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无人机热红外遥感在煤矿煤炭检测中的应用
- 2020-09-03-

  中国是煤炭生产大国,每年消耗大量煤炭。由于存在许多小煤窑,采用落后的采矿方法,形成了众多的采空区。由于煤矿废弃,没有缓解措施,空气渗入巷道与煤层接触,残余煤层自燃形成煤火。这些煤火烧毁了数百万吨宝贵的煤炭资源,造成了严重的环境问题。为了更有效地实施灭火,煤炭检测是一项关键技术。利用无人机热红外遥感结合地面调查,对煤矿煤火范围进行了识别。初步划定了火灾区域的范围和位置,为灭火工程的发展提供了准确的依据。

  煤火是一种地下现象,它不仅会造成宝贵的自然资源的损失,而且还会造成环境问题,如地表裂缝、塌陷、塌陷和大气污染,最终危及人类安全。煤火是指在自然条件下,煤体与空气接触并氧化燃烧的自燃现象,发生在裸露的煤层或地下,如煤矸石和储煤堆中。煤炭火灾在世界各地都有发生,如美国、南非、印度、澳大利亚、印度尼西亚、中国和加拿大等主要产煤国。中国北方的宁夏、新疆、内蒙古和陕西等地有大量的厚、浅煤层,地下煤火正在燃烧。

  中国的火灾通常是由人为干扰引起的,因为人类对煤层自然环境的改变使煤层更容易氧化自燃。侏罗纪煤田位于陕北榆林市定边、府谷、衡山、榆阳、靖边、神木六县,面积2.7万平方公里,探明煤炭资源储量1388亿吨。陕北侏罗纪煤田仍有大量的煤炭资源,地质历史时期广泛分布着烧成岩(渣),这些岩石是通过下伏煤层的燃烧而烘烤或熔化的,提供过去煤层火灾的证据并表明该地区的条件适合自燃。近年来,随着大量煤炭资源的开发,人类活动改变了环境,提高了煤炭自燃的可能性,陕北侏罗纪煤田发生了多起地表和地下煤火。

  准确探测煤火燃烧中心、范围和深度是煤炭检测技术的一大难题,也是煤炭灭火工程的基础。由于一些地表因素,包括煤层上方的植被、岩石和土壤覆盖,很难确定地下煤炭火灾的程度。目前,主要的探测方法包括遥感、钻孔温度测量、地球化学和地球物理测量。自20世纪60年代初以来,基于地表温度异常,遥感已成为监测和探测煤火的一种方便而有用的工具。干涉合成孔径雷达(ISAR)可以探测到细微的地表变形,但下沉可能并不总是等于一个活跃的火区。一些研究人员已经使用磁性方法来描述地下煤火。磁测提供了高分辨率的煤火图,并描绘了以前燃烧过的、活跃的煤火区和非煤火区,并且材料的磁性能随温度变化。

  到目前为止,陕西省应用于煤火探测的物探或遥感方法还不多,但也存在一些问题。例如,由于原始地形的破坏,无法通过活跃的煤火或人工岩壁测量磁测线,或者地表其他地方的高磁性烧成岩的分散分布影响了磁测方法的结果,因此,磁法不能有效地圈定煤火边界。由于地表裂缝和脱落黄土,氡测量不可能或不准确。过去,机载热红外(TIR)遥感技术适用于大型火灾的识别,但小规模水雷不易识别,或者数据不够精确。安装在载人机载平台上的成像系统虽然具有很高的时间和空间分辨率,但其操作复杂度和成本却受到限制。

  开发低空无人机遥感具有高空间分辨率、高频率和高性价比的特点,可以补充卫星遥感能力,缓解高空间分辨率和时间分辨率之间的矛盾。这种方法可以安全、快速地探测热区域,通常出现在危险或难以接近的地形。本文以陕北神木市火咀煤矿为研究对象,由于受原始地貌破坏和干扰因素的影响,无法进行物探调查,采用低空无人机TIR遥感、地面调查和钻孔等手段,对火区进行了全面探测和圈定。


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