專利名稱：在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭地下氣化生產(chǎn)過程，尤其涉及一種在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法。
背景技術(shù)：
在煤炭地下氣化過程中，由于煤的不斷被燃燒和氣化而形成燃空區(qū)。燃空區(qū)的不斷擴(kuò)大，給氣化過程帶來兩方面的影響第一，在氣化劑注入量不變的情況下，隨著燃空區(qū)的擴(kuò)大，單位面積的煤所接觸的氣化劑的量減少，導(dǎo)致燃燒反應(yīng)的強(qiáng)度降低；第二，在氣化過程中，燃空區(qū)上方及兩側(cè)的煤在高溫作用下，將不斷燒掉或受熱軟化，從而使燃空區(qū)不斷上移與擴(kuò)大。而燃空區(qū)上方的巖層在高溫和地應(yīng)力作用下也將逐步喪失穩(wěn)定而冒落，從而影響爐內(nèi)溫度。甚至可能引起燃空區(qū)上方煤巖層的過量移動(dòng)、開裂破壞和地表沉陷，造成燃空區(qū)內(nèi)煤氣漏失或溢出地表污染環(huán)境，使煤炭地下氣化不能正常進(jìn)行。由此可知，煤炭氣化所形成的燃空區(qū)的范圍及發(fā)展?fàn)顩r是影響煤炭地下氣化生產(chǎn)過程連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的關(guān)鍵因素；同時(shí)，又是誘導(dǎo)巖層移動(dòng)、地表沉陷等環(huán)境問題的主要因素。另外，氣化工藝技術(shù)方案的實(shí)施，取決于燃空區(qū)的位置、形態(tài)及范圍，所以，準(zhǔn)確地了解燃空區(qū)的移動(dòng)狀況，是保證氣化過程順利進(jìn)行的技術(shù)關(guān)鍵。鑒于此，需要隨時(shí)了解和監(jiān)測燃空區(qū)的形態(tài)及范圍。另外，地下廢棄燃空區(qū)對(duì)于公眾、政府機(jī)構(gòu)、開發(fā)商和采礦公司而言，都存在相當(dāng)大的環(huán)境危害。更嚴(yán)重的威脅在于，由于自然和人為的原因，廢棄燃空區(qū)會(huì)坍塌、下陷、乃至發(fā)展到地表。要解決此問題，首先必須對(duì)這些燃空區(qū)的形態(tài)及范圍進(jìn)行精確的勘查。固定煤層或者大尺度煤塊氣化的環(huán)境一般在一個(gè)密閉式的氣化爐內(nèi)，煤層周圍一般是耐火材料組成的爐壁，當(dāng)煤層被燃燒氣化到一定程度，內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)燃空區(qū)。該燃空區(qū)處于一個(gè)高溫(500 1300°C )和承壓(壓力從常壓到1. OMPa)的環(huán)境，目前沒有辦法進(jìn)入氣化爐揭露這個(gè)燃空區(qū)的真實(shí)三維形態(tài)，并且隨著氣化工況的改變，燃空區(qū)的形態(tài)都會(huì)發(fā)生一定的變化，沒有固定的燃空區(qū)形狀，所以需要利用相關(guān)的技術(shù)來確定燃空區(qū)的形狀。為得到燃空區(qū)的形狀，已提出一種空腔激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)，這種空腔激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)是一種微型的3D激光掃描系統(tǒng)，儀器探頭直徑僅為50mm，可以通過直徑不低于65mm 的鉆孔深入到難以接近的空穴、地下空間以及空腔內(nèi)。利用微型激光掃描儀，測量空腔的三維形狀以及表面反射特性。可以安全、快速、精確地實(shí)現(xiàn)空穴和空腔掃描。但是其只適用于干燥的廢棄地下采空區(qū)或空腔，對(duì)于潮濕及高溫的地下空腔不適合，因此不適合于煤層氣化過程中實(shí)時(shí)的空腔形狀變化情況的測量。另外提出了一種音頻檢測物體空腔容積的方法，該方法在進(jìn)行物體空腔容積測試時(shí)，是將物體縱向放置，在一端給予脈沖激勵(lì)使其產(chǎn)生自由振動(dòng)，通過測定物體振動(dòng)的音頻參數(shù)，就可以預(yù)測物體空腔容積的大小。這種方法，對(duì)測量不同形狀，但外形較為規(guī)則的空腔，特別是對(duì)難于實(shí)現(xiàn)人工測量的內(nèi)腔，如農(nóng)機(jī)中的貯油箱、油罐等容器的檢測具有重要意義，而對(duì)于形狀復(fù)雜的空腔容積，該預(yù)測技術(shù)還不成熟。而煤層氣化過程中形成的空腔形狀十分復(fù)雜不規(guī)則，因此這種方法很難應(yīng)用于其中。
專利公開文獻(xiàn)CN101482401A(基于圖像的三維物體不連續(xù)空洞體積的測定方法) 是將原始圖像載入圖像處理裝置中并對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理；根據(jù)預(yù)處理后圖像的灰度級(jí)確定邊界；擷取圖像目的區(qū)域數(shù)據(jù)載入內(nèi)存，在內(nèi)存中構(gòu)造空間八叉樹，通過遍歷八叉樹節(jié)點(diǎn)累積確定不連續(xù)空洞體積。但是如果應(yīng)用該技術(shù)用來測定煤層氣化過程中空腔的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，就需要對(duì)整個(gè)煤層不同方位所形成的空腔圖像進(jìn)行拍攝，對(duì)于連續(xù)高溫氣化過程這一點(diǎn)是很難實(shí)現(xiàn)的，因此不適用于高溫下煤層氣化過程空腔體積的測量。另外提出了一種測氡法監(jiān)測煤炭地下氣化燃空區(qū)的方法，其利用氡的析出與溫度之間有一定的相關(guān)關(guān)系，即隨溫度的升高，氡的析出量在逐漸增大。