CN101906989A - 瓦斯分解消除液及煤矿瓦斯治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种瓦斯分解消除液及煤矿瓦斯治理方法。瓦斯分解消除液主要由啤酒、乙酸、醋酸钴等均匀混配而成；以其治理瓦斯的方法为：在煤矿采掘工作面的煤体中打注液钻孔，孔间距0.6～1.5m，钻孔方向与煤层面倾斜方向相一致，或与煤层倾斜方向呈0°～20°夹角；将瓦斯分解消除液以一定的压力注入钻孔；反应3.5～5小时即可。瓦斯分解消除液为绿色产品，符合环保要求，其生产原料无毒无害，与瓦斯成分反应生成物亦为无毒无害物质，且对煤质和煤的使用无不良影响；本发明瓦斯治理方法操作简便易行，成本低，可有效消除96％以上的煤体内瓦斯，在煤体注入瓦斯分解消除的过程中煤巷瓦斯明显降低至安全界限以下。

Description

瓦斯分解消除液及煤矿瓦斯治理方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产领域，具体涉及一种瓦斯分解消除液及煤矿瓦斯治理方法。

背景技术

煤炭是我国重要的基础能源，占全国一次能源消费的70％左右，在国民经济中具有重要的战略地位。改革开放以来，煤炭工业取得了长足发展，产量持续增长，生产技术水平逐步提高，安全生产条件有所改善，但仍然存在着增长方式粗放、安全事故多发、资源浪费严重、环境治理滞后等问题，特别是安全事故多发问题令世人关注。国有重点煤矿中将近一半是高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，每年发生瓦斯突出100多次。国有地方煤矿和乡镇煤矿的高、突矿井约占30％。由于对主要灾害的发生机理尚未掌握，特别是在煤与瓦斯突出的预测、监控等方面，还有许多问题需要深入研究和探索，还不能从根本上杜绝煤矿灾害的发生。瓦斯爆炸、瓦斯突出是煤矿安全生产的最大威胁，是各地煤矿最头疼最难解决的一个世界性难题。瓦斯事故一旦出现，往往是群死群伤的恶性事故。我国是煤炭生产大国，统计资料显示，目前我国每年因瓦斯事故造成死亡的人数占煤矿死亡的人数的15％以上。经济损失之大，政治影响之恶劣是其它事故不可比拟的。各煤矿无不把瓦斯治理放在安全工作的首位，不惜在人力、物力、财力上的投入，但治理效果仍不理想。

瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。瓦斯是无色、无味、无臭的气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等，瓦斯难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸(爆炸界限为5～16％)。煤层中的瓦斯只有10～15％为游离态气体瓦斯，85～90％为非游离态吸附瓦斯。

传统的瓦斯治理方法主要包括瓦斯抽放、煤层注水、瓦斯排放、加强通风、杜绝引爆火源、开采解放层等。其基本思路：一是降低煤层瓦斯含量，以减少采掘工作面瓦斯涌出量，从而避免采掘工作面因瓦斯浓度超限而引起的瓦斯爆炸事故；二是降低瓦斯压力，以解除瓦斯突出的动力源问题。从而避免采掘工作面因瓦斯压力太大得不到释放而造成的瓦斯和煤的突出问题。传统治理方法存在的主要问题：①投入比较大，带来、生产成本居高不下。资料显示，高瓦斯矿井，特别是高突出矿井，每年用于瓦斯治理的投入约占生产成本的25％左右，致使产品成本过高，投入过大，在市场竞争激烈的情况下，有些矿陷于被动，主要原因就在于此；②煤矿不仅要在瓦斯治理上花费很大投入，而且要占用很多采掘工作面的有效时间，致使采掘效率很难有大的提高，煤矿的发展受到严重制约。专家估计，如果瓦斯治理有重大突破，在现有的条件下，不建新井，全国的煤炭产量就可提高8～10％以上。

