一种煤层地下燃空区的体积建模方法技术

本发明专利技术公开一种煤层地下燃空区的体积建模方法，从热传导基本理论出发，基于燃空区的高温与常规地下温度场的相对恒温，通过分析渗流对温度场的影响机理，推导出渗流作用下的温度场控制方程；引入贝塞尔函数，推导出燃烧通道周围温度场分布方程，并给出有限元数值求解，借助现场温度探测资料，用有限元数值软件反演渗流作用下的温度场分布，并确定燃烧通道的高温影响边界；通过调整燃空区的截面尺寸，获得与现场探测拟合性最佳的煤层温度分布，反演出煤炭地下燃烧燃空区形状及尺寸，进而计算出燃空区的近似体积。此方法能够较为准确地判定煤炭地下燃烧通道的形状及尺寸，比较其他计算手段，所提出的燃烧通道的燃空区热源模型具有一定的实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质工程领域，特别涉及一种确定煤层燃烧后地层空洞区域的形状及尺寸，进而确定燃空区体积的方法。
技术介绍
煤层地下燃烧是世界煤炭开采的研究方向之一，是从根本上解决传统开采方法存在的一系列技术和环境问题的重要途径。在实际运行中，由于燃空区埋藏较深以及地质条件的复杂性，仅依靠现有的地质测量手段很难对煤层地下燃空区的形状与大小做出准确计算。因此，目前还没有一种有效的方法来计算地下燃空区的体积，以此来解决在燃烧采煤过程中诸如如何进一步提高燃烧热值、有效控制燃烧、防止地面塌陷(即燃空区的稳定性)以及解决塌陷导致的大量地下水流失等技术问题。另外，渗流的热学效应分析是水工、采矿等工程中不可忽略的一部分。渗流的裂隙岩体地区，运动的地下水与其所接触的岩体之间会发生热量交换(即表面对流换热)，使得岩体温度降低，温度场分布形式发生变化。另外，渗透系数以及渗流速度的变化，引起了岩体与水流交换的热量变化，同样影响了岩体温度场的分布。在燃烧采煤区，由于受高温热源的影响，煤层内的温度分布出现异常；地下水的渗流必将带走一部分热量，使得燃空区附近热值降低，同时改变了煤层内的温度分布状态。热源体积大小、强度的不同导致煤层内温度分布状态不同。假设岩土体均质且各向同性，基于深度地层的渗流效应影响较小，因此忽略燃烧通道周围渗流场对温度场的影响。因此，通过对地下温度场的研究进而来反推燃烧区体积、 评价燃烧区的安全稳定性等重大问题对燃烧采煤技术的长远发展至关重要，本专利技术即是基于此种考虑，提出了一种地下燃空区的建模方法，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于针对现有的地质测量手段很难对煤层地下燃空区的形状与大小做出准确计算，提供，其能够较为准确地判定煤炭地下燃烧通道的形状及尺寸，比较其他计算手段，所提出的燃烧通道的燃空区热源模型具有一定的实用价值。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是—种煤层地下燃空区的体积建模方法，包括如下步骤(1)根据岩体内部单元体热量平衡原理，在岩层平面内建立渗流作用下的一维非稳定温度场方程 权利要求1. ，其特征在于包括如下步骤(1)根据岩体内部单元体热量平衡原理，在岩层平面内建立渗流作用下的一维非稳定温度场方程全文摘要本专利技术公开，从热传导基本理论出发，基于燃空区的高温与常规地下温度场的相对恒温，通过分析渗流对温度场的影响机理，推导出渗流作用下的温度场控制方程；引入贝塞尔函数，推导出燃烧通道周围温度场分布方程，并给出有限元数值求解，借助现场温度探测资料，用有限元数值软件反演渗流作用下的温度场分布，并确定燃烧通道的高温影响边界；通过调整燃空区的截面尺寸，获得与现场探测拟合性最佳的煤层温度分布，反演出煤炭地下燃烧燃空区形状及尺寸，进而计算出燃空区的近似体积。此方法能够较为准确地判定煤炭地下燃烧通道的形状及尺寸，比较其他计算手段，所提出的燃烧通道的燃空区热源模型具有一定的实用价值。文档编号G06F19/00GK102567649SQ20121002530公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月7日 优先权日2012年2月7日专利技术者侯超虎, 李佳, 许红星, 赵天龙, 陈亮 申请人:河海大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，侯超虎，赵天龙，李佳，许红星，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：