[发明专利]基于壤氡多参数神经网络技术煤炭地下气化炉温度场获取方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化领域，具体涉及煤炭开采过程中地下气化炉温度场获取方法和技术。

背景技术

我国缺油少气，但煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。采用先进成熟的煤炭气化技术来提高煤炭的洁净高效利用是协调解决煤炭利用效率和生态环境问题以及保障我国能源安全的正确选择。

煤炭地下气化是直接对地下蕴藏的煤炭进行可控制性的燃烧，产生煤气后输出地面的一种能源开采方式。与传统的采煤方式相比，地下气化采煤可以更大限度的利用煤炭资源，并且安全、环保、高效，具有非常显著的经济效益；尤其是其还适用于用常规方法不可开采或者开展不经济的煤层，以及煤矿的二次或多次复采，因此受到广泛的重视。目前正由实验性开采向商业性开展转变的最后突破。而商业性地下气化采煤遇到的主要瓶颈是生产的可燃气体的浓度、组分和热值不稳定，无法保证产品品质的一致。为解决这一问题需要有效的监控地下煤层燃烧气化状态，从而有效控制燃烧过程。

目前传统的监控方法是通过对生产的合成气的温度、压力、流量、气体组分等能间接反应地下气化炉燃烧状态的参数进行测量，利用这些数据对地下气化炉内的燃烧状态进行分析与推测，但是该测量方法只是间接的对地下气化炉内的燃烧状态进行分析与推测，因此，推测的结果可能与实际情况并不相符。地下温度场可以直接反映地下气化炉燃烧过程中的温度分布状态，而最高温度区域则为地下气化炉燃烧中心，即可以根据最高温度区域确定火焰位置，并可以确定该燃烧中心的火焰温度。

研究表明，随温度的升高，氡的析出量在逐渐增大，氡的析出与温度之间有一定的相关关系。在煤炭地下气化过程中，在煤层燃烧区产生温度为700～800℃的高温区，这种高温高压条件并非均匀，从而形成温度和压力梯度。在地下，煤层燃烧火焰工作面温度最高，周围则相对较低，这种根据气体运移的原则规律，气体从温度高的地方向温度低的方向运移，从压力大的地方向压力小的地方运移，这样就形成从火焰面方向而向上运移氡气。温度和压力梯度越大，氡气向上运移的速度越快，在热区上方与无热区上方将会出现明显的氡气浓度差异。如果采用合适的手段去探测并提取这一差异信息，就可在地表确定地下煤层燃烧的位置与范围。通过在不同时间段的测量来观测煤炭地下气化炉附近的地表壤氡异常的变化来监测地下煤层的燃烧状态，包括气化炉火焰位置，燃烧范围、炉内温度，进而还可以确定火焰移动的方向和速度。

由于氡气的运移受到多种因素的影响，地表壤中氡气异常具有不确定性、非规则性、非唯一性以及滞后性的特征，加上人们对氡气运移机理的认识还很有局限，以及采用的壤氡测量技术手段的不合理性，因此要利用单一的地表测氡结果来确定地下煤层的温度，从而达到指示地下煤层燃烧状态的目标还有一定的难度。因此建立一套有效的气化采煤进程中地下气化炉温度场获取方法及系统是一种行之有效的技术手段，这将有助于提高煤炭企业的生产效率和生产安全。目前尚未发现有有效的技术手段来解决这一问题的报道，因此本发明所提供的方法是一种创新的方法和技术手段。

发明内容

目前在气化采煤过程中需要有效监控地下煤层燃烧状态来控制燃烧过程，而地下温度场是最直接反应燃烧状态的关键信息，但直接测量温度场又存在难度。本发明的目的在于针对目前气化采煤这一技术需求，基于壤氡静态扩散静电累积原理，利用阵列式多参数壤氡α能谱实时连续测量数据，采用神经网络的方法获取气化采煤进程中地下气化炉温度场，从而圈定燃烧区，形象地得到地下燃烧区的状态，进而可间接的监控地下火焰的移动、控制气化过程中煤气质量、保持炉内温度的稳定等目的。本发明所提供方法合理，理论基础充分，实现的技术方案成熟可行。

为能达到上述发明目的，所采用的技术方案是基于壤氡多参数神经网络技术煤炭地下气化炉温度场获取方法和系统，其特征是：具体包括根据煤炭气化范围在地表土壤中布置阵列式探测点S101；在阵列式探测点上采用多参数壤氡α能谱测量系统进行壤氡实时连续累积测量S102；在其中设定数量的探测点S202上采用热电偶作地下气化炉温度同步测量S103；采用数据处理算法进行壤氡多参数特征信息提取S104；建立特征信息神经网络学习样本库S105；根据地表阵列式测点的壤氡多参数实测值采用神经网络方法获取地下气化炉煤层各点的温度值S106；采用专用数据处理软件画出地下气化炉煤层温度等值线，从而获得地下气化炉的温度场S107。