煤層燃燒產(chǎn)生的溫度和壓力梯度，形成了從火焰面方向而向上運(yùn)移氡氣，溫度和壓力梯度越大，氡氣向上運(yùn)移的速度越快。且氡是惰性氣體，在從地下向上遷移過程中不參與任何化學(xué)反應(yīng)，因此，通過測量氡氣的濃度，可以在地表確定地下空腔的位置和范圍。但是這種方法受環(huán)境影響較大，需要附加的氡氣測量步驟，增加了成本和工作量。另外提出了一種電磁法測量煤炭地下氣化燃空區(qū)形狀的方法，該方法是以煤在由低溫氧化至燃燒過程中電阻率急劇降低及燃空區(qū)與圍巖相比呈高阻的特征為物性基礎(chǔ)的。 利用煤和巖層的電子導(dǎo)電性，各種煤巖的電阻率與溫度的關(guān)系是相同的，即隨溫度的增高煤巖的電阻率有規(guī)律地降低。根據(jù)電磁關(guān)系，也可以說隨溫度的增高煤巖的感應(yīng)電磁場有規(guī)律地增強(qiáng)，而地下氣化爐從原始煤層到低溫氧化至高溫燃燒，有著顯著地溫度變化特點(diǎn)， 并影響到周圍煤巖及上覆煤巖乃至地面。因此，完全可以在地下氣化爐的地面相對(duì)區(qū)域，通過測量煤巖層電阻率或感應(yīng)磁場的大小變化來確定地下氣化爐燃空區(qū)的形狀和大小。但是需要專門的施工設(shè)備，且儀器延遲等因素的影響使其不具備定量解釋的條件。另外還提出了一種依據(jù)測出的溫度場分布，以300°C為界，得到不同時(shí)刻煤層燃空區(qū)擴(kuò)展變化的結(jié)果。其只簡單地利用了 300°C溫度點(diǎn)為界限來確定空腔的邊界，沒有結(jié)合熱影響范圍進(jìn)行空腔邊界的分析及用燃煤量對(duì)空腔形狀和體積進(jìn)行校正。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明提供了一種在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)測量煤層中各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度，獲得氣化過程實(shí)時(shí)的溫度場分布， 據(jù)此推導(dǎo)出實(shí)時(shí)的燃空區(qū)形狀。該方法簡單易行，不需昂貴的儀器和檢測手段，成本低。本發(fā)明的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，包括以下步驟確定多個(gè)煤層平面，在每個(gè)煤層平面中確定多個(gè)測溫點(diǎn)，并確定每個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)測量各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)不同煤層平面中的各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)獲得各個(gè)煤層平面的溫度分布圖；根據(jù)各個(gè)煤層平面的溫度分布圖獲得各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖；根據(jù)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖獲得燃空區(qū)的立體圖。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括對(duì)獲得的燃空區(qū)的立體圖進(jìn)行修正的步驟。其中，對(duì)獲得的燃空區(qū)的立體圖進(jìn)行修正的步驟包括根據(jù)各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算所獲得的燃空區(qū)的體積Vit，并根據(jù)在煤炭地下氣化過程中實(shí)際燃燒的煤的體積計(jì)算燃空區(qū)的體積Vs，將獲得的燃空區(qū)的立體圖等比縮小或放大乂^；/^+的比例，從而獲得修正的燃空區(qū)立體圖。其中，根據(jù)在煤炭地下氣化過程中實(shí)際燃燒的煤的體積計(jì)算燃空區(qū)的體積V空采用以下公式
V 二 v煤氣 X ( Xco% + Xco2 % + XCH4 % + Xafe %) X^1 Λ 空一22.4xyaxcad%ad其中，Vs為燃空區(qū)的體積且單位為Nm3，V㈣為生產(chǎn)的煤氣體積且單位為Nm3 ； Xa^lXa^lXc^^Jj^^為煤氣中各含碳組分的體積百分含量，P為煤的密度且單位為 kg/Nm3, Cad%為煤的碳的質(zhì)量百分比，Aad%為煤中灰分的體積含量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)不同煤層平面中的各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)獲得各個(gè)煤層平面的溫度分布圖的步驟包括將各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件繪制出煤層平面的溫度分布圖。其中，所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件選自Surfer、MATLAB。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)各個(gè)煤層平面的溫度分布圖獲得各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖的步驟包括從煤層平面的溫度分布圖中提取出預(yù)定溫度的數(shù)據(jù)點(diǎn)，繪出等溫曲線圖，作為燃空區(qū)平面輪廓圖。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述預(yù)定溫度為100°C。