【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于煤層自燃防治，具體的說是一種基于?co?同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法。
技術介紹
1、在煤炭開采領域，煤層自燃火災一直是一個極為嚴峻的問題，它嚴重威脅著礦井的安全生產、礦工的生命安全以及煤炭資源的高效開發與利用。
2、煤層自燃火災的發生與發展過程極為復雜，受到眾多因素的交互影響。其中，煤的自身特性起著關鍵作用，不同煤層的煤質，如煤的種類、含碳量、揮發分含量、水分含量等，在很大程度上決定了其自燃傾向性的高低。一般而言，高揮發分、低灰分的煤更容易發生自燃現象。地質條件方面，煤層的埋藏深度、傾角、厚度以及地質構造（如斷層、褶皺等）都會對自燃火災的發生產生顯著影響。例如，埋藏較深的煤層，由于地壓大、地溫高，且與空氣的接觸相對較少，其氧化自燃的條件相對復雜；而在地質構造區域，煤層的破碎程度增加，增大了與空氣的接觸面積，為煤的氧化自燃提供了有利條件。開采技術因素也不容忽視，例如采煤方法、回采速度、通風方式等。當回采速度較慢時，采空區遺煤暴露在空氣中的時間增長，氧化自燃的可能性就會大大增加；不合理的通風方式可能導致采空區內空氣的流動分布不均，局部區域形成氧氣積聚，加速煤的氧化過程。
3、目前，現有的煤層自燃火災預測技術存在一定的局限性。傳統的方法主要依靠對指標氣體濃度的監測來判斷煤層自燃的狀態，例如監測一氧化碳（co）、乙烯、乙炔等氣體的濃度變化。然而，這種單一的指標氣體濃度監測方法在實際應用中面臨諸多挑戰，從而導致預測或監測精度較低，具體表現在：
4、一方面，指標氣體的產生
5、另一方面，不同煤層的地質條件和煤質差異巨大，使得統一的指標氣體濃度閾值難以準確界定煤層自燃的范圍和程度。例如，在某些高瓦斯煤層中，瓦斯的涌出會稀釋指標氣體的濃度，從而影響對自燃火災的準確判斷；在一些復雜地質構造區域，由于煤層的不均勻性，指標氣體的釋放規律也呈現出較大的離散性。
技術實現思路
1、針對
技術介紹
中提出的現有技術的缺陷，本專利技術在克服技術背景問題情況下，提供一種基于?co?同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法。
2、為實現上述技術目的，本專利技術采用的技術方案是：一種基于co同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，具體包括以下步驟：
3、s1煤樣獲?。涸诿簩佑萌⌒俱@取煤樣；
4、s2程序升溫實驗：將煤樣置于程序升溫裝置中，按設定升溫速率升溫，模擬煤層在不同溫度條件下的氧化過程；
5、s3儀器分析：用同位素分析儀、氣相色譜儀分別測定煤樣不同溫度下的co同位素峰值及co濃度；
6、s4關系方程建立：通過開展co濃度衰減實驗，改變相關參數，采集數據并分析擬合，確定衰減系數，建立起火源、co濃度、滲流距離和流出濃度間的關系方程，關系方程為c=c0·e-a·d；
7、s5火災預測：在現場按預先設定的距離取氣，測co同位素濃度；將測定結果與步驟s2程序升溫實驗結果對照，確定著火點co濃度；代入所述關系方程，算出著火點距工作位距離，實現精對煤層自然火災范圍的預測。
8、作為優選的技術方案：步驟s4中，關系方程為c=c0·e-a·d；
9、其中：
10、c表示：在某一滲流距離處測量得到的?co?流出濃度，單位是?ppm；
11、c0表示：在起火源處產生的初始?co?濃度，單位為?ppm?；
12、d表示：?co?從起火源位置開始經過的滲流距離，單位是米或其他長度單位；
13、a是一個衰減系數，單位為（與d相同長度單位）-1；
14、e?是自然常數。
15、作為優選的技術方案：步驟s4中，co濃度衰減實驗的具體步驟如下：
16、（1）搭建?co?濃度衰減實驗平臺
17、該平臺模擬煤層內部的滲流環境，包括設置具有不同滲透率的煤樣填充柱或模擬煤層巷道；配備能夠精確控制氣體流量、壓力和濃度的供氣系統；設置在不同位置的多個氣體采樣點的采樣系統；
18、（2）改變實驗中的相關參數
19、設計導的相關參數包括滲流速度、煤樣孔隙度、初始?co?濃度，針對每個參數組合進行多次實驗，記錄對應的實驗參數和時間信息；
20、（3）對采集到的大量實驗數據進行深入分析和擬合處理，采用多元線性回歸、非線性擬合等數學方法確定衰減系數，建立起火源、co?濃度、滲流距離和流出濃度之間的定量關系方程。
