤矿火灾（包括内因火灾和外因火灾） 是煤矿生产中的重大灾害之一，随着开采深度的日益增大，深部矿井的数量不断增多，煤矿地质条件的复杂性和生产条件也变得更加特殊，煤岩破碎量大，为自然发火提供了供氧、蓄热条件，造成矿井火灾危险性增大，其中采空区、停采线、破裂煤柱、煤巷道高冒等处较易发生自燃。
2、煤田、采空区遗煤、破裂煤柱等自燃隐蔽火灾形成初期很难被发现，即使火源探测技术已取得长足进展，但是由于煤层自燃隐蔽火灾形成、发展以及影响因素的复杂性，加之煤层自燃火灾的高温位置具有隐蔽性、煤岩是热的不良导体且非均质、漏风的关系导致火区热量传递路径方向复杂等，煤层自燃高温火源探测仍是一个世界性难题，严重制约了煤层火区的高效精准治理。
3、煤自燃的研究主要从煤层自燃机理、煤自燃预测预警、煤自燃火灾探测、煤自燃火灾防治等四个方面。煤自燃火灾探测则是根据煤自燃升温及燃烧改变了煤岩体的物理化学（磁场、电场、光场和热场）特征，从而采取相应方法手段进行隐蔽火源探测；目前煤自燃火灾的探测技术分为直接调查法、钻探法、温度探测法、气体探测法、物探法和化探法。直接调查法是通过实地走访疑似的地下煤火区域，根据实际测量来确定煤自燃隐蔽火区；钻探法是通过钻探取芯分析，获取温度、co及煤岩的物理化学参数的数据，进而确定煤层所处的状态。地面调查和钻探方法费时费力，局限性大，其主要作为物探和化探的前期准备和后期验证。
4、温度探测法
5、气体探测法是根据煤体在不同温度时产生气体成分和浓度的变化，判定煤体温度和高温异常区域的范围，可分为井下气体探测和地面气体探测。采用仪器或束管监测系统检测煤自燃升温释放的气体，判定煤自燃现场危险程度实现煤自燃的预测预警。除此之外，应用双元示踪技术，即利用 sf6和cf2cibr 作为示踪剂进行色谱分析，进行地下煤层自燃火灾的探测。但是气体探测法进行煤层自燃探测时较容易受到外界干扰，探测深度存在一定局限性。
6、物探法主要包括自然电位法、磁法、高密度电阻率法、瞬变电磁法和激发极化法等。煤层自燃时，高温烘烤后的上覆岩石的磁性随自燃温度升高而增强，在地面通过磁力仪探测火区的剩余磁化强度，可以确定煤层从燃烧中心到熄灭降温带的范围。电法探测的原理是根据煤炭自然发火后，煤层的结构状态和含水性发生较大变化，从而引起煤层和周围岩石电阻率的变化；通过煤火区的电磁探测，发现加热到800°c的煤层具有显著的低阻异常，进一步，采用高密度电法对煤田火区进行探测，圈定了煤田高温异常区域，采用瞬变电磁法对井下上覆煤层进行超前探测和剖面探测，根据视电阻率的特征确定了上覆煤层的自燃发火区域。
7、每种物探法均有自身的优、缺点和使用范围；磁法探测和电阻率法探测在封闭火区或者火源温度较高时准确性较高，对于井下高温异常区域的探测面临较多问题；直流电法在进行煤层自燃高温火区探测时，需要对火区发展过程的建模，高温异常信息的挖掘还需要进一步加强。随着研究的深入，煤自燃过程中的自然电位响应特征方面的研究越来越受到重视，通过揭示煤岩升温自然电位响应、时空演化过程和产生机制，对于提高煤层自燃隐蔽火灾探测准确率非常关键。
技术实现思路
1、本专利技术运用自然电位探测技术，实现了对隐蔽火源的实时探测、采集和存储电位监测数据、实时处理智能判断隐蔽火源位置及发生发展过程，能够确定火区位置，有效减轻或防止火区的安全隐患。
2、本专利技术提供如下技术方案：基于自然电位法的采空区火源地面探测系统，包括自然电位探测系统、探测装备、数据采集传输系统。
3、探测装备包括测量电极、参考电极，测量电极设置在地面且等间距设置，所述测量电极分别与参考电极连接。
4、数据采集传输系统包括数据采集卡和多通道数字分析仪，所述测量电极与数据采集卡连接，数据采集卡与多通道数字分析仪连接，数据采集卡完成数据采集和跑极控制。
5、所述的自然电位探测系统包括电位处理模块、成图模块、电位采集模块、数据存储模块。
6、电位采集模块用于通过多通道数字分析仪对测量电极进行数据采集，包括自然电位数据的实时采集、电阻率数据实时采集以及自然电位和电阻率数据同步采集。
7、数据存储模块用于对采集后保存的自然电位数据和电阻率数据进行回放、查看和数据文件格式的转换。
8、电位处理模块用于将采集的数据按采集时间、测量电极编号、电位信号大小、电位信号与温度的关系进行分类处理。
9、成图模块将处理后的数据转化为图像形式。所述的自然电位探测系统还可以包括预警模块，当成图模块转化的图像有异常时，则预警模块发出预警，通过测量电极即可定位隐蔽火源位置。
10、所述的参考电极、测量电极为不极化cuso4电极，采用磁棒电极。不极化的磁棒电极电性特征比较稳定，保证监测数据的准确性和稳定性。
11、地面区域内的测量电极均匀分布，相邻测量电极的间距为5m-15m。具体间距可根据现场应用进行调整。
12、所述测量电极以串联的方式进行相连，且每个测量电极均与参考电极连接，测量电极分为多组，每组与一个数据采集卡连接，8-20个测量电极为一组，数据采集卡负责采集和存储数据。所述测量电极可以通过无线方式与数据采集卡连接，即测量电极与带有处理器和天线的无限通信模块连接，测量电极通过天线与数据采集卡进行通信。
13、基于自然电位法的采空区火源地面探测方法，包括如下步骤，
14、a、在采空区上方地面处，根据采空区面积挖设多条电缆沟，电缆沟最小间距15m，最大间距25m，在电缆沟内每隔5-15m挖设一个电极槽，
15、b、埋设电缆，将电源和数据线置于管道中，电源和数据线采取同一根管内铺设；
16、c、各电极槽提前浇灌水，以利于电极和地面的良好接触，浇水后每8-20个测量电极为一组与数据采集卡连接，连接好后将电极插入电极槽内；电缆以及电极埋设好后，将各部分进行连接，进行测量；
17、d、自然电位探测系统通过多通道数字分析仪向各个数据采集卡发出指令，控制数据数据采集卡的启停，在同一时间采集到各个测量电极所处位置的电位信息；
18、e、将提取的数据信息运输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于自然电位法的采空区火源地面探测系统，其特征在于，包括自然电位探测系统、探测装备、数据采集传输系统，
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【技术特征摘要】
1.基于自然电位法的采空区火源地面探测系统，其特征在于，包括自然电位探测系统、探测装备、数据采集传输系统，
2.根据权利要求1所述的基于自然电位法的采空区火源地面探测系统，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于自然电位法的采空区火源地面探测系统，其特征在于，
4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡相明，吴佰谦，董浩，于师建，王胜利，周勇，邵文琦，王伟，吴明跃，梁运涛，王福生，李丽君，杨致远，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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