中国专利文献CN 100362209C中公开了一种煤矿瓦斯爆炸突出治理方法及其配用的瓦斯消溶剂，其瓦斯消溶剂为醋酸和酵母构成的水溶液。众所周知的是，煤矿瓦斯的主要成份为甲烷(CH₄)，其虽是一种最简单的有机化合物，但因其分子结构稳定不活泼，正常情况下不易与其他物质发生理化作用，只有在高温高压下才能与某些物质成分发生化学作用，井下采掘工作面不可能形成高温条件，只能在高压的条件下借助催化剂和助溶剂的催化助溶作用，才有可能促使甲烷与其它物质成分发生理化反应，达到消溶甲烷(CH₄)的目的。因此，可以想见的是，仅凭醋酸和酵母的作用是难以很好的完成对瓦斯的消溶作用的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种瓦斯分解消除液，它能快速有效分解消除煤体内的瓦斯；同时给出了一种简单易行的利用该瓦斯分解消除液治理煤矿瓦斯的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种瓦斯分解消除液，以重量百分比计，含有啤酒(9～12°P的啤酒均可，下同)1～3％、乙酸8～15％、醋酸钴0.05～0.1％，余量为水。

所述瓦斯分解消除液含有啤酒1％、乙酸8％、醋酸钴0.1％，余量为水。

所述瓦斯分解消除液，含有啤酒2％、乙酸10％、醋酸钴0.1％，余量为水。

一种瓦斯分解消除液，含有以重量百分比计的啤酒1～3％、乙酸8～15％、醋酸钴0.05～0.1％、酵母浸粉1～2％，余量为水。

所述瓦斯分解消除液含有啤酒1％、乙酸9％、醋酸钴0.08％、酵母浸粉1％，余量为水。

所述瓦斯分解消除液含有啤酒2％、乙酸10％、醋酸钴0.1％、酵母浸粉2％，余量为水。

上述酵母浸粉也可以等量成分的酵母浸膏代替。

瓦斯分解消除液通过注液泵压力注入煤层裂隙，在催化剂的作用下与煤层中的几种有害气体迅速发生化合反应，生成新的无毒无害的液态化合物，消化吸收煤层中的大量瓦斯。使煤层瓦斯含量大量减少，压力大量降低，从而使煤掘面、工作面的瓦斯涌出量大量降低。

一种煤矿瓦斯治理方法，包括以下步骤：

(1)先在煤矿采掘工作面的煤体中打注液钻孔，孔间距1～1.5m，钻孔方向与煤层面倾斜方向相一致；

(2)用注液泵把权利要求1或权利要求2所述的瓦斯分解消除液以8～16Mpa的压力经由所述钻孔注入煤体，每孔注入10～15kg；

(3)封孔，反应浸润3.5～5小时，瓦斯已降至煤矿安全生产标准内，即可采掘；

在所述步骤(1)中，采掘工作面上每4m²打4～6个注液钻孔，其孔径40～50mm，孔深5～10m。

瓦斯消除液的用量也可在实际工作当中总结得出：根据采掘工作面控制瓦斯浓度的要求，结合煤层瓦斯含量多少、煤层构造的类型、注液孔的深度和数量、注液压力等，当注液工作中工作面煤体钻孔处渗出汗珠时，即可停止注液，记录总注液量，做为该工作面及类似工作面计算注液量的参考。要知道注液量多少是以能保安全为原则，注多了会增加注液成本和注液时间，少了则达不到效果。

瓦斯分解消除液按照设计的比例和用量，用注液泵经注液钻孔以8～16Mpa的压力注入煤体，使瓦斯分解消除液充分浸润进煤层，与煤层内瓦斯充分接触，产生以下作用：

①助溶作用使部分游离气态瓦斯溶入煤体、部分游离气态瓦斯粘附到煤体表面，变为非游离的固态瓦斯。

②催化作用瓦斯分解消除液中的醋酸钴等成分能促进自由基的生成，具有良好的催化作用，在高压条件下使甲烷(CH₄)与煤层中的氧气、氮气、二氧化碳等气体发生化合作用，生成无毒无害的液态酯质化合物氨基酸酯等产物，使煤层中的部分瓦斯被转化，从而降低了煤层中瓦斯含量。有代表性的化学反应包括：

或

上述反应中的反应起始物均为气体，生成物均为液态，在高压条件下，极有利于化学反应正向进行。

③化合转化作用本发明瓦斯分解消除液制备原料中的啤酒中含有丰富的醇类、脂类物质、有机酸等物质，可提供多种参与反应的起始物质及中间产物，有利于甲烷的快速消解、转化；乙酸可提供大量的乙酰基，促进瓦斯成分的分解、转化；添加酵母浸粉或酵母浸膏也可提供多种参与反应的起始物质及中间产物，同时可引入大量的酵母，促进生物化学反应的进行；上述营养成分也可有利于煤层中甲烷氧化菌的快速增殖，而甲烷氧化菌可直接将甲烷氧化生成CO₂；醋酸钴在多种有机反应进程中具有高效反应催化作用。在高压条件下和催化剂的作用下，瓦斯分解消除液中的多种成分与甲烷发生一系列复杂的化学反应，产生多种液态的或易溶于水的物质，如酯类等，大量的甲烷被转化、吸纳、分解，从而大大降低了煤层瓦斯的含量。