21、作為優選的技術方案：步驟s5中，預先設定的距離為10-15米。
22、作為優選的技術方案：步驟s2中的程序升溫實現包括以下具體步驟：
23、（1）把從煤層采集的煤樣放入程序升溫裝置中；
24、（2）根據煤層自燃的實際升溫速率范圍設定升溫速率；
25、（3）啟動程序升溫裝置，在升溫過程中，持續監測裝置內的溫度變化，并記錄升溫時間與對應的溫度值。
26、作為優選的技術方案：步驟s3中，同位素分析儀和氣相色譜儀與程序升溫裝置對應實施，當程序升溫裝置開始運行后，立即啟動同位素分析儀與氣相色譜儀，使其均與程序升溫裝置的氣體采集出口相連通；
27、同位素分析儀采用高精度的激光吸收光譜技術或質譜技術，準確分辨和測定不同質量數的?co?同位素在煤樣升溫過程中釋放氣體中的濃度變化，并實時記錄對應的溫度值，從而獲取不同溫度下的?co?同位素峰值及其對應的溫度數據點；
28、氣相色譜儀利用色譜柱對煤樣釋放氣體中的?co?進行分離和定量分析，其檢測原理基于不同氣體成分在色譜柱中的保留時間差異以及檢測器對?co?的響應特性；通過校準和優化氣相色譜儀的工作參數，精確測定不同溫度下煤樣產生的?co?濃度數值。
29、與現有技術相比，本專利技術基于co同位素及多種指標氣體濃度，綜合分析煤層自燃化學反應過程與氣體遷移規律，精準預測火災范圍。通過對co同位素特征分析，結合乙烷、乙烯等指標氣體濃度變化，構建火災范圍預測公式。該技術能為煤礦安全生產提供可靠決策依據，屬于煤礦安全領域中煤層自燃火災早期預警與防控的關鍵技術創新；這種方法綜合考慮了?co?同位素和指標氣體濃度的多方面信息，有效提高了預測的準確性和可靠性，為煤層自燃火災的防治提供了更為有力的技術支持。
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1.一種基于CO同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于CO同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于：步驟S4中，關系方程為C=C0·e-a·d；
3.根據權利要求1所述的基于CO同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于，步驟S4中，CO濃度衰減實驗的具體步驟如下：
4.根據權利要求1所述的基于CO同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于，步驟S5中，預先設定的距離為10-15米。
5.根據權利要求1所述的基于CO同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于，步驟S2中的程序升溫實現包括以下具體步驟：
6.根據權利要求1所述的基于CO同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于，步驟S3中，同位素分析儀和氣相色譜儀與程序升溫裝置對應實施，當程序升溫裝置開始運行后，立即啟動同位素分析儀與氣相色譜儀，使其均與程序升溫裝置的氣體采集出口相連通；
【技術特征摘要】
1.一種基于co同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于co同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于：步驟s4中，關系方程為c=c0·e-a·d；
3.根據權利要求1所述的基于co同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍的方法，其特征在于，步驟s4中，co濃度衰減實驗的具體步驟如下：
4.根據權利要求1所述的基于co同位素及指標氣體濃度預測煤層自燃火災范圍...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳建，康修鵬，孟琳，趙松哲，嚴雪函，楊鑫達，王福生，高東，張帝，馬官國，武建國，關聯合，白光星，
申請(專利權)人：華北理工大學，
類型：發明
國別省市：
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