[发明专利]一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法

说明书

本发明公开的一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法，涉及采空区温度监测技术领域。该方法首先选取可能的高温空间，并在高温空间内测量四个任意三点不共线的监测点的温度值；然后，基于四点构建四面体模型，四个面均以每一三角形的三边中垂线划分六个区域，两两比较温度值，确定四个面的高温区域；最后，四个面的高温区域延伸成棱柱相交，获得热源所在空间区域。本发明操作方便，不仅能够探测采空区的温度分布情况，还可根据测点的温度反演出热源区域，准确地判断煤矿井下采空区及其它着火区域的热源位置，从而有利于预防火灾的发生以及火灾发生后及时治理。

技术领域

本发明涉及采空区温度监测技术领域，具体涉及一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法。

背景技术

在煤矿井下，煤自燃是影响工作面安全回采的灾害之一，其中，采空区是煤自燃频发区域。因此，对采空区内的温度进行监测至关重要。

由于采空区处于封闭空间，无法实时测量其内部空间各处温度。目前，现场操作时多采用气体探测法反演采空区煤自燃程度，并基于反演结果采取相应的火灾治理措施。但是，采用这种方法时，受煤矿井下风流、采动以及地质赋存的影响，一旦检测到标志性气体，则遗煤已经进入到了自燃阶段，不能起到提前预防的效果，直接增大了火灾发生的概率，加大了火灾治理的投入。

为了解决上述问题，人们提出可以预先监测易着火位置的温度情况，可采用的测温方式有光纤测温技术、热电偶技术和红外探测技术等。

然而，光纤测温技术是预先向采空区或者易着火区域铺设光纤，利用光时域反射技术进行采空区温度实时测量，由于光纤一般铺设在煤层底板，受煤层顶板垮塌以及矿井水的影响，该方法经常出现光纤被砸断，光纤或感温探头被浸泡等问题。此外，该方法需要预埋光纤，而对于没有预埋且已经着火的区域，无法测量其内部温度。

红外探测技术仅适用于表层温度变化较明显的区域测温，不适用于矿井下采空区或者废弃巷道区域温度的探测。而通过在钻孔中伸入热电偶测温，虽然有时能够测量出着火空间的温度，但是测到温度点有限，受钻孔围岩状况及采空区多孔介质导热性差的影响，该方法准确性和敏感性差，且测量的温度点通过普通的数值拟合方法难以得到热源位置。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种更为有效的方法，以快速、准确的确定采空区热源位置，保证煤矿的安全生产。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法，可以根据少量采空区危险区域测点的温度，反演得出采空区热源位置，以利于提前做好定点预防及防火工作，减少火灾治理的投入，提高现场作业安全性和经济性。

根据本发明的目的提出的一种用于煤矿井下采空区高温区域热源位置反演的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据现场条件判断选取采空区可能的高温空间。

步骤二、在已选取的高温空间内，选择四个任意三点不共线的监测点A、B、C、D，构建一个四面体模型，并测量对应监测点的温度值T_A、T_B、T_C、T_D。

步骤三、选取四面体中的任意一个面，并求取对应三角形的三边中垂线，三条中垂线相交，将该面在高温空间内的延伸面划分成六个区域。

步骤四、将三角形所对应的三点温度两两比较，以两点之间连线的中垂线为分界线，获得六个区域中的三个相对高温区域；三次比较后，所获得的三组相对高温区域的交集区域即为该面的高温区域。

步骤五、重复步骤三、四，将四面体模型的另外三个面也做同样处理，获得四面体各个面的高温区域。

步骤六、将每个面所获得的高温区域均沿垂直于对应面的方向延伸，形成棱柱。

步骤七、四个棱柱相交，初步获得高温热源所在的空间区域。