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括以下步驟將燃空區(qū)平面輪廓圖的邊界沿切線方向向內(nèi)縮小熱影響區(qū)域的長度y，獲得修正的燃空區(qū)平面輪廓圖。其中，計(jì)算熱影響區(qū)域的長度y的公式為y = 0. 15088x-19. 9578其中，y為熱影響區(qū)域的長度，χ為煤氣出口與初略的燃空區(qū)平面輪廓圖的邊界上的測溫點(diǎn)的水平距離。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖獲得燃空區(qū)的立體圖的步驟包括利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件對(duì)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖進(jìn)行處理， 得到燃空區(qū)的立體圖。其中，所述計(jì)算機(jī)繪圖軟件選自Catia、SolidWorks、PR0/E、3Dmax。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述煤層平面為水平面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述煤層平面為垂直面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括以下步驟在各個(gè)測溫點(diǎn)處分別布置溫度測定儀，用于測量各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括以下步驟對(duì)在氣化過程中后一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀用前一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀進(jìn)行修正，所述修正包括保留前一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀，將后一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀疊加在前一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀上，將疊加后的整體燃空區(qū)形狀作為后一時(shí)刻的實(shí)際燃空區(qū)形狀。為了使本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法的步驟的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在煤層中布置熱電偶的示意圖；圖3是一個(gè)煤層平面中的熱電偶測溫點(diǎn)的分布及溫度的圖示；圖4是對(duì)附圖3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件處理后獲得的水平煤層平面的平面溫度場的圖示；圖5是根據(jù)圖4的水平煤層平面的溫度分布圖獲得的水平煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖；圖6是對(duì)多個(gè)如圖5所示的水平煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件處理后獲得的燃空區(qū)的立體圖；圖7是根據(jù)燃煤體積對(duì)圖6修正后得到的燃空區(qū)的立體圖；圖8類似于圖4，但是為垂直煤層平面的平面溫度場的圖示；圖9類似于圖5，但是為垂直煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖；圖10是對(duì)多個(gè)如圖9所示的垂直煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件處理后獲得的燃空區(qū)的立體圖；以及圖11是根據(jù)燃煤體積對(duì)圖10修正后得到的燃空區(qū)的立體圖。
具體實(shí)施例方式以下僅通過例子說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明亦可通過其它不同的方式加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可在不悖離本發(fā)明的總體構(gòu)思的情況下進(jìn)行各種調(diào)整與變更。再者，附圖僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，而非用于限制本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法的步驟的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，包括以下步驟第一步確定多個(gè)煤層平面，在每個(gè)煤層平面中確定多個(gè)測溫點(diǎn)，并確定每個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；第二步在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)測量各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)；第三步根據(jù)不同煤層平面中的各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)獲得各個(gè)煤層平面的溫度分布圖；第四步根據(jù)各個(gè)煤層平面的溫度分布圖獲得各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖；以及第五步根據(jù)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖獲得燃空區(qū)的立體圖。