CN109356642A - 一种瓦斯消除剂的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及瓦斯治理领域，特别是指一种瓦斯消除剂的制备方法及其应用。所述瓦斯消除剂的制备方法为先将豆秧密闭发酵，得到发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ，然后通过向垃圾填埋场表层土样加水和发酵气体Ⅰ，经发酵后收集发酵液Ⅱ，然后向发酵液Ⅱ中加入发酵液体Ⅰ和作物秸秆进行第二次发酵，收集发酵液Ⅲ，经稀释后得到的即为瓦斯消除剂。将瓦斯消除剂注入矿井中后10天后，瓦斯消减了54.42%，11天后瓦斯含量消减了79.59%，到22天后瓦斯消减了82.39%，与现有的通过化学方法消除甲烷的方法相比没有二次污染，安全、温和；利用了农作物废物，解决了农作物废物难处理的问题；清除瓦斯更为彻底；生产效率成倍提高。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯治理领域，特别是指一种瓦斯消除剂的制备方法及其应用。
背景技术
瓦斯的治理是一个世界性的难题，目前还没有根本解决瓦斯灾害的办法。因此，许多发达国家，为了减少事故的发生，禁止开采瓦斯涌出量大的矿井，而只开采瓦斯涌出量小的矿井。我国是一个发展中国家，能源十分紧缺，煤炭占我国能源总消耗量的70％以上，煤炭的产量直接影响国民经济的发展（朱旺喜等，2004）。这就导致了在我国只要有煤炭储备的地方，不管是低瓦斯还是高瓦斯矿区，都在积极地创造条件开矿。而我国的矿井之多，分布之广高居世界首位。我国所有煤矿均为瓦斯矿井，大中型煤矿中，高瓦斯矿井占20．34％突出矿井占19．77％（范启炜等，2003）。小型煤矿中，高瓦斯矿井占15％左右，这是造成瓦斯灾害较多的原因之一。
我国煤矿地质条件以及由此而形成的煤矿自身特点决定了现有瓦斯抽放技术的局限性。由于原始煤层瓦斯含量大，煤系地层煤层的原始透气性差，致使原始煤层预抽难以实施，而且效果甚差（卢平，2005）。几十年来，国内针对低滲透原始煤层瓦斯抽放研究实施过相当多的技术方案。如大直径密集钻孔抽放、水力冲孔、水力压裂、水力割缝等等，可以说几乎用尽了可以想到的技术方案，但原始煤层瓦斯抽放收效甚微，至今未能形成有效的原始低诱气煤层万斯抽地技术。且抽放出去的瓦斯如果释放到环境中，会对环境产生很大的不良确。有学者认为，甲烷是全球温室效应的第二大贡献者，在导致全球气候变暖方面，尽管在空气中甲烷含量较二氧化碳低，但每mol甲烷所起的作用比二氧化碳要大10-20倍（Conrad，1996； Gilbert，eal，198； Hanson et al，1996），据分析，所有人类活动造成的温室效应中，20％由甲烷引起（张福凯等，2004）。矿井的主要扇风机和通风网络的通风设计能力是有限的，在相当长的一段时期内是不变的，因而依靠通风排除瓦斯的能力也是一定的。随着向前据进，巷道逐渐加长，气流因摩擦阻力作用，所要求的风机功率和压头也越来越大。随着开采深度的不断增加，机械化程度的不断提高，开采强度的不断增强，瓦斯涌出量还会进一步増大。如果发生瓦斯突出，即瞬时有大量瓦斯涌出，再大的通风能力都无济于事。尤其对于瓦斯涌出量大的矿井，光靠通风瓦斯已经不能解决采据工作面的瓦斯超限问题。投入严重不足，安全基础海弱。我国煤矿的自然条件复杂，虽然我国煤矿的瓦斯灾害防治技术，如煤与瓦斯突出的预测及措施等处于世界先进水平，但防灾抗灾的安全仪表装备与国外相比差较大，致使监测瓦斯数据的准确性和可靠性不足。由于煤矿井下湿度过大及爆炸气体环境等原因，煤矿的自动化技术应用水平与其它行业相比要落后10-20年。
专利CN 102678159A公开了一种瓦斯消溶剂，其主要有效成分是醋酸和酵母，瓦斯的主要成分是甲烷，甲烷分子结构稳定不活跃，正常情况下不易与其它物质发生理化作用，只有在高温高压下才能与某些物质成分发生化学作用，井下采掘工作面很难形成高温条件，只有在高压的条件下借助催化剂助溶作用，才有可能促使甲烷与其它物质反应，因此想借助于化学反应消除甲烷在实际工作中是很难进行的；专利CN10343780A公开了一种瓦斯消溶剂的组配方法及使用方法，其主要组份为磺酸、啤酒、没食子酸、碳酸钴和拓普酵母浸膏，其主要是通过为煤层中的甲烷氧化菌提供养料促进其快速繁殖，进而将瓦斯分解成二氧化碳，这种方法局限性比较大，不一定所有的煤矿都含有甲烷氧化菌，在不含有甲烷氧化菌的煤矿工作面上，这种瓦斯消溶剂的作用大大减小甚至是没有作用。
