[发明专利]一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术

说明书

本发明公开一种层状岩体地温垂直传导‑对流模型的建立技术，其特征在于，包括以下步骤：一、建立垂向上的温度分布的一维数学模型；二、根据传导层和对流层的分布形式，给出层状岩体地温垂直传导‑对流模型温度分布方程；三、利用“迭代法”原理以及“追赶法”思想推导出中间各层面的温度值与模型上下表面已知温度的迭代关系式；四、将求得的迭代关系式代入温度分布方程求得地温与埋深的通项公式；五、利用Matlab软件对通项公式进行参数分析，求得不同情况下地温沿垂向上的分布与埋深的关系；六、验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。本发明利用温度场在层状岩体和含水层中的传递规律，建立了层状岩体地温垂直传导‑对流模型。模型通用性强，模型计算过程简单快捷，结果精度较高。

技术领域

本发明涉及地温异常研究领域，具体的是一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术。

背景技术

随着矿井开采深度和范围的逐渐增加，各种散热源放热和扩散量的增加，使高温矿井的数目日益增多，深井矿井地热灾害问题日益严重。我国于1954年开始对井田地温场与井巷围岩温度进行观测研究，到20世纪70年代，对全国矿山地热状况进行了调查研究。近些年，随着对温度场与降温机理研究不断深入，井下地温测试数据逐渐增多，热环境控制措施也不断趋于完善。目前，对于井下热环境的研究，集中在理论研究、数值计算及室内试验等几个方面。

由于矿井热害的存在，矿井内高温高湿的作业环境一方面对矿工的身体健康、安全和生产造成危害，另一方面还降低了工人的劳动生产率、影响矿井的经济效益。矿井内热量的来源主要是井巷围岩的放热和散湿，故准确计算地下温度场分布是矿井热害防治的基础，而且计算的精确性关系到矿井降温设计的合理性和经济性。温度场的准确计算与岩层热力学参数以及地下水运移有着很大关系。

目前地温曲线主要靠实际钻孔测温，需要花费大量人力物力，且测得的地温曲线受钻井的扰动较大，可能会与实际的温度曲线分布情况产生差异。采用层状岩体地温垂直传导-对流数学模型是一种行之有效的方法，但目前在系统依据巷道实测岩层热力学参数求地温曲线的技术还未见有专利报道。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，本发明降低了人力、物力的消耗，提出通过测温孔的实测参数，依据所建立的通项模型计算温度－埋深的分布曲线，可有效减小测温孔的钻井工作量，且计算过程简洁，为准确快速地获取地温曲线提供了新的数学模型。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，包括以下步骤：

一、建立传导层与传导-对流层的垂向温度分布一维数学模型；

二、根据传导层和对流层的分布形式，给出层状岩体地温垂直传导-对流模型各层内的温度及温度梯度分布方程；

三、利用“迭代法”原理以及“追赶法”思想推导出中间各层面的温度值与模型上下表面已知温度的迭代关系式；

四、将求得的迭代关系式代入温度分布方程，求得温度及温度梯度与埋深的通项公式；

五、利用Matlab软件对通项公式进行参数分析，分析不同情况下地温沿垂向上的分布与埋深的关系；

六、验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。