以下參照?qǐng)D2-7并結(jié)合煤炭氣化過程詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法。首先，在氣化過程開始之前，在煤炭氣化爐的爐膛中布置煤層及其外圍的水泥層和黃土，填滿整個(gè)爐膛，并且在煤層1中預(yù)置熱電偶2，如圖2所示?？梢源_定多個(gè)煤層平面，在每個(gè)煤層平面中確定多個(gè)測溫點(diǎn)，在每個(gè)測溫點(diǎn)處布置熱電偶，用于在煤炭氣化過程中實(shí)時(shí)地對(duì)各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度進(jìn)行測量，以便對(duì)爐內(nèi)氣化工況進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整。熱電偶或測溫點(diǎn)可以均勻分布或不均勻分布，但是需要有一定的密度，最少需0. 5m間距上有一測溫點(diǎn)。熱電偶可以連接到氣化爐外的數(shù)顯儀表上，在該數(shù)顯儀表上可顯示各個(gè)測溫點(diǎn)的位置分布及其溫度。當(dāng)然，熱電偶只是溫度測量儀器的一個(gè)例子，可以采用其它的耐高溫和高壓的溫度測量儀器進(jìn)行溫度測量。在煤層中布置好熱電偶后，設(shè)定固定的笛卡爾三維坐標(biāo)系，并參照該坐標(biāo)系確定各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。熱電偶或測溫點(diǎn)可以被預(yù)先編號(hào)。然后，密封爐膛，點(diǎn)燃煤層，通過進(jìn)氣孔注入氣化劑，使煤層燃燒并氣化，并通過排氣孔排出生成的煤氣。在此過程中，一部分煤燃燒氣化，形成燃空區(qū)。在上述煤炭氣化過程中，通過預(yù)先布置在煤層中的熱電偶實(shí)時(shí)地測量各個(gè)測溫點(diǎn)處的溫度數(shù)據(jù)，并顯示在數(shù)顯儀表上，如圖3所示。圖3顯示了一個(gè)煤層平面中的測溫點(diǎn)的實(shí)際分布位置及其溫度。圖中每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表一個(gè)測溫點(diǎn)，在數(shù)據(jù)點(diǎn)旁邊標(biāo)注了其編號(hào)和溫度。然后，根據(jù)如圖3所示的各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，可以獲得整個(gè)煤層平面的溫度分布圖。關(guān)于這一點(diǎn)，可以根據(jù)最小二乘法原理，采用各種數(shù)據(jù)擬合方法對(duì)各個(gè)觀測數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，以得出整個(gè)煤層平面的溫度分布圖，如圖4所示。圖4顯示的是一個(gè)煤層平面的溫度分布圖，其中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別代表煤層平面的長度方向和寬度方向上的坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件來繪制各個(gè)煤層平面的溫度分布圖，即，將各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件繪制出煤層平面的溫度分布圖。所采用的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件可以是Surfer、MATLAB等。 但是不限于此，其它的能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的軟件也可以使用。在獲得如圖4所示的煤層平面的溫度分布圖之后，可以根據(jù)該溫度分布圖，獲得一個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖。其原理是假設(shè)煤的燃燒溫度為一預(yù)定溫度，如 800oC (不同煤種燃燒溫度不同)，則可以認(rèn)為800°C對(duì)應(yīng)的測溫點(diǎn)處的煤大致處于氣化和非氣化的邊界點(diǎn)，因此，800°C的等溫線對(duì)應(yīng)燃空區(qū)的邊界。因此，從如圖4所示的煤層平面的溫度分布圖中提取出800°C的數(shù)據(jù)點(diǎn)(或者去除800°C以上或以下的數(shù)據(jù)點(diǎn))，繪出等溫曲線圖，可作為燃空區(qū)的平面輪廓圖。圖5顯示了去除例如800°C以下的數(shù)據(jù)點(diǎn)后得到的燃空區(qū)的平面輪廓圖。但是，上述方法比較粗略，沒有考慮熱影響區(qū)的影響。實(shí)際上，由于煤炭燃燒具有一定的熱影響區(qū)，處于熱影響區(qū)中的煤可能達(dá)到了燃燒溫度，但并沒有接觸氣化劑而燃燒。 并且，處于煤層不同位置處的熱影響區(qū)的范圍不同。為克服上述問題，本發(fā)明優(yōu)選采用100°C作為分界點(diǎn)，從溫度分布圖中去除0 100°C的溫度，繪出100°c的等溫曲線圖，作為粗略的燃空區(qū)平面輪廓圖，如圖5所示。之所以采用100°c為界，是考慮到煤層失水一般是在大于100°C時(shí)，即溫度大于100°C煤內(nèi)水分才會(huì)向外散失，導(dǎo)致煤體性質(zhì)開始發(fā)生變化，與原煤區(qū)別開來，因此認(rèn)為煤層溫度場中處于100°C的邊界為熱影響區(qū)域的邊界。在此基礎(chǔ)上，估算出煤層熱影響區(qū)域的長度，將根據(jù) 100°C繪制的燃空區(qū)平面輪廓圖的邊界沿切線方向向內(nèi)縮小熱影響區(qū)域的長度，獲得修正的燃空區(qū)平面輪廓圖，該修正的燃空區(qū)平面輪廓圖更接近于實(shí)際的燃空區(qū)形狀。