瓦斯消除领域的基础研究薄弱、专业技术人才严重匮乏。为了防止煤矿瓦斯灾害事故的发生，煤矿安全科学技术研究主要集中在瓦斯灾害的防治措施方面，对瓦斯灾害事故的发生和发展机理研究不够，防治措施单一，综合配套能力差。职工队伍素质下降，不适应安全生产要求，安全责任不落实，管理不到位。所有这些因素都是导致我国煤矿瓦斯事故烦发的原因，制约着我国现有瓦斯灾害防治方法的有效实施。
发明内容
本发明提出一种瓦斯消除剂的制备方法及其应用，解决了现有煤炭开采过程中瓦斯事故频发，防治措施单一的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种瓦斯消除剂，所述瓦斯消除剂的制备方法为先将豆秧密闭发酵，得到发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ，然后通过向垃圾填埋场表层土样加水和豆秧的发酵气体Ⅰ，经发酵后收集发酵液Ⅱ，然后向发酵液Ⅱ中加入豆秧的发酵液体Ⅰ和作物秸秆进行第二次发酵，收集发酵液Ⅲ，经稀释后得到的即为瓦斯消除剂。
所述的瓦斯消除剂的制备方法，步骤如下：
（1）将豆秧常温常压条件下密闭发酵后，收集发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ；
（2）于不少于5年的生活垃圾填埋场取表层土样，加水后充入发酵气体Ⅰ，经培养收集形成的发酵液Ⅱ；
（3）向发酵液Ⅱ中加入发酵液体Ⅰ，然后加入新鲜的作物秸秆，转至密闭的发酵罐中，真空条件下发酵，得发酵液Ⅲ；
（4）将发酵液Ⅲ用水稀释至原体积的4-8倍，即得瓦斯消除剂。
所述步骤（1）中豆秧为黄豆、黑豆、绿豆或巴豆的成熟秧苗，湿度为60-70％；密闭发酵的时间为10-20天。
所述步骤（2）中生活垃圾填埋场符合《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-2008；垃圾填埋场取表层土样与发酵气体Ⅰ的添加比例为1:（100-1000）；水的体积为表层土样体积的10-100倍；培养温度为28-30℃、周期为50-70天。
所述步骤（3）中发酵液Ⅱ与发酵液体Ⅰ的体积比为（180-200）:1，作物秸秆的添加量为发酵液II与发酵液体I总量的1000倍；发酵时间为10-20天。
所述步骤（3）中作物秸秆的含水量为50-80%，作物秸秆为小麦、玉米、水稻、高粱或黄豆的茎叶。
经步骤（4）处理的残渣可作为生物有机肥还田。
所述的制备的瓦斯消除剂作为消除原始煤层瓦斯的应用，步骤如下：
a. 根据煤层透气性系数和煤层裂隙发育情况布置注水孔，确定单孔注水影响半径；
b. 打钻取煤样，分析治理区域煤层原始瓦斯含量和压力；
c. 钻孔施工结束后，利用高压注水封孔器和注水泵向煤体注稀释后的瓦斯消除剂；
d. 注水结束后关闭阀门，防止液体外流，待液体渗入煤体，封孔器自然泄压后，拔出封孔器，处理15-30天，完成原始煤层的瓦斯消除。
所述步骤c中瓦斯消除剂的质量浓度为15-25%。
本发明的有益效果在于：
1、经本发明的瓦斯消除剂处理的煤矿，原本需要抽放半年的，注入瓦斯消除剂以后可以在20-30可以达到安全生产标准（6t/m³），大大减少抽放的费用，原本抽放的时候需要大量用电，现在只有在注浆时需要少量电量。
2、本发明大大减少了危险，遇到高瓦斯突出的地方可以通过在旁边注入瓦斯消除剂，消除瓦斯，减少应力，形成安全生产区域，避免了矿井开采过程中大量的瓦斯释放到空气中，对空气造成严重的污染。
3、用于煤矿瓦斯的治理，可有效减少、减轻或清除瓦斯及其扩散，减少矿难，同时也为减轻温室效应做出贡献。瓦斯吸收剂也可适用于矿山施工、开掘隧道的瓦斯治理，虽已取得显著效果。
4、将瓦斯消除剂注入矿井中后10天后，瓦斯消减了54.42%，11天后瓦斯含量消减了79.59%，到22天后瓦斯消减了82.39%，与现有的通过化学方法消除甲烷的方法相比没有二次污染，安全、温和；利用了农作物废物，解决了农作物废物难处理的问题；清除瓦斯更为彻底；生产效率成倍提高。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
