本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采，具體涉及一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、煤炭地下氣化技術(shù)是將處于地下的煤炭在原位進(jìn)行可控燃燒，通過(guò)煤的熱解以及與氧氣、水等介質(zhì)發(fā)生的一系列復(fù)雜的化學(xué)作用產(chǎn)生一氧化碳、氫氣和甲烷等可燃?xì)怏w，變物理采煤為化學(xué)采氣，綜合開(kāi)發(fā)清潔能源與生產(chǎn)化工原料。

2、作為“潔煤增氣”的重要技術(shù)，煤炭地下氣化受到國(guó)內(nèi)外能源企業(yè)的廣泛關(guān)注。它能提升天然氣、氫氣等清潔能源的供應(yīng)能力，支持能源結(jié)構(gòu)向綠色、可持續(xù)方向優(yōu)化，符合全球能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略趨勢(shì)。然而，現(xiàn)有技術(shù)主要聚焦于可燃?xì)怏w的生成，而對(duì)氣化過(guò)程中產(chǎn)生的熱能利用不足，氣化反應(yīng)釋放的熱量除維持自身反應(yīng)外，會(huì)通過(guò)底板圍巖向外擴(kuò)散，導(dǎo)致大量熱能浪費(fèi)。

3、因此，如何高效回收煤炭地下氣化工程產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，是目前亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有方法的不足以及實(shí)際應(yīng)用的需求，為了實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，解決高效回收煤炭地下氣化工程產(chǎn)生的熱量問(wèn)題。一方面，本發(fā)明提供一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，包括以下步驟：

2、獲取燃空區(qū)底板圍巖巖體的物理參數(shù)；初步估計(jì)溫度傳導(dǎo)邊界范圍，基于所述邊界范圍測(cè)量氣化進(jìn)程中所述燃空區(qū)底板圍巖巖體的邊界溫度和底板圍巖接近煤炭地下氣化腔處的巖體溫度；利用所述邊界溫度和所述巖體溫度，預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍；根據(jù)所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍和所述物理參數(shù)求解熱流密度分布，基于所述熱流密度分布，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱回收u型管道。

3、本發(fā)明通過(guò)預(yù)測(cè)底板圍巖的動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍再求解熱流密度分布，進(jìn)而獲得熱回收u型管道的最優(yōu)布置方案，解決了高效回收煤炭地下氣化工程產(chǎn)生的熱量問(wèn)題，有利于實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用。

4、可選地，所述物理參數(shù)，包括燃空區(qū)底板圍巖巖體的熱擴(kuò)散率、熱導(dǎo)率、密度和比熱容。基于物理參數(shù)計(jì)算熱流密度分布，可以進(jìn)一步提高熱回收u型管道的安裝位置準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高熱能回收效率。

5、可選地，所述利用所述邊界溫度和所述巖體溫度，預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍，包括以下步驟：

6、利用長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍預(yù)測(cè)模型；根據(jù)所述邊界溫度和所述巖體溫度構(gòu)建時(shí)間序列溫度數(shù)據(jù)集，結(jié)合所述時(shí)間序列溫度數(shù)據(jù)集和氣化過(guò)程參數(shù)和所述物理參數(shù)構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；利用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練并驗(yàn)證所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍預(yù)測(cè)模型，通過(guò)訓(xùn)練好的動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍。本發(fā)明通過(guò)長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有利于獲得溫度變化的短期和長(zhǎng)期趨勢(shì)，進(jìn)而提高動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。

7、可選地，所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍預(yù)測(cè)模型的損失函數(shù)，滿(mǎn)足以下公式：，

8、其中，表示損失函數(shù)值，表示樣本數(shù)，tjpred表示第個(gè)樣本的預(yù)測(cè)溫度，tjtrue表示第個(gè)樣本的真實(shí)溫度。本發(fā)明通過(guò)損失函數(shù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練后，預(yù)測(cè)結(jié)果能夠反映熱流分布寬度的變化趨勢(shì)，進(jìn)一步有利于提高動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。

9、可選地，所述利用所述邊界溫度和所述巖體溫度，預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍，還包括以下步驟：

10、對(duì)所述時(shí)間序列溫度數(shù)據(jù)集進(jìn)行歸一化處理；將歸一化處理結(jié)果分割為多個(gè)時(shí)間窗口。本發(fā)明通過(guò)歸一化處理消除量綱差異，分割多個(gè)時(shí)間窗口進(jìn)一步有利于捕捉溫度變化的短期和長(zhǎng)期趨勢(shì)。

11、可選地，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍和所述物理參數(shù)求解熱流密度分布，滿(mǎn)足以下公式：

