准南煤田水西沟火区地表温度及植被覆盖度时空变化特征

为了解准南煤田水西沟火区地表温度及植被覆盖变化情况及趋势,本文选取1998～2018年夏季Landsat影像数据,运用单窗算法和像元二分模型反演准南煤田水西沟火区地表温度和植被覆盖度情况,结合实际人工阈值法和调研资料提取温度异常区面积和一级植被覆盖区域面积,采用灰色预测GM(1,1)模型对其变化特征进行预测分析。结果表明：在时间尺度上,研究区最高温度、最低温度、平均温度和温度阈值变化趋势具有明显的相关性。温度异常区西部向东南方向扩展,中部向西北方向,并且不断向东西方向延伸,东部面积明显减少。一级植被覆盖度面积受温度异常区面积影响较大,总体波动变化,1998～2018年均呈现增长趋势。GM(1,1)模型结果表明：在预测期内,温度异常区面积和一级植被覆盖度面积呈现正比关系,随着温度异常区面积的增大,一级植被覆盖度呈现增加趋势。     

基于多源遥感数据地下煤火空气渗入/逸散区域研究

基于地下煤火导致地表的沉降、温度、植被变化在一定程度上可反映火区的动态变化过程。本文采用普适性单通道算法和像元二分法反演火区地表温度与植被盖度,差分干涉"两轨法"提取沉降特征。结合地表沉降,地表高/低温区域和高/低植被盖度区域分布特征,尝试对火区高温烟气逸散区域和低温空气进入区域进行分析。结果表明:2013年高温区域面积占比最大(27.18%),2015年低温区域面积占比最大(16.51%);研究区整体以Ⅰ级植被覆盖区域和Ⅱ级植被覆盖区域为主,Ⅰ级植被覆盖区域2003年面积最大(24.200km2,占比99.48%);沉降高值由9.591 mm波动变化为-3.124 mm,沉降低值由-19.132mm波动变化至-26.059mm;2014—2017年温度异常区域和Ⅰ级植被覆盖区域叠加处理有效裂隙区点位置从5 617个减少至863个,再增加至3 578个,整体减少2 039个;低温区域和Ⅳ级植被覆盖区域叠加处理有效裂隙区点位置从4个增加至13个,总体约增加3倍;典型空气进入通道与典型烟气逸散通道沉降最低值均出现在20160131—20160319干涉对,分别为-262.402mm和-232.832mm,最高值则出现在20160506—20160530干涉对,分别为602.910mm和564.202mm。     

地下煤火土壤典型重金属分布特征

通过采集乌鲁木齐大泉湖火区土壤样及实验室测定,研究了火区土壤理化性质与重金属Hg,As,Cu,Pb,Cr,Zn,Ni空间分布特征。结果表明:温度正常区土壤温度随采样深度增加的幅度较温度异常区小;温度正常、温度异常区土壤有机质含量随深度的增加均减少,温度正常区I,II,III,IV层土壤有机质含量大于温度异常区相应土层有机质含量;温度异常区土壤层I重金属Cu,Pb,Cr,Zn,Ni含量均小于温度正常区土壤层I相应重金属含量,II层则有增加的趋势并大于温度正常区相应土层重金属含量;温度正常区、温度异常区土壤Hg,As,Cu,Ni重金属含量随深度变化幅度及波动幅度较小,而温度异常区土壤Pb,Cr,Zn重金属含量随深度变化波动幅度较温度正常区大;火区热效应、地形、土壤及气象因子是影响土壤重金属分布的主要原因。土壤典型重金属砷形态分析表明:残留态砷含量最高,水溶态砷含量最低;水溶态砷在火区取样区域内I,II,III,IV土壤层区域富集特征与各层土壤碳酸钙富集特征趋于一致;温度正常区土壤残留态砷、铁形砷含量随深度变化的趋势与土壤碳酸钙含量随深度变化趋势一致;温度异常区残留态砷含量随深度增加波动趋势与土壤有机质含量波动趋势有较强关联性;温度正常区、温度异常区均值水溶态砷含量基本稳定,表明其与温度、土壤特性等无明显相关性。     

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

 利用2001、2003、2007、2010年Landsat TM/ETM热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明：高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。矿区煤火遥感监测实现了火区的动态监测和新火区的预测,为煤田火区灭火工程、矿井安全生产和矿区可持续发展提供了辅助决策。     

基于ASTER影像的乌达火区遥感监测研究

为了监测评估内蒙古乌达煤火的治理效果,以灭火前、中、后和灭火监测期的ASTER热红外波段为数据源,采用TES算法反演矿区地表温度,根据自适应梯度阈值法提取4个年度的火区,经过对比验证发现:2008年提取火区与2009年航空参考火区的重合度为71.4%;分析2008—2015年间的煤火演变状况,结果表明:2008—2013年间,火区呈现显著缩减趋势,面积减少2.5 km2,由集中变为零星分布,这表明该时期煤火治理效果显著;2013—2015年间,火区面积增加了0.3 km2,由离散变为集中分布,这说明火区有复燃的趋势,1 km2的存量说明今后仍需加大火区治理力度。     