瓦斯消除剂的制备方法，步骤如下：
（1）将豆秧常温常压条件下密闭发酵10天，收集发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ；豆秧为黄豆、黑豆、绿豆或巴豆的成熟秧苗，湿度为60％。
（2）于10年的垃圾填埋场取表层土样（垃圾填埋场符合《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-2008），加入10倍体积的水，于28℃条件下，充入发酵气体Ⅰ，经50天培养，收集形成的发酵液Ⅱ；垃圾填埋场取表层土样与发酵气体Ⅰ的添加比例为 1：100。
（3）向发酵液Ⅱ中加入发酵液体Ⅰ，然后加入新鲜的作物秸秆，转至密闭的发酵罐中，真空条件下发酵10天，得发酵液Ⅲ；发酵液Ⅱ与发酵液体Ⅰ的体积比为180:1，作物秸秆的添加量为发酵II与发酵液体I总量的1000倍；作物秸秆的含水量为50%，作物秸秆为小麦、玉米、水稻、高粱或黄豆的茎叶。
（4）将发酵液Ⅲ用水稀释至原体积的4倍，即得瓦斯消除剂；处理得到的残渣可作为生物有机肥还田。
实施例2
瓦斯消除剂的制备方法，步骤如下：
（1）将豆秧常温常压条件下密闭发酵20天，收集发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ；豆秧为黄豆、黑豆、绿豆或巴豆的成熟秧苗，湿度为70％。
（2）于5年的垃圾填埋场取表层土样（垃圾填埋场符合《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-2008），加入10倍体积的水，于30℃条件下，充入发酵气体Ⅰ，经70天培养，收集形成的发酵液Ⅱ；垃圾填埋场取表层土样与发酵气体Ⅰ的添加比例为1：1000。
（3）向发酵液Ⅱ中加入发酵液体Ⅰ，然后加入新鲜的作物秸秆，转至密闭的发酵罐中，真空条件下发酵20天，得发酵液Ⅲ；发酵液Ⅱ与发酵液体Ⅰ的体积比为200:1，作物秸秆的添加量为 发酵II与发酵液体I总量的1000倍；作物秸秆的含水量为80%，作物秸秆为小麦、玉米、水稻、高粱或黄豆的茎叶。
（4）将发酵液Ⅲ用水稀释至原体积的8倍，即得瓦斯消除剂；处理得到的残渣可作为生物有机肥还田。
实施例3
瓦斯消除剂的制备方法，步骤如下：
（1）将豆秧常温常压条件下密闭发酵15天，收集发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ；豆秧为黄豆、黑豆、绿豆或巴豆的成熟秧苗，湿度为65％。
（2）于12年的垃圾填埋场取表层土样（垃圾填埋场符合《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-2008），加入50倍体积的水，于29℃条件下，充入发酵气体Ⅰ，经60天培养，收集形成的发酵液Ⅱ；垃圾填埋场取表层土样与发酵气体Ⅰ的添加比例为1：500。
（3）向发酵液Ⅱ中加入发酵液体Ⅰ，然后加入新鲜的作物秸秆，转至密闭的发酵罐中，真空条件下发酵15天，得发酵液Ⅲ；发酵液Ⅱ与发酵液体Ⅰ的体积比为190:1，作物秸秆的添加量为 发酵II与发酵液体I总量的1000倍；作物秸秆的含水量为65%，作物秸秆为小麦、玉米、水稻、高粱或黄豆的茎叶。
（4）将发酵液Ⅲ用水稀释至原体积的6倍，即得瓦斯消除剂；处理得到的残渣可作为生物有机肥还田。
应用例1
一、试验设备：
实验室设备型号：DGC-1瓦斯含量测定装置
注浆泵设备型号：BH-40/2.5煤矿用液压泵
二、试验地点:
1、6107进风顺槽口向掘进头方向300m处为1号孔。
1号孔：钻孔方位269 角度 -3° 孔深40m
试验过程：
2018年9月29日0、8点班，抽采队分别安排3人，使用ZDY-1200S型号钻机在6107进风顺槽施钻，钻杆为φ50mm长度为1m，钻头φ75mm（扩孔φ90mm，扩孔长度4.5m）；施工钻孔为1个，，钻孔深度40m。封口管为φ63mm，长度为4.5m的钢管，封口材料为囊袋式水泥封堵，长度4.5mm。测定1号孔原始瓦斯含量，注浆压力约2.5-3mpa。注入量约300 KG.注入时间约1.5小时。
