一种火区高温区域圈化方法

本发明涉及煤矿，具体为一种火区高温区域圈化方法。

背景技术：

1、煤矸石作为煤炭开采过程中不可避免的排放废料，在煤炭产量中占比15％左右。煤矸石自燃成为危害人员安全和环境的重大问题，为了实现煤矸石自燃安全治理与圈化火灾区本申请提出一种火区高温区域圈化方法。

技术实现思路

1、技术方案

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种火区高温区域圈化方法，包括数据获取与数据分析，具体方法如下：

3、s101、采用测温和测氡获得三种不同的火区数据；

4、s102、以克里金插值法为基础，获得最优等值线图；

5、s103、通过设定的阈值，标准来获得火区位置、范围、埋深、氧化程度；

6、所述数据分析包含数据处理、阈值分析、埋深程度、氧化处理。

7、优选的，所述步骤s101、采用测温、测温和测氡获得三种不同的火区数据具体实施包括现场勘察、采集钻孔温度与气体浓度。

8、优选的，所述数据处理采用普通kriging法对数据进行处理，可以得到该区域任意位置的值，假设区域ω中存在一组位置为x1,x2,…,xn的观测点，相应的观测值为z(x1),z(x2),…,z(xn)，那么位置x0处采用ordinary kriging得到的估计值

9、为：

10、

11、式中n为点xi附近观测值的个数；λi为z(xi)的权重系数，权重系数总和等于1与估计值误差方差最小是保证估计值最优的两个约束条件，估计值误差的方差为：

12、

13、式中γ(xi，xj)为点xi和xj的变异函数值；为区域ω与点xi的平均变异函数值；为区域平均变异函数值，为使方差最小，引入拉格朗日函数：

14、

15、式中θ为拉格朗日乘数，于是按照极值原理，从式(3)可得到n+1个ordinarykriging线性方程组：

16、

17、从方程组(4)中可知，应用kriging的关键是获取变异函数γ(xi，xj)，它是被用来描述观测数据的空间相关性的函数，假设点xi与xj空间距离为h，则变异函数的表达式为：

18、

19、然而，由于观测数据的离散性，变异函数模型常常由其估计模型代替，它是从指数、球面、高斯等各种数学模型拟合得到的最优理论模型，变异函数的估计模型可由公式(6)计算得到：

20、

21、式中为变异函数的估计值；n(h)为空间距离等于h的点对个数，于是，由最小误差原则可得到最佳的变异函数模型，从而解算出方程组(4)中的估计值。

22、优选的，所述阈值分析中各个指标的异常下限是确定煤矸石山火区范围的关键参数，地表氡浓度的异常值通常是地表氡的背景值与k倍的标准偏差之和，其中k的范围为1～3，可依据火区对数据的总体情况对k取值，地表温度的异常下限就是煤矸石发生氧化的温度，需要依据具体的煤矸石而定，对于指标气体而言，它的异常下限为0，也就是说，地表各类指标气体的含量大于0，表明存在氧化区域，并且含量越大，氡浓度、温度和指标气体的异常下限如表1所示，根据式(1)可得到未采样点的数据，然后结合绘制的等值线图与表1相结合，得到煤矸石山火区，根据等值线的变化趋势，可以预测火区的发展趋势。

23、优选的，所述埋深程度为了方便量纲不同的指标能够比较，根据上述对氡和温度的变化特征的描述，依次采用式(7)和式(8)将氡和温度规范到[0,1]区间：

24、

25、

26、式中r为地表实测氡浓度；yrn为氡值归一化指数；t为矸石山地表温度；yt为温度归一化指数，因此，定义表征火区埋深的深度指数id：

27、

28、根据深度指数大小将煤矸石山火区埋藏深度按小到大依次分为浅，中等深度和较深，划分依据如表2所示，表2中id1、id2是由具体煤矸石山地表氡浓度和其对应的温度决定的，不同的煤矸石山，这两个值不同。