新疆硫磺沟煤火治理区地表热异常遥感监测研究

为研究新疆硫磺沟煤田火区热场演化过程和治理效果，利用热红外遥感技术进行监测研究。将火区划分为万家窑、浅水河、卡拉扎3个火区块段，监测期限分为煤火燃烧期、煤火复燃风险期、煤火治理现状期3个阶段，利用单窗算法反演各阶段多期地表温度，采用离散度识别火区热异常，分析煤火空间分布格局演化过程，并对探测结果进行验证。结果表明，在2000年治理前，3个火区块段的热异常面积为467.82万m²,2004年第一轮灭火工程治理后，热异常面积大幅减少至29.34万m²;随后由于矿山违规开采，2018年热异常面积增加至712.74万m²,经过第二轮灭火工程治理，2021年的热异常面积减少至16.57万m²。经实地调查，排除烧变岩干扰影响，煤火治理现状期地表热异常与实地情况相符，浅水河火区块段仍然存在自燃现象，卡拉扎、万家窑火区块段的煤火自燃现象基本消除，治理区地表景观和生态环境大幅改善。     

新疆第五次煤田火区普查成果分析

相较于2013年新疆开展的第四次煤田火区普查成果,新疆新生煤田火区增加,部分未治理的煤田火区面积扩大以及责任主体灭失,给新疆煤炭工业的能源基地建设、井田划分、矿区规划、矿井安全生产、生态环境保护带来严重影响。2019年,新疆开展了第五次煤田火区普查,以新疆第五次煤田火区普查结果为研究对象,分析了新疆煤田火区的特点、变化原因、危害和影响。新疆煤田火灾存在分布广、发展快、新火区产生快、易发煤火风险区域多等特点,煤田火区的持续燃烧造成损失煤炭资源、污染大气环境、破坏土壤环境、污染水资源、易发地质灾害等危害。针对上述特点和危害,提出了新疆煤田火区治理措施,为新疆煤田火区治理规划提供了基础资料和决策依据。     

基于红外成像技术的煤矿火灾治理

为了快速准确地测出煤层火源位置、范围和燃烧程度,采用红外成像技术对河北煤矿主斜井火区进行了探测,确定火区位置,检验灭火效果。该技术能够准确探测火区表面煤岩体的温度,初步判断火情;对煤岩体表面温度异常区域及其周边设置钻孔,通过观测孔内温度可判断火区范围和煤体燃烧程度,从而确定治理方案。结果表明:在治理过程中利用红外成像仪观测钻孔内的温度变化情况可以更直观地了解灭火效果,说明红外成像技术在治理浅部煤矿火灾中成效显著。     

基于DEM的煤火自燃温度反演算法研究

为了研究乌达煤矿煤火特征的分布及变化,采用3种不同的遥感反演温度算法(单窗算法、单通道算法、Artis算法),并通过阈值分割法提取2005年的乌达煤田火区温度,与叠加的实测煤火矢量图进行对比分析。结果表明,提取的温度异常区域与直接采用星上亮度温度图提取区域基本相同,其中Artis算法重叠度最低,单窗算法和单通道算法重叠度相同,而直接用星上亮度温度重叠度最高。通过比对分析该地区的地表覆盖类型和数字高程模型(DEM),发现乌达煤矿出现的北部高温异常和中部低温异常与地表覆盖类型和地形变化相关,在南部受干扰较小的区域与实测区重叠度达60%以上。选择该地区11号煤火区为研究区域,对比2005—2012年的煤火时空变化,结果表明2005—2010年的煤火温度异常的范围表现为波动的变化,2010年后的煤火范围缩小,煤火得到一定控制,未发生明显反复。     

基于遥感技术的乌达煤田火区变化监测

采用遥感反演、自然间隔点分割与空间叠加分析等技术手段,提取1989、2001、2005年的乌达煤田火区范围,分析煤田火区的空间分布格局、空间演变态势、变化速度与变化趋势。研究结果表明：1989-2005年乌达煤田火区面积增加了9810 万m2,每年新增约613万m2,年增加率为248%,乌达煤田南部的A(12、13与14号)火区面积在逐渐减少,其他火区的面积在逐渐增加,并向四周扩散蔓延形成新的燃烧带。     