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影響熱影響區(qū)長度的因素很多，比如煤層滲透性、煤層性質(zhì)、溫度和受熱時(shí)間等。 其中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，測溫點(diǎn)與煤氣出口間的水平距離對(duì)熱影響區(qū)長度的影響較大， 因此作為估算煤層熱影響區(qū)域長度y的主要因素。本發(fā)明經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究得出的計(jì)算熱影響區(qū)域的長度y的經(jīng)驗(yàn)公式為y = 0. 15088x-19. 9578其中，y為熱影響區(qū)域的長度，χ為煤氣出口與燃空區(qū)平面輪廓圖的邊界上的測溫點(diǎn)的水平距離。以上是獲得一個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖的過程。重復(fù)以上過程，可獲得其它煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖。在獲得了各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖之后，將各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖疊加，即可以得到燃空區(qū)的立體圖，如圖6所示。關(guān)于這一點(diǎn)，可以利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件對(duì)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖進(jìn)行處理，得到燃空區(qū)的立體圖。所采用的計(jì)算機(jī)繪圖軟件可以是CATIA、PRO/E、Solidfforks等。受各種因素的影響，采用如上方法獲得的燃空區(qū)立體圖與實(shí)際的燃空區(qū)立體圖可能仍然存在差別。考慮到這一點(diǎn)，本發(fā)明優(yōu)選對(duì)采用上述方法獲得的燃空區(qū)立體圖進(jìn)行修正，以期更符合實(shí)際的燃空區(qū)形狀。本發(fā)明采用的修正方法為根據(jù)各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算所獲得的上述燃空區(qū)的體積Vit，并根據(jù)在煤炭地下氣化過程中實(shí)際燃燒的煤的體積計(jì)算燃空區(qū)的體積Vs，將獲得的燃空區(qū)的立體圖等比縮小或放大乂^；/^的比例，從而獲得修正的燃空區(qū)立體圖，如圖7所示。其中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，燃空區(qū)的體積Vs可采用如下方法計(jì)算測量生產(chǎn)的煤氣體積Vsn (單位Nm3)、煤氣中各含碳組分的體積百分含量 (XcoIXc02I Xch4IXjt它)、煤的含碳量Cdaf% (質(zhì)量百分比)和煤的密度P (單位kg/ Nm3)，根據(jù)碳平衡原理，計(jì)算燃燒煤的體積Vs，減去燃燒殘留灰分的體積即為燃空區(qū)的體積Vs (單位Nm3)。具體如下根據(jù)碳平衡
權(quán)利要求
1.一種在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，包括以下步驟確定多個(gè)煤層平面，在每個(gè)煤層平面中確定多個(gè)測溫點(diǎn)，并確定每個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)測量各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)不同煤層平面中的各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)獲得各個(gè)煤層平面的溫度分布圖；根據(jù)各個(gè)煤層平面的溫度分布圖獲得各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖；以及根據(jù)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖獲得燃空區(qū)的立體圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括對(duì)獲得的燃空區(qū)的立體圖進(jìn)行修正的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 對(duì)獲得的燃空區(qū)的立體圖進(jìn)行修正的步驟包括根據(jù)各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算所獲得的燃空區(qū)的體積Vit，并根據(jù)在煤炭地下氣化過程中實(shí)際燃燒的煤的體積計(jì)算燃空區(qū)的體積 Vs，將獲得的燃空區(qū)的立體圖等比縮小或放大乂^；/^的比例，從而獲得修正的燃空區(qū)立體圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 根據(jù)在煤炭地下氣化過程中實(shí)際燃燒的煤的體積計(jì)算燃空區(qū)的體積Vs采用以下公式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 根據(jù)不同煤層平面中的各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)獲得各個(gè)煤層平面的溫度分布圖的步驟包括將各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件繪制出煤層平面的溫度分布圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件選自Surfer、MATLAB。