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無人機熱紅外遙感在煤礦煤炭檢測中的應用
- 2020-09-03-

  中國是煤炭生產大國,每年消耗大量煤炭。由于存在許多小煤窯,采用落后的采礦方法,形成了眾多的采空區。由于煤礦廢棄,沒有緩解措施,空氣滲入巷道與煤層接觸,殘余煤層自燃形成煤火。這些煤火燒毀了數百萬噸寶貴的煤炭資源,造成了嚴重的環境問題。為了更有效地實施滅火,煤炭檢測是一項關鍵技術。利用無人機熱紅外遙感結合地面調查,對煤礦煤火范圍進行了識別。初步劃定了火災區域的范圍和位置,為滅火工程的發展提供了準確的依據。

  煤火是一種地下現象,它不僅會造成寶貴的自然資源的損失,而且還會造成環境問題,如地表裂縫、塌陷、塌陷和大氣污染,最終危及人類安全。煤火是指在自然條件下,煤體與空氣接觸并氧化燃燒的自燃現象,發生在裸露的煤層或地下,如煤矸石和儲煤堆中。煤炭火災在世界各地都有發生,如美國、南非、印度、澳大利亞、印度尼西亞、中國和加拿大等主要產煤國。中國北方的寧夏、新疆、內蒙古和陜西等地有大量的厚、淺煤層,地下煤火正在燃燒。

  中國的火災通常是由人為干擾引起的,因為人類對煤層自然環境的改變使煤層更容易氧化自燃。侏羅紀煤田位于陜北榆林市定邊、府谷、衡山、榆陽、靖邊、神木六縣,面積2.7萬平方公里,探明煤炭資源儲量1388億噸。陜北侏羅紀煤田仍有大量的煤炭資源,地質歷史時期廣泛分布著燒成巖(渣),這些巖石是通過下伏煤層的燃燒而烘烤或熔化的,提供過去煤層火災的證據并表明該地區的條件適合自燃。近年來,隨著大量煤炭資源的開發,人類活動改變了環境,提高了煤炭自燃的可能性,陜北侏羅紀煤田發生了多起地表和地下煤火。

  準確探測煤火燃燒中心、范圍和深度是煤炭檢測技術的一大難題,也是煤炭滅火工程的基礎。由于一些地表因素,包括煤層上方的植被、巖石和土壤覆蓋,很難確定地下煤炭火災的程度。目前,主要的探測方法包括遙感、鉆孔溫度測量、地球化學和地球物理測量。自20世紀60年代初以來,基于地表溫度異常,遙感已成為監測和探測煤火的一種方便而有用的工具。干涉合成孔徑雷達(ISAR)可以探測到細微的地表變形,但下沉可能并不總是等于一個活躍的火區。一些研究人員已經使用磁性方法來描述地下煤火。磁測提供了高分辨率的煤火圖,并描繪了以前燃燒過的、活躍的煤火區和非煤火區,并且材料的磁性能隨溫度變化。

  到目前為止,陜西省應用于煤火探測的物探或遙感方法還不多,但也存在一些問題。例如,由于原始地形的破壞,無法通過活躍的煤火或人工巖壁測量磁測線,或者地表其他地方的高磁性燒成巖的分散分布影響了磁測方法的結果,因此,磁法不能有效地圈定煤火邊界。由于地表裂縫和脫落黃土,氡測量不可能或不準確。過去,機載熱紅外(TIR)遙感技術適用于大型火災的識別,但小規模水雷不易識別,或者數據不夠精確。安裝在載人機載平臺上的成像系統雖然具有很高的時間和空間分辨率,但其操作復雜度和成本卻受到限制。

  開發低空無人機遙感具有高空間分辨率、高頻率和高性價比的特點,可以補充衛星遙感能力,緩解高空間分辨率和時間分辨率之間的矛盾。這種方法可以安全、快速地探測熱區域,通常出現在危險或難以接近的地形。本文以陜北神木市火咀煤礦為研究對象,由于受原始地貌破壞和干擾因素的影響,無法進行物探調查,采用低空無人機TIR遙感、地面調查和鉆孔等手段,對火區進行了全面探測和圈定。


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