[發明專利]一種基于硫同位素組分比的煤田火區探測裝置及方法

有效

• 申請號: 201610003775.3
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105588870B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 王雁鳴;宋吾軍;邵振魯;王文正;時國慶;王德明
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62;G01V9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

一種基于硫同位素組分比的煤田火區探測裝置及方法，裝置包括：抽氣桿、導氣軟管、抽氣打氣泵、干燥筒、集氣袋、同位素質譜儀。本發明由插入地表的抽氣桿抽取淺層地表中氣體，氣體經導氣軟管輸送至抽氣打氣泵，抽氣打氣泵壓出氣體通過導氣軟管進入干燥筒干燥，干燥筒干燥后的氣體經導氣軟管導入集氣袋，集氣袋中氣體經同位素質譜儀分析計算硫的同位素組分比，通過與原煤中硫同位素組分比對比，判定測點下方是否發生煤層自燃，綜合各個測點信息進而達到圈定煤田火區的目的。其結構簡單、操作方便、使用成本低。

技術領域

本發明涉及一種基于硫同位素組分比的煤田火區探測裝置及方法，屬于煤田安全領域，尤其適用于裂隙發育煤田火區。

背景技術

煤炭是現在和今后相當長一段時間內中國的主要能源。但是中國的煤炭資源一直深受自燃發火的威脅，在我國新疆、內蒙古、山西、寧夏、甘肅、青海等省(自治區)存在大量的煤田火區。據資料表明，我國半數以上的礦井有自燃火區或有自然發火危險區。自燃火災不僅嚴重影響和威脅著煤礦安全生產，同時凍結大量的煤炭資源。據初步統計，由于煤炭自燃導致的優質煤損失量已達42億t以上,現仍以2000～3000萬t/a的速度增加，而受其影響造成的呆滯資源儲量超過2億t/a，由此造成的間接損失，諸如土地資源、大氣污染、自然生態環境和人文活動等受到的影響更是難以估計。因此我國政府在21世紀議程中已將煤炭自燃列為重大自然災害類型之一。

煤田火區治理的前提是找準燃燒區的位置，進而制定有針對性的滅火方案，撲滅煤田火區。如若不能精準圈定煤田火區位置，不僅達不到滅火效果，還會給滅火工作帶來安全隱患。目前，用于確定煤田火區的探測方法主要有遙感、地表測溫法、鉆探法、電法、磁法和測氡法。各種方法均各具優缺點。遙感方法適合圈定大面積的煤田火區，但所獲取信息為地表信息，無法對地下煤火進行有效探測，并且存在分辨率不足的問題；地表測溫反應速度快，測溫范圍大，但是工作量大，耗費時間長，在火區上方進行測溫工作具有危險性。且埋深30m以下煤田火區在地表可能無熱異常表現；鉆探方法是通過在火區施工鉆孔后，根據鉆孔溫度的高低來判別火區的分布與發展程度；該方法是一種最直接的方法，但由于煤巖的導熱性較差，為實現火區的較準確探測，需在整個探測區密集施工鉆孔(一般孔距小于10m)，其工作量大，成本高，不易用此方法完成大面積火區探測的任務；電法與磁法因受大地雜散電流、磁場、山區復雜地形等多因素的干擾,使得多解性的資料解釋非常困難，且磁法通過探測火區燒變巖生成的熱剩磁來圈定火區邊界，但燒變巖一般只有在溫度高于400℃后才能產生顯著熱剩磁，因此，磁無法滿足400℃以下區域的探測要求。

測氡法通過對探測區氡元素的探測判別煤田火區的分布情況，認為氡元素的濃度越大火區發展程度越嚴重，但是由于氡元素存在于煤層圍巖中，并非煤層燃燒的直接產物，所以在煤田火區的圈定中存在不足。

根據中國煤的硫同位素組成特征及燃煤過程硫同位素分餾研究結果，表明雖然不同地區煤層的含硫量差距很大，但是在煤燃燒過程中，會出現硫的同位素分餾現象，即煤燃燒釋放出來氣體中硫同位素組成中，相對原煤有輕³⁴S的現象，此種現象為通過硫同位素分餾現象探測煤田火區提供了理論基礎。相對于測氡方法，SO₂為煤燃燒直接生成產物，對于探測煤田火區更具優勢。且根據研究表明，燃燒生成氣體中，³⁴S/³²S組分比值低于煤樣中³⁴S/³²S組分比值4‰以上。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有方法的不足，提供一種結構簡便、操作方便、使用成本低的煤田火區探測裝置及方法。

技術方案：本發明的基于硫同位素組分比的煤田火區探測裝置，包括同位素質譜儀，還包括抽氣桿、用導氣軟管與抽氣桿尾部依次相連的抽氣打氣泵、干燥筒和集氣袋，集氣袋中的氣體通過同位素質譜儀進行硫同位素組分的分析計算并輸出結果；