④隔断作用催化作用、化合作用产生的化合物都为液态酯质化合物，这些化合物与注射液混合，提高了注射液的黏度，这些有一定黏性的脂类物质进入煤体微小裂缝和裂缝中，堵塞注液体以外煤体瓦斯进入注液体内的通道，在采掘工作面周围形成一个保护圈，可保证采掘工作面的采掘工作能够正常进行。

⑤浸润煤体作用瓦斯分解液本身含有水分，注液时要兑入大量水分，注液在客观上起到煤层注水浸润煤体的作用。实践证明，煤层注水有两个重要作用：一是浸润煤体，降低采掘过程中的煤尘产生量、对改善工作环境、保护工人身体健康、提高工人工作效率、防止煤尘爆炸有重要作用；二是注水能部分降低工作面瓦斯涌出量，对防止瓦斯浓度超限有一定作用。

⑥卸压防突作用在以上多种作用的合力下，使煤层中游离气态瓦斯含量大大减少，其体积大大收缩，压力大大降低，从根本上解除了瓦斯突出的动力源，瓦斯突出问题得到了较好的解决；与此同时，因瓦斯压力降低，注液阻力相应降低，在同样的注射压力下单纯注水的注射半径为3～5m，注水钻孔孔底以外根本注不进水。注入吸收瓦斯分解液，注液半径可达6～8m，注液钻孔孔底前面可注2～3m，抗突煤柱可达4～5m，抗突能力大大提高。

本发明具有积极有益的效果：

1.传统煤掘面治理瓦斯24～72小时只能掘2～3米，用本发明瓦斯治理方法24～72小时掘8～16米；本发明治理成本与传统治方法相比可降低70～90％。

2.用本发明瓦斯治理方法可消除96％以上的煤体内瓦斯，在煤体注入瓦斯分解消除的过程中煤巷瓦斯明显降低，符合国家安全治理规定，从根本上改变了煤矿由被动治理瓦斯变为主动消除煤体瓦斯。

3.操作简便易行本发明方法治理瓦斯的方法类似于传统的煤层注水，操作方法简单实用。

4.本发明瓦斯分解消除液为绿色产品，符合环保要求；瓦斯分解液生产制备所使用原料无毒无害，与瓦斯成分反应生成物亦为无毒无害物质，且对煤质和煤的使用无不良影响。

具体实施方式

实施例1效果对比试验

2009年3月中、下旬于新密市某煤矿9011掘进面上进行效果验证试验，方法如下：

(1)首先根据计算所需要的量购置各种原料，按下述成分比例(重量百分含量)均匀混合后制备出瓦斯分解消除液：啤酒(10°P)2％、乙酸12％、醋酸钴0.08％，余量为水。

(2)3月14日在掘进巷道的煤层A断面(10m²左右)中部区域打4个注液孔(Φ42mm，孔深6m，孔间距1m)，钻孔方向与煤层走向大致呈15°夹角，在注液开始前，测量并记录掘面瓦斯浓度、回风瓦斯浓度及煤体瓦斯浓度(以数据多点多次测量，取平均值)，随后用注液泵将上述瓦斯分解消除液以15Mpa的压力经由上述钻孔注入煤体，每孔注入12kg，20分钟后注液完成；注液完成后封孔，浸润、渗透反应4小时后，在同样的地点，以同样的方式及设备测量记录掘面瓦斯浓度、回风瓦斯浓度及煤体瓦斯浓度。

