专利名称：获取煤炭地下气化模型试验炉燃空区形状的方法
技术领域：
本发明涉及煤炭地下气化模型试验，尤其涉及一种获取煤炭地下气化模型试验炉燃空区形状的方法。
背景技术：
煤炭地下气化就是通过钻孔向地下煤层输送气化剂并点燃煤层，使煤层进行有控制的燃烧气化，生成的可燃性气体再通过钻孔采集至地面进行利用。对于开采比较困难的地下煤炭资源，例如煤层比较深、或者煤层位于不易移除的物体如建筑物、山脉、水体等的下面、或者煤层中的杂质例如灰分含量比较高，以至于开采这样的地下煤炭资源成本太高。 在这种情况下，往往选择煤炭地下气化技术使煤炭在地下直接燃烧气化，生成可燃性气体加以利用。为此，研究燃空区对于研究煤炭地下燃烧气化工作面的扩展特性，指导现场煤炭地下气化生产具有重要意义通过研究燃空区水平截面的纵横比，获取布设多条气化通道时的合适间距；通过研究燃空区水平截面的横向跨度，获知避免煤层顶板大面积塌陷的燃空区最大横向跨度；通过研究燃空区垂直截面(垂直于气化通道的截面)沿气化通道的变化，得到燃烧推进过程的一些倾向性的发展趋势，等。由于从野外地下煤层中的燃空区获取燃空区形状是非常困难的，为此研发了采用地面的模型试验炉通过试验获取燃空区形状的方法。在地面模型试验炉中，为了更真实地模拟地下煤层的结构，会在煤层的周围布置模拟土层或岩层(水泥层)，燃烧气化结束后， 燃空区通常被高温作用后的土层或岩层这些比较脆弱的外壳裹覆，在进入燃空区的时候很容易破坏外壳，进而破坏燃空区的形状。另外，对于较小的燃空区，进入燃空区获取其形状尺寸数据是不可能的。已提出一种空腔激光自动扫描系统，这种空腔激光自动扫描系统是一种微型的3D 激光扫描系统，可安全、快速地实现空腔扫描。在这种空腔激光自动扫描系统中，探头直径仅为50mm，可以沿钻孔深入到难以接近的空腔如地下空腔内，探头内置激光摄像头便于看到钻孔内部结构以及测量过程中遇到的各种障碍物，同时还能辨识钻孔在空腔中的入口， 从而探头一旦进入空腔，激光摄像头向外张开，开始扫描空腔的三维形态及其表面反射率。 但这种传统的空腔激光自动扫描系统对于内部结构比较不规则的空腔或洞穴来讲，在不增加激光探头下放位置的情况下应用效果不佳，或许会造成有些凹陷的地方被遮挡扫描不出来，而增加激光探头下放位置将会相应地提高使用成本。美国专利公开号US7645097公开了一种利用膨胀材料充填地下空穴的方法，该方法包括向地下空穴中不完全充填固态或液态填料，还包括向地下空穴充填流态合成物质， 该合成物质通过化学反应能够膨胀、固化。经过如此充填后的含空穴或空洞地层的承重能力有大幅度提高，主要用于为地面建筑物构筑坚实地基。美国专利公开号US4744700公开了一种完全充填废弃矿井地下采空区以避免地层塌陷的方法，包括向矿井和采空区充填可膨胀定形的物质，这些物质发生化学催化发泡反应并固结在一起，反应所需热量由物质自身的聚合反应提供。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种获取煤炭地下气化模型试验炉燃空区形状的方法，借助发泡剂组合物充填模型试验炉中脆弱外壳裹覆下的燃空区，在发泡剂组合物固化成形后，剥离外壳，根据所形成的发泡成形物的三维形状，获得燃空区的三维形状。根据本发明，提供一种获取煤炭地下气化模型试验炉内燃空区形状的方法，包括以下步骤使煤炭在试验炉内燃烧气化以形成燃空区；向燃空区中注入发泡剂组合物原料；使发泡剂组合物原料在燃空区中发泡、固化为发泡成形物；根据发泡成形物的三维形状，获得燃空区的三维形状。通过本发明的发泡剂组合物充填法获得燃空区形状的成本比较低，而且能够得到完整的燃空区三维形状。根据本发明的一个实施例，根据发泡成形物的三维形状获得燃空区的三维形状的步骤包括测量发泡成形物的尺寸；以及根据测量的尺寸进行计算机处理，获取燃空区的多种形状图。根据本发明的另一个实施例，根据发泡成形物的三维形状获得燃空区的三维形状的步骤包括采用成像系统获取发泡成形物的图像，并对获取的图像数据进行计算机处理， 以获取燃空区的多种形状图。根据本发明的一个实施例，向燃空区中注入发泡剂组合物原料的步骤包括根据燃烧煤的体积估算燃空区的体积，以及根据燃空区的体积估算发泡剂组合物原料的需用量。其中，根据燃烧煤的体积估算燃空区的体积，采用的计算公式为
权利要求
