[发明专利]一种煤层地下燃空区的体积建模方法

说明书

技术领域

本发明属于地质工程领域，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。

背景技术

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，本发明即是基于此种考虑，提出了一种地下燃空区的建模方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，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，提供一种煤层地下燃空区的体积建模方法，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，本发明的解决方案是：

一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：

cρ∂T∂t=-cwρw∂(vT)∂x+∂∂x(λ∂T∂x)]]>

假设岩体内部有一椭圆形热源，且该热源温度处处相等，渗流影响下的二维非稳定温度场控制方程如下式：