(3)3月16日在上述掘进巷道的煤层B断面重复上述实验一次，B断面为自A断面处向前掘进15m后的新断面，其有关的构造情况和其它试验条件与A断面处基本一致。

(4)3月19日在上述掘进巷道的煤层C断面进行常规的注水治理试验(有关方法不赘述)，C断面为B断面后10m处的新断面，其起始试验条件与前同。

(5)3月21日在上述掘进巷道的煤层D断面处重复前述步骤(4)所述的试验，D断面为C断面后6m处的新断面，其起始试验条件与前同。

以上试验结果详见表1。

实施例2巩义市某煤矿应用例

2008年8月在该矿M煤层工作面(面积近9m²)钻打注液孔(Φ42mm，孔深6m，孔间距80cm)4个，钻孔方向与煤层倾斜方向相一致；未注入瓦斯消除液前，煤体内检测瓦斯浓度为95％，以8Mpa的压力向每孔以注入瓦斯消除液14kg，封孔反应4h后，检测煤体内瓦斯浓度降至19％，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)：啤酒(11°P)1％、乙酸8％、醋酸钴0.07％，其余为水。

实施例3平顶山市某煤矿应用例

2009年3月在该矿W煤层工作面(面积12m²)钻打注液孔(Φ42mm，孔深6m，孔间距70cm)5个，钻孔方向与煤层倾斜方向相一致；注入瓦斯分解消除液之前，检测煤体内瓦斯浓度高达96％，以12Mpa的压力向每孔注入瓦斯消除液11kg，封孔反应3.5h后，检测煤体内瓦斯浓度降至16％，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)：啤酒(9°P)3％、乙酸14％、醋酸钴0.1％，其余为水。

实施例4郑州市某煤矿应用例

2010年1月下旬在该矿某采掘工作面(约10m²)钻打注液孔(Φ42mm，孔深6m，孔间距100cm)4个，钻孔方向与煤层倾斜方向相一致；注入瓦斯分解消除液之前，检测煤体内瓦斯浓度高达97％，以10Mpa的压力向每孔注入瓦斯消除液9kg，封孔反应消解5h后，检测煤体内瓦斯浓度降至14％，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)：啤酒(10°P)1％、乙酸8％、醋酸钴0.05％，酵母浸粉1％，其余为水。

实施例5永煤集团某下属煤矿应用例

2010年3月于此矿某采掘工作面钻打注液孔(Φ42mm，孔深6m，孔间距100cm)4个，钻孔方向与煤层倾斜方向相一致；注入瓦斯分解消除液之前，检测煤体内瓦斯浓度为94％，以9Mpa的压力向每孔注入瓦斯消除液15kg，封孔反应消解5h后，检测煤体内瓦斯浓度降至14％，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)：啤酒3％、乙酸14％、醋酸钴0.09％，酵母浸粉2％，其余为水。

实施例6焦作某煤矿应用例

2009年10月在此矿某采掘工作面钻打注液孔(Φ42mm，孔深8m，孔间距120cm)5个，钻孔方向与煤层倾斜方呈20°夹角；注入瓦斯分解消除液之前，检测煤体内瓦斯浓度为94％，以9Mpa的压力向每孔注入瓦斯消除液10kg，封孔反应消解4.5h后，检测煤体内瓦斯浓度降至10％，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)：啤酒2％、乙酸11％、醋酸钴0.07％，酵母浸粉1.5％，其余为水。

Claims (8)

1.一种瓦斯分解消除液，其特征在于，含有以重量百分比计的啤酒1～3％、乙酸8～15％、醋酸钴0.05～0.1％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒1％、乙酸8％、醋酸钴0.1％，余量为水。

3.根据权利要求1所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒2％、乙酸10％、醋酸钴0.1％，余量为水。

4.一种瓦斯分解消除液，其特征在于，含有以重量百分比计的啤酒1～3％、乙酸8～15％、醋酸钴0.05～0.1％、酵母浸粉1～2％，余量为水。

5.根据权利要求4所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒1％、乙酸9％、醋酸钴0.08％、酵母浸粉1％，余量为水。

6.根据权利要求4所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒2％、乙酸10％、醋酸钴0.1％、酵母浸粉2％，余量为水。

7.一种煤矿瓦斯治理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)先在煤矿采掘工作面的煤体中打注液钻孔，孔间距0.6～1.5m，钻孔方向与煤层面倾斜方向相一致，或与煤层倾斜方向呈0＜～20°夹角；

(2)用注液泵把权利要求1或权利要求2所述的瓦斯分解消除液以8～16Mpa的压力经由所述钻孔注入煤体，每孔注入10～15kg；

(3)封孔，反应3.5～5小时，即可采掘；

8.根据权利要求7所述的煤矿瓦斯治理方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，采掘工作面上每4m²打4～6个注液钻孔，其孔径40～50mm，孔深5～10m。