12、，其中，表示熱流密度，表示底板圍巖巖體的熱導(dǎo)率，表示溫度梯度。本發(fā)明基于傅里葉熱傳導(dǎo)定律，通過(guò)模型公式求解的熱流密度分布，有利于識(shí)別熱量輸出效率最高的深度位置。

13、可選地，所述根據(jù)所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍和所述物理參數(shù)求解熱流密度分布，還包括以下步驟：

14、構(gòu)建熱流密度分布優(yōu)化函數(shù)；利用所述熱流密度分布優(yōu)化函數(shù)，優(yōu)化所述熱流密度分布。

15、可選地，所述熱流密度分布優(yōu)化函數(shù)，滿(mǎn)足以下公式：，

16、其中，表示目標(biāo)函數(shù)，表示測(cè)溫點(diǎn)數(shù)，表示第個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度，表示第個(gè)測(cè)溫點(diǎn)基于熱流密度計(jì)算的溫度。本發(fā)明通過(guò)熱流密度分布優(yōu)化函數(shù)優(yōu)化熱回收u型管道的初始間距，使管道密集布置于熱流密度較高的區(qū)域，進(jìn)一步提高了本發(fā)明的熱能回收效率。

17、可選地，所述基于所述熱流密度分布，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱回收u型管道，包括以下步驟：

18、基于優(yōu)化后的熱流密度分布識(shí)別熱流密度峰值區(qū)域，根據(jù)所述熱流密度峰值區(qū)域確定熱回收u型管道的固定深度；基于優(yōu)化后的熱流密度分布結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱回收u型管道的間距和水流分配。本發(fā)明通過(guò)分析熱流密度的大小，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱回收u型管道，，確定每條管道的水流量比例，進(jìn)一步保證了熱量集中回收。

19、第二方面，為能夠高效地執(zhí)行本發(fā)明所提供的一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，本發(fā)明還提供了一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用系統(tǒng)，包括處理器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)器，所述處理器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)器相互連接，其中，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包含程序指令，所述處理器被配置用于調(diào)用所述程序指令，執(zhí)行如本發(fā)明第一方面所述的一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法。本發(fā)明的一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定，能夠穩(wěn)定地執(zhí)行本發(fā)明提供的一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，進(jìn)一步提升本發(fā)明整體適用性和實(shí)際應(yīng)用能力。

技術(shù)特征：

1.一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，所述物理參數(shù)，包括燃空區(qū)底板圍巖巖體的熱擴(kuò)散率、熱導(dǎo)率、密度和比熱容。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，所述利用所述邊界溫度和所述巖體溫度，預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍預(yù)測(cè)模型的損失函數(shù)，滿(mǎn)足以下公式：，

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，還包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍和所述物理參數(shù)求解熱流密度分布，滿(mǎn)足以下公式：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，所述根據(jù)所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍和所述物理參數(shù)求解熱流密度分布，還包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，所述熱流密度分布優(yōu)化函數(shù)，滿(mǎn)足以下公式：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法，其特征在于，所述基于所述熱流密度分布，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱回收u型管道，包括以下步驟：

10.一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用系統(tǒng)，其特征在于，所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用系統(tǒng)，包括：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、處理器、存儲(chǔ)器，所述輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、處理器、存儲(chǔ)器相互連接，所述存儲(chǔ)器包括程序指令，所述程序指令用于執(zhí)行權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤炭地下氣化燃空區(qū)底板圍巖熱回收利用方法及系統(tǒng)。本方法包括以下步驟：獲取燃空區(qū)底板圍巖巖體的物理參數(shù)；初步估計(jì)溫度傳導(dǎo)邊界范圍，基于所述邊界范圍測(cè)量氣化進(jìn)程中所述燃空區(qū)底板圍巖巖體的邊界溫度和底板圍巖接近煤炭地下氣化腔處的巖體溫度；利用所述邊界溫度和所述巖體溫度，預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍；根據(jù)所述動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍和所述物理參數(shù)求解熱流密度分布，基于所述熱流密度分布，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱回收U型管道。本發(fā)明通過(guò)預(yù)測(cè)底板圍巖的動(dòng)態(tài)溫度傳導(dǎo)范圍再求解熱流密度分布，進(jìn)而獲得熱回收U型管道的最優(yōu)布置方案，解決了高效回收煤炭地下氣化工程產(chǎn)生的熱量問(wèn)題，有利于實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用。

技術(shù)研發(fā)人員：郭延輝,李城槿,葛騰澤,王創(chuàng)業(yè)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15