基于Landsat-8的煤火监测方法研究

为了监测乌达矿区煤火的变化趋势,减少因煤自燃引起的经济损失,根据landsat-8卫星影像数据采用辐射传输方程法,单窗算法,劈窗算法等反演了内蒙古乌达矿区的地表温度,提取了煤火信息,并结合内蒙古乌达市环境监测中心站提供的数据和实地考察,验证地表反演结果的有效性。结果表明:几种反演算法得到的结果与地下煤火区地表温度的空间分布一致,其中劈窗算法综合考虑了两个热红外波段,其反演结果与实测温度值的差值较小,约为0.5℃,与地面实测值一致性比较好,高温异常区范围明显,在地下煤火反演中具有一定的适用性。     

华北区域不同煤阶样品孔隙结构特性研究

为探求华北区域煤样的孔隙发育特征,采用压汞法对采自此区域不同煤阶样品孔隙结构和分形维数进行研究。研究结果表明,煤体孔容和比表面积分别由大孔和微孔发育情况所决定,且100nmD1000nm范围内中孔相对不发育;随着Ro,max变化,煤体孔容和比表面积均呈现两端高大中间低的曲线形态;煤样中大于50.4~95.4nm孔径具有分形特征,此孔径范围主要包括部分过渡孔、中孔和大孔,并且随着Ro,max的增加,分形维数整体呈现降低的趋势。     

基于测汞法探测煤田火区原理及应用

煤田火区的精准探测是目前煤田火区探测的发展方向,从传热传质学角度详细阐述了汞迁移机理,建立了半无限大介质和温度影响下汞的迁移方程。介绍了RA-915测汞仪的原理,并使用该仪器在五虎山煤矿10号火区进行了现场测试,对10号火区汞浓度进行了数值模拟,确定了汞浓度异常区域。测汞法为煤田火区探测开发了一种新的方法,可以指导煤田火区探测,实现煤田火区高温异常区域的超前预测预报,及时采取有效措施消灭煤田火灾火源点。     

煤自燃高温贫氧氧化燃烧特性参数的实验研究

针对现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,根据煤田火区高温、贫氧的燃烧特点,设计建造了XKGW-1型煤田火区燃烧特性参数测试实验装置。利用该实验装置模拟了煤田火区的燃烧过程,得到了煤样从常温到600 ℃高温过程中的宏观特性参数规律。实验结果表明,煤样可以在高温、贫氧浓度条件下,继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大。在火区发展演化的过程中,煤样的升温速率会因水分蒸发等原因出现减小的现象,但总体呈增大趋势;煤样的耗氧速度在50 ℃之前特别缓慢,之后迅速增大,氧浓度急剧减小,当煤温升高到约130 ℃左右,氧气浓度降低到3%以下,并持续缓慢降低;CO和CH4的产生量的变化规律相似,都随煤温的升高而升高,并且在110 ℃之前产生速率较慢,之后逐渐增大;CO2,C2H4,C2H6的产生量的变化规律相似,均随煤温的升高先增大后减小,但峰值点所对应的煤温有所不同。     

近距离煤层开采上覆采空区火区探测及治理

近距离煤层的层间距非常小,煤层开采过程中漏风现象突出,煤炭容易发生自燃。针对海则庙煤矿工作面开采前期出现CO大量涌出的异常情况,采用同位素测氡法对该矿盘区工作面上覆地表区域进行火区探测,共探测出4个高温异常区域,其总面积为2100 m^2。制订了煤自燃动态监测、采空区注胶堵漏的防灭火技术措施,措施实施后工作面回风流和上隅角的CO体积分数均降至正常水平,有效控制了采空区煤自燃火灾,为工作面的安全回采提供了保障。     

特厚煤层自燃关键参数现场观测及动态数值模拟研究

根据特厚煤层采空区内遗煤的分布规律，优化布置气体监测测点，根据现场观测结果分析O2分布规律。根据试验工作面物理模型简化得到数值模拟的计算模型，进行了不同工况条件下采空区自然发火动态数值计算，研究了影响煤自然发火至关重要的关键参数，包括煤自燃危险区域内气体随着时间变化的渗流速度分布及O2浓度分布情况、高温火源点变化趋势，以及防止煤自然发火的工作面最小回采速度等。     

西曲煤矿矸石山自燃火区探测及治理技术

针对自燃的矸石山散发出有害气体污染环境,还有可能发生爆炸的问题,对自燃严重的西曲煤矿矸石山进行综合灭火,以达到净化环境、消除危险的目的。采用红外测温、多参数气体检测和钻孔测温相结合的综合探测技术,确定火区分布于矸石山的东侧,面积为650 m2,进而合理布置注浆钻孔,确定注浆参数,选用电厂粉煤灰与新型防灭火材料对火区进行注浆灭火。治理结果表明：矸石山的CO体积分数从840伊10-6降至12伊10-6,H2S体积分数从89伊10-6降至趋近于0,SO2体积分数为0,矸石山表面温度与当地气温相同,内部温度从最高420 益降至80 益以下,达到了《煤矿矸石山灾害防范与治理规范》要求。