专利名称：瓦斯突出短临预警方法
技术领域：
本发明涉及一种预警方法，特别是一种矿井瓦斯突出短临预警方法。
背景技术：
传统观念常把煤矿瓦斯爆炸等矿难全部归为煤矿内部人为管理不善所致，而忽视了瓦斯爆炸事故是在瓦斯突出之后受到矿内人为因素诱发所致。显然，瓦斯突出是瓦斯爆炸的先决条件。矿井区域的瓦斯的成因与突出为自然属性，与地质活动异常关系密切，甚至可以认为是地质异常的必然产物。
我国是贫油国，本世纪内燃料消耗仍以煤炭为主，约占燃料结构的70％。我国约有50％的煤矿属于高瓦斯矿，瓦斯事故已占到煤矿事故总数的80％以上，造成的伤亡占到特大事故伤亡人数的九成．我国煤炭开采死亡率约是美国的200倍(2002年)。因此，预测煤矿瓦斯突出的时间和发生概率对防止瓦斯爆炸减少煤矿事故具有重大社会效益和经济效益。
而目前，尚没有对特定地区的矿井的瓦斯突出作科学的短临预警的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种瓦斯突出短临预警方法，该方法可以对特定地区的矿井的瓦斯是否突出作出判断，并及时地作出预警信息。
本发明采用的技术方案是一种瓦斯突出预警方法，其按照以下的步骤实现步骤一接收气象卫星的热红外图像，并利用计算机对图像进行处理，使该图像显示出各个区域的温度场分布状况；步骤二选择特定的矿井所在的区域，观察所述的图像显示的所述的区域内的温度信息，找出温度异常状况，如果该区域温度异常，则从所述的图像中通过观测判断，该区域的温度是否超过周围区域的温度的数值在3-8摄氏度的范围内；如果否，则步骤终止，如果是，持续的观测该地区的温度异常状况，并进一步确定该状况持续的时间是否在3天以上，如果否，则步骤终止，如果是，则继续进入下一个步骤；
步骤三通过观测所述红外图像，确定步骤二中所述的温度异常的区域的面积是否在一万平方公里以上，如果否，则步骤终止，如果是，则能够得出该区域的矿井瓦斯突出的结论。
其中，所述步骤三之后增加步骤四，该步骤的内容是检索所述矿井所在的区域发生的，在至本检索之日起4个月之前的地震信息和矿井前兆性事故信息。
按照本发明提供的瓦斯突出预警方法，可以取得如下有益效果地球化学研究成果表明，地球深部的气体随地壳运动(活动)不断扩散到地球表面．这些气体在地球物理化学作用下，如太阳辐射，与地磁、地电场交互作用使其产生能级跃迁释放能量；加上地质活动本身岩层摩擦产生的红外辐射，常常伴随某区域地表温度出现增温异常变化。反之，地表温度异常变化及其变化程度也反映地质构造内部的变化及其变化程度。本发明在预警方法中利用了这一自然规律。
采用本发明的瓦斯突出短临预警方法，可以对某一个具体地区的矿井的瓦斯是否突出作出判断结论，提示有关人员采取防范措施，以避免由于瓦斯突出而进一步带来的瓦斯爆炸事故。
具体实施例方式
瓦斯气体主要由CH4、CO、CO2、SO2、H2S、N(1-2)O组成。瓦斯和空气的比重为0.6.5-15％瓦斯浓度，在遇到明火、高温、硬物碰撞、摩擦火花、电火花或静电场放电都可能引发爆炸，爆炸后产生大量的CO有害气体可使人窒息。当瓦斯浓度高于15％时可发生燃烧事故。地球化学、地质学和采矿学认为，煤矿内瓦斯的来源来自两个方面，一是煤层内含有大量的存留瓦斯和被煤炭吸附的瓦斯气体；二是源于煤层下面地球深部的气体。煤层开采越深，地层压力越大，随着煤矿深层开采程度，地下原始应力平衡状态也不断被打破。为达到新的力学平衡，应力调整过程中地壳常伴随岩层或者煤层的蠕变、裂隙，并发生微小程度的地震，致使煤矿的采矿巷道内的瓦斯突出的强度和频率随之增大，瓦斯突出的速率也大大加快。
例如，2004年10月20日中国郑州大平煤矿瓦斯爆炸之前巷道内的瓦斯浓度仅在2分27秒内由1.49％骤升到42％以上。上述情况说明瓦斯突出的肇因来自地质自然条件。
中国矿井瓦斯爆炸事故严重，虽然人为因素和技术落后等是造成瓦斯爆炸的原因，但是，瓦斯突出预警技术薄弱也是制约我国煤矿安全的瓶颈。
本发明主要是在利用对气象卫星红外图像分析，还进一步利用对地震活动性观测地质、地震前兆等信息的收集，发现煤矿瓦斯爆炸事故与观测到的地表温度异常及地质地震活动性存在对应关系，对煤矿瓦斯突出进行预警。