1.一种获取煤炭地下气化模型试验炉内燃空区形状的方法，包括以下步骤使煤炭在试验炉内燃烧气化以形成燃空区；向燃空区中注入发泡剂组合物原料；使发泡剂组合物原料在燃空区中发泡、固化为发泡成形物；以及根据发泡成形物的三维形状，获得燃空区的三维形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据发泡成形物的三维形状获得燃空区的三维形状的步骤包括测量发泡成形物的尺寸；以及对测量的尺寸进行计算机处理，获取燃空区的多种形状图。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据发泡成形物的三维形状获得燃空区的三维形状的步骤包括采用成像系统获取发泡成形物的图像，并对获取的图像数据进行计算机处理，以获取燃空区的多种形状图。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，向燃空区中注入发泡剂组合物原料的步骤包括根据燃烧煤的体积估算燃空区的体积，以及根据燃空区的体积估算发泡剂组合物原料的需用量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，根据燃烧煤的体积估算燃空区的体积，采用的计算公式为
6.根据权利要求4所述的方法，其中，根据燃空区的体积估算发泡剂组合物原料的需用量的步骤包括根据发泡剂组合物原料发泡后体积增至预定倍数约等于燃空区的体积来估算发泡剂组合物原料的体积，作为发泡剂组合物原料的所述需用量。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，根据燃空区的体积估算发泡剂组合物原料的需用量的步骤包括根据发泡剂组合物原料每单位质量的发泡体积和估算的燃空区体积来估算发泡剂组合物原料的质量，作为发泡剂组合物原料的所述需用量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的发泡剂组合物是聚氨酯类发泡剂组合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述聚氨酯类发泡剂组合物包括多异氰酸酯和多羟基化合物两种主要原料。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，还包括在向燃空区中注入发泡剂组合物原料之前给发泡剂组合物原料降温的步骤，以推迟所述发泡剂组合物原料的发泡时间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的发泡剂组合物是偶氮类发泡剂组合物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述的偶氮类发泡剂组合物选自偶氮二甲酰胺发泡剂组合物、偶氮二甲酸二异丙酯发泡剂组合物、偶氮二甲酸二异酯发泡剂组合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括在使发泡剂组合物原料在燃空区中发泡、固化为发泡成形物之后剥离发泡成形物外的覆盖物的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括在向燃空区中注入发泡剂组合物原料之前在发泡剂组合物原料中加入阻燃剂的步骤。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，当采用气化剂进气管作为向燃空区注入发泡剂组合物原料的通道时，在注入发泡剂组合物原料之前，将气化剂进气管向上提起一段距离。
16.根据权利要求2或3所述的方法，其中，燃空区多种形状图包括三维立体图、各角度剖视图、曲率图、切片图。
17.一种获取煤炭地下气化模型试验炉内燃空区形状的方法，包括以下步骤 使煤炭在试验炉内燃烧气化以形成燃空区；向燃空区中注入填充材料以充满燃空区； 使填充材料在燃空区中形成一体成形物； 根据所形成的一体成形物的三维形状，获得燃空区的三维形状。
全文摘要
本发明公开的是一种获取煤炭地下气化模型试验炉内燃空区形状的方法，包括使煤炭在试验炉内燃烧气化以形成燃空区；向燃空区中注入发泡剂组合物原料；使发泡剂组合物原料在燃空区中发泡、固化为发泡成形物；以及根据发泡成形物的三维形状，获得燃空区的三维形状。发泡剂组合物充填法测量燃空区的成本比较低，而且能够得到完整的燃空区三维形状。
文档编号G01B11/24GK102419158SQ20101029677
公开日2012年4月18日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者刘洪涛, 刘淑琴, 姚凯, 潘霞, 田明奎 申请人:乌兰察布新奥气化采煤技术有限公司, 新奥科技发展有限公司