[發明專利]一種煤層地下燃空區的體積建模方法

有效

• 申請號: 201210025305.9
• 申請日: 2012-02-07
• 公開（公告）號: CN102567649A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 陳亮;侯超虎;趙天龍;李佳;許紅星
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于地質工程領域，特別涉及一種確定煤層燃燒后地層空洞區域的形狀及尺寸，進而確定燃空區體積的方法。

背景技術

煤層地下燃燒是世界煤炭開采的研究方向之一，是從根本上解決傳統開采方法存在的一系列技術和環境問題的重要途徑。在實際運行中，由于燃空區埋藏較深以及地質條件的復雜性，僅依靠現有的地質測量手段很難對煤層地下燃空區的形狀與大小做出準確計算。因此，目前還沒有一種有效的方法來計算地下燃空區的體積，以此來解決在燃燒采煤過程中諸如如何進一步提高燃燒熱值、有效控制燃燒、防止地面塌陷(即燃空區的穩定性)以及解決塌陷導致的大量地下水流失等技術問題。

另外，滲流的熱學效應分析是水工、采礦等工程中不可忽略的一部分。滲流的裂隙巖體地區，運動的地下水與其所接觸的巖體之間會發生熱量交換(即表面對流換熱)，使得巖體溫度降低，溫度場分布形式發生變化。另外，滲透系數以及滲流速度的變化，引起了巖體與水流交換的熱量變化，同樣影響了巖體溫度場的分布。在燃燒采煤區，由于受高溫熱源的影響，煤層內的溫度分布出現異常；地下水的滲流必將帶走一部分熱量，使得燃空區附近熱值降低，同時改變了煤層內的溫度分布狀態。熱源體積大小、強度的不同導致煤層內溫度分布狀態不同。

假設巖土體均質且各向同性，基于深度地層的滲流效應影響較小，因此忽略燃燒通道周圍滲流場對溫度場的影響。因此，通過對地下溫度場的研究進而來反推燃燒區體積、評價燃燒區的安全穩定性等重大問題對燃燒采煤技術的長遠發展至關重要，本發明即是基于此種考慮，提出了一種地下燃空區的建模方法，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的，在于針對現有的地質測量手段很難對煤層地下燃空區的形狀與大小做出準確計算，提供一種煤層地下燃空區的體積建模方法，其能夠較為準確地判定煤炭地下燃燒通道的形狀及尺寸，比較其他計算手段，所提出的燃燒通道的燃空區熱源模型具有一定的實用價值。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種煤層地下燃空區的體積建模方法，包括如下步驟：

(1)根據巖體內部單元體熱量平衡原理，在巖層平面內建立滲流作用下的一維非穩定溫度場方程：

cρ∂T∂t=-cwρw∂(vT)∂x+∂∂x(λ∂T∂x)]]>

假設巖體內部有一橢圓形熱源，且該熱源溫度處處相等，滲流影響下的二維非穩定溫度場控制方程如下式：