下面详述本发明，瓦斯突出短临预警方法按照以下步骤进行步骤一接收气象卫星的热红外图像，并利用计算机对图像进行处理，使该图像显示出各个区域的温度场分布状况；接收设备可以使用北京大华无线电仪器设备集团公司生产的大气物理探测系统设备，分别接收中国风云2号静止气象卫星和美国GOES-9静止气象卫星图像，通过接收天线和接收机下载数据，经过计算机处理该数据，转化为红外图像；红外图像的温度分辨率为0.5度，空间分辨率分别为5公里和8公里；在该红外图像中可显示任一点的绝对温度数值，并可计算任两点之间的直线距离、任意一个区域的面积大小以及任意一点的经、纬度值；卫星图像处理系统内反映温度场分布的调色表可随不同纬度的气温特征和季节变化需要进行调整和设置，以便增强图像温度场分布的识别能力；步骤二选择特定的矿井所在的区域，观察图像显示的这些区域内的温度信息，找出温度异常状况，如果该区域温度异常，则具体从图像中通过观测判断，该区域的温度是否超过周围区域的温度的数值在3-8摄氏度的范围内；如果否，放弃继续观测，如果是，持续的观测该地区的温度异常状况，并进一步确定该状况持续的时间是否在3天以上，如果否，则放弃继续观测，如果是，则继续进入下一个步骤；以上特定矿井所在区域的选择，可以根据国家提供的煤矿、铜矿等矿山地理分布图来具体的选择，或者根据某个矿山的监控需要来具体确定，将上述矿山的具体地理位置与热红外图像相对应后进行观测。
步骤三通过观测所述红外图像，确定步骤二中所述的温度异常的区域的面积是否在一万平方公里以上，如果否，则步骤终止，如果是，则能够得出该区域瓦斯突出的结论。
另外，一个区域内的微小地震活动直接反映该地区的地质活动频度和烈度。这些地震活动可证明该区域的岩层和断裂带发生破裂，这意味着岩层的裂隙加大，有利于瓦斯等地球深部的气体向地表迁移，甚至形成瓦斯快速通道。实践证明，诸多瓦斯爆炸事故发生前都曾发生微小地震，人们把它称为矿震。因此，及时从地震部门取得或从互联网上检索所观测区域的微小地震数据，如发震时间、震级、震中地理位置(经纬度值)和震源体深度等信息，分析微小地震的活动性，如震中分布、震级变化幅度、震级强度趋势、震源深度以及地质构造、断层活跃程度和煤层结构分布等信息即可判断该区域近期是否存在发生煤矿瓦斯突出的辅助性因素。所以，根据矿井瓦斯突出与地震活动因素相关，如果，被监测的矿井区域符合了上述步骤中的条件而被作出瓦斯爆炸的预警结论的时候，同时，对该地区的近期地震信息进行收集和检索，例如3个月内的信息，当该地区近期确实发生过地震时，可以进一步提高预警结论的准确性。因此对被监测地区及其周边的0-4级之间的微小地震进行连续监测，可提高对该区域是否存在瓦斯突出预警结论的准确性。
矿井前兆性事故也可作为重大瓦斯突出预警的参考因素。所谓矿井前兆性事故，是指矿井瓦斯突出之前，该矿井或近邻矿井地区发生的煤矿事故，如瓦斯窒息、顶板事故、冒顶事故或透水事故等。尽管这些事故不排除人为因素，但是由于这些事故的突发性和携带自然属性，可以说明该矿井地质构造进入变动状态，在事故后期容易产生瓦斯突出的发生，又因其发生之后，很可能接踵而来的是重大或者特大瓦斯爆炸事故，故将其称为矿井前兆性事故。
在对特定矿井地区进行观测的时候，通常温度异常区域的地理位置和异常面积是随时间变化的。在做上述分析时，温度异常区域在被观测区域内或附近可能做少量迁移，迁移距离，即温度异常区域中心点与被观测区域中心点的直线距离在200公里以内，一般可视同该区域温度异常位置不变。
对于某个特定的矿井所在的区域进行连续观测时，当发现该区域地表出现温度异常现象，即该区域的温度高出周围地区温度的数值在3摄氏度以上，一般情况下是在3-8摄氏度的范围内；该现象持续的时间在3天以上，一般持续的时间在3-5天内；该温度异常的区域的面积在1万平方公里，通常为几万平方公里(该区域在热红外图像中，一般呈不规则形状)，此时即可作出该区域矿井的瓦斯突出预警信息。另外，该温度异常现象连续出现的时间越长、温度异常的数值越高、温度异常区域的面积越大、被观测区域微小地震越活跃，同时，该矿井近期已发生矿区前兆性事故，则该矿井会发生瓦斯突出的几率越高，即发生瓦斯爆炸事故的几率越大。
本发明是利用气象卫星红外图像观测地球表面(水面)温度异常，可以进一步结合对所观测地区的微小地震活动性和矿井所在地区的前兆性事故信息的检索，来作出该地区矿井的瓦斯是否突出的预警方法。通过本方法可对具体某一地区的矿井在20日内是否可能发生煤矿瓦斯突出做出预警信息。