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 根據(jù)各個(gè)煤層平面的溫度分布圖獲得各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖的步驟包括從煤層平面的溫度分布圖中提取出預(yù)定溫度的數(shù)據(jù)點(diǎn)，繪出等溫曲線圖，作為燃空區(qū)平面輪廓圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 所述預(yù)定溫度為100°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括以下步驟將燃空區(qū)平面輪廓圖的邊界沿切線方向向內(nèi)縮小熱影響區(qū)域的長度y，獲得修正的燃空區(qū)平面輪廓圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中，計(jì)算熱影響區(qū)域的長度y的公式為 y = 0.15088x-19. 9578其中，y為熱影響區(qū)域的長度，χ為煤氣出口與燃空區(qū)平面輪廓圖的邊界上的測溫點(diǎn)的水平距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 根據(jù)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖獲得燃空區(qū)的立體圖的步驟包括利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件對(duì)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖進(jìn)行處理，得到燃空區(qū)的立體圖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中，所述計(jì)算機(jī)繪圖軟件選自Cat i a、PRO/E ,Soli dfforks、3Dmax。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 所述煤層平面為水平面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，其中， 所述煤層平面為垂直面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括以下步驟在各個(gè)測溫點(diǎn)處分別布置溫度測定儀，用于測量各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，還包括以下步驟對(duì)在氣化過程中后一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀用前一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀進(jìn)行修正，所述修正包括保留前一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀，將后一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀疊加在前一時(shí)刻獲得的燃空區(qū)形狀上，將疊加后的整體燃空區(qū)形狀作為后一時(shí)刻的實(shí)際燃空區(qū)形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)形狀的方法，包括確定多個(gè)煤層平面，在每個(gè)煤層平面中確定多個(gè)測溫點(diǎn)，并確定每個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；在煤炭地下氣化過程中實(shí)時(shí)測量各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)不同煤層平面中的各個(gè)測溫點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)獲得各個(gè)煤層平面的溫度分布圖；根據(jù)各個(gè)煤層平面的溫度分布圖獲得各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖；以及根據(jù)各個(gè)煤層平面的燃空區(qū)平面輪廓圖獲得燃空區(qū)的立體圖。本發(fā)明的方法利用預(yù)置在煤層內(nèi)部用來測量煤層溫度的熱電偶取得數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，進(jìn)而實(shí)時(shí)獲得燃空區(qū)的形狀，因而成本較低，而且不會(huì)破壞爐膛內(nèi)部構(gòu)造也不影響氣化的正常進(jìn)行。
文檔編號(hào)E21B43/295GK102465692SQ201010531358
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉洪濤, 劉淑琴, 姚凱, 潘霞, 王媛媛 申請(qǐng)人:烏蘭察布新奧氣化采煤技術(shù)有限公司, 新奧科技發(fā)展有限公司