29、优选的，所述氧化程度在煤矸石自燃过程中，其上方地层的氡值、温度值和指标气体浓度和煤矸石的氧化程度均呈正相关，在一定程度上三种指标均可以判断火区的氧化程度，指标气体作为氧化程度的辅助指标，尽管易扩散，浓度很低时很难探测，但是气体一旦探测到，氧化等级可由气体浓度的大小进一步确定，煤矸石氧化程度分级如表3所示，由于煤质、煤矸石自燃等级、含水率等不同，不同煤矸石山出现氧化、剧烈氧化时的温度和出现的氡异常不同，分级标准中涉及的参数需要根据具体情况确定。

30、与现有技术相比，本发明提供了一种火区高温区域圈化方法，具备以下

31、有益效果：

32、1、该火区高温区域圈化方法，通过数据获取与数据分析对火灾高温区进行区域圈化，采用测温和测氡获得三种不同的火区数据，以克里金插值法为基础，获得最优等值线图，通过设定的阈值，标准来获得火区位置、范围、埋深、氧化程度。

技术特征：

1.一种火区高温区域圈化方法，其特征在于：包括数据获取与数据分析，具体方法如下：

2.根据权利要求1所述的一种火区高温区域圈化方法，其特征在于：所述步骤s101、采用测温、测温和测氡获得三种不同的火区数据具体实施包括现场勘察、采集钻孔温度与气体浓度。

3.根据权利要求1所述的一种火区高温区域圈化方法，其特征在于：所述数据处理采用普通kriging法对数据进行处理，可以得到该区域任意位置的值，假设区域ω中存在一组位置为x1,x2,…,xn的观测点，相应的观测值为z(x1),z(x2),…,z(xn)，那么位置x0处采用ordinary kriging得到的估计值

4.根据权利要求1所述的一种火区高温区域圈化方法，其特征在于：所述阈值分析中各个指标的异常下限是确定煤矸石山火区范围的关键参数，地表氡浓度的异常值通常是地表氡的背景值与k倍的标准偏差之和，其中k的范围为1～3，可依据火区对数据的总体情况对k取值，地表温度的异常下限就是煤矸石发生氧化的温度，需要依据具体的煤矸石而定，对于指标气体而言，它的异常下限为0，也就是说，地表各类指标气体的含量大于0，表明存在氧化区域，并且含量越大，氡浓度、温度和指标气体的异常下限如表1所示，根据式(1)可得到未采样点的数据，然后结合绘制的等值线图与表1相结合，得到煤矸石山火区，根据等值线的变化趋势，可以预测火区的发展趋势。

5.根据权利要求1所述的一种火区高温区域圈化方法，其特征在于：所述埋深程度为了方便量纲不同的指标能够比较，根据上述对氡和温度的变化特征的描述，依次采用式(7)和式(8)将氡和温度规范到[0,1]区间：

6.根据权利要求1所述的一种火区高温区域圈化方法，其特征在于：所述氧化程度在煤矸石自燃过程中，其上方地层的氡值、温度值和指标气体浓度和煤矸石的氧化程度均呈正相关，在一定程度上三种指标均可以判断火区的氧化程度，指标气体作为氧化程度的辅助指标，尽管易扩散，浓度很低时很难探测，但是气体一旦探测到，氧化等级可由气体浓度的大小进一步确定，煤矸石氧化程度分级如表3所示，由于煤质、煤矸石自燃等级、含水率等不同，不同煤矸石山出现氧化、剧烈氧化时的温度和出现的氡异常不同，分级标准中涉及的参数需要根据具体情况确定。

技术总结
本发明涉及煤矿技术领域，且公开了一种火区高温区域圈化方法，数据分析包含数据处理、阈值分析、埋深程度、氧化处理，采用测温、测温和测氡获得三种不同的火区数据具体实施包括现场勘察、采集钻孔温度与气体浓度。该火区高温区域圈化方法，通过数据获取与数据分析对火灾高温区进行区域圈化，采用测温和测氡获得三种不同的火区数据，以克里金插值法为基础，获得最优等值线图，通过设定的阈值，标准来获得火区位置、范围、埋深、氧化程度。

技术研发人员：王海燕,方熙杨,谭波
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13