下面列举实例说明利用本发明-瓦斯突出短临预警方法，对特定地区的矿井进行瓦斯突出预警的过程。
2005年1月1日，根据美国GOES-9气象卫星热红外云图，北京时间下午14时观测到我国辽宁西部出现温度异常增温现象。经观测，该增温区位于阜新市及其以西区域，增温区形态呈南北向近似矩形分布，该增温区域的面积为2.25万平方公里，相对周边地区增温幅度为4摄氏度。2005年1月2日北京时间10时至16时，根据卫星云图观测到阜新市及其以下地带出现增温区。增温区呈南部向椭圆形分布，增温区域的覆盖面积约7万平方公里，相对周边地区增温幅度4摄氏度。2005年1月3日北京时间10时至16时，根据卫星云图观测到阜新市及其以西地带出现增温区，该增温区近似圆形，增温覆盖面积约1.2万平方公里，相对周边地区增温幅度5摄氏度。2005年1月7日北京时间10时至18时，根据卫星云图观测到阜新市及其西南地带出现增温区，该增温区沿北东地质构造带方向分布，增温覆盖面积2.5万平方公里，相对周边地区增温幅度3摄氏度。2005年1月13日北京时间10时至12时，根据卫星红外云图观测到阜新市及其西南地带出现不规则图形增温区，增温覆盖面积3万平方公里，相对周边地区增温幅度4摄氏度。
在分析阜新市及其周边温度场异常现象的同时，还对阜新市及其周边的微小地震活动进行了跟踪观测分析和信息检索，发现该区域2004年11月和12月份每个月仅发生两次2-3级地震。而进入2005年1月份以后地震活动频度急剧增加，该区域连续发生微小地震8次，其中1月13日前发生5次2.6-3.0级地震。
通过互联网检索发现，2004年11月28日，辽宁省阜新市一煤矿发生煤矿透水事故，造成4名矿工遇难。根据本发明提出的方法，可将阜新这次矿难视为该矿区前兆性事故，作为瓦斯突出预警的参考因素。
根据上述观测到的温度异常信息，作出了阜新市矿井瓦斯突出的预警结论信息，另外，综合2004年11月28日阜新市煤矿前兆性事故以及阜新市及其周边地带微小地震活动性，可以进一步肯定该瓦斯突出的预警结论的准确性。在该预警信息作出后，2005年2月14日阜新市煤矿发生特大瓦斯爆炸事故。
权利要求
1.一种瓦斯突出短临预警方法，其特征是，该方法按照以下的步骤实现步骤一接收气象卫星的热红外图像，并利用计算机对图像进行处理，使该图像显示出各个区域的温度场分布状况；步骤二选择特定的矿井所在的区域，观察所述的图像显示的所述的区域内的温度信息，找出温度异常状况，如果该区域温度异常，则从所述的图像中通过观测判断，该区域的温度是否超过周围区域的温度的数值在3-8摄氏度的范围内；如果否，则步骤终止，如果是，持续的观测该地区的温度异常状况，并进一步确定该状况持续的时间是否在3天以上，如果否，则步骤终止，如果是，则继续进入下一个步骤；步骤三通过观测所述红外图像，确定步骤二中所述的温度异常的区域的面积是否在一万平方公里以上，如果否，则步骤终止，如果是，则能够得出该区域的矿井瓦斯在近期突出的结论。
2.根据权利要求1所述的瓦斯突出预警方法，其特征是，所述步骤三之后增加步骤四，该步骤的内容是检索所述矿井所在的区域发生的，在至本检索之日起4个月之前的地震信息和矿井前兆性事故信息。
全文摘要
本发明涉及一种瓦斯突出短临预警方法，地球化学研究成果表明，地球深部的气体随地壳运动(活动)不断扩散到地球表面；这些气体在地球物理化学作用下，如太阳辐射，与地磁、地电场交互作用使其产生能级跃迁释放能量；加上地质活动本身岩层摩擦产生的红外辐射，常常伴随某区域地表温度出现增温异常变化。反之，地表温度异常变化及其变化程度也反映地质构造内部的变化及其变化程度。本发明在预警方法中利用了这一自然规律。采用本发明的瓦斯突出短临预警方法，可以对某一个具体地区的矿井的瓦斯是否突出作出判断结论，提示有关人员采取防范措施，以避免由于瓦斯突出而进一步带来的瓦斯爆炸事故。
文档编号G01N33/00GK1854725SQ20051006655
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者宋期, 赵根亮 申请人:宋期, 赵根亮