2、6114进风顺槽口向掘进头方向25m处右侧为2号孔。
2号孔：钻孔方位 88 角度+3° 孔深40m
试验过程：
2018年10月6日4点、7号0点班，抽采队分别安排3人，使用ZDY-1200S型号钻机在6114进风顺槽施钻，钻杆为φ50mm长度为1m，钻头φ75mm（扩孔φ90mm，扩孔长度4.5m）；施工钻孔为1个，钻孔深度40m。封口管为φ63mm长度为4.5m的钢管，封口材料为囊袋式水泥封堵，长度4.5mm。测定2号孔原始瓦斯含量，注浆压力约2.5-3mpa。注入量约 450KG.注入时间约2小时。
三、试验结果：
1、2018年10月7日8点班，对6107进风顺槽1号钻孔进行验证，验证1号孔瓦斯含量与原始瓦斯含量对比下降比较明显，下降数值为1号孔12.207m³/t 。
2、2018年10月16日8点班，对6107进风顺槽2号钻孔进行验证，验证2号孔瓦斯含量与原始瓦斯含量对比下降比较明显，下降数值为2号孔10.0724m³/t 。
3、2018年10月17日8点班，对6114进风顺槽1号钻孔进行验证，验证1号孔下降比较明显，下降数值为18.7694m³/t。
4、2018年10月28日8点班，对6107进风顺槽2号钻孔进行验证，验证2号孔瓦斯含量与原始瓦斯含量对比下降比较明显，下降数值为2号孔15.2508m³/t。详见表1
注入后瓦斯含量增减对比表
由表1可知从10月6号将瓦斯消除剂注入矿井中后10天后，瓦斯消减了54.42%，11天后瓦斯含量消减了79.59%，到22天后瓦斯消减了82.39%，与现有的通过化学方法消除甲烷的方法相比没有二次污染，安全、温和；利用了农作物废物，解决了农作物废物难处理的问题；清除瓦斯更为彻底；生产效率成倍提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种瓦斯消除剂，其特征在于：所述瓦斯消除剂的制备方法为先将豆秧密闭发酵，得到发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ，然后通过向垃圾填埋场表层土样加水和发酵气体Ⅰ，经发酵后收集发酵液Ⅱ，然后向发酵液Ⅱ中加入发酵液体Ⅰ和作物秸秆进行第二次发酵，收集发酵液Ⅲ，经稀释后得到的即为瓦斯消除剂。
2.权利要求1所述的瓦斯消除剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将豆秧常温常压条件下密闭发酵后，收集发酵气体Ⅰ和发酵液体Ⅰ；
（2）于不少于5年的生活垃圾填埋场取表层土样，加水后充入发酵气体Ⅰ，经培养收集形成的发酵液Ⅱ；
（3）向发酵液Ⅱ中加入发酵液体Ⅰ，然后加入新鲜的作物秸秆，转至密闭的发酵罐中，真空条件下发酵，得发酵液Ⅲ；
（4）将发酵液Ⅲ用水稀释至原体积的4-8倍，即得瓦斯消除剂。
3.根据权利要求2所述的瓦斯消除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中豆秧为黄豆、黑豆、绿豆或巴豆的成熟秧苗，湿度为60-70％；密闭发酵的时间为10-20天。
4.根据权利要求2所述的瓦斯消除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中垃圾填埋场取表层土样与发酵气体Ⅰ的添加比例为1:（100-1000）；水的体积为表层土样体积的10-100倍；培养温度为28-30℃、周期为50-70天。
5.根据权利要求2所述的瓦斯消除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中发酵液Ⅱ与发酵液体Ⅰ的体积比为（180-200）:1，作物秸秆的添加量为发酵液II与发酵液体I总量的1000倍；真空发酵时间为10-20天。
6.根据权利要求2所述的瓦斯消除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中作物秸秆的含水量为50-80%，作物秸秆为小麦、玉米、水稻、高粱或黄豆的茎叶。
7.根据权利要求2所述的瓦斯消除剂的制备方法，其特征在于：经步骤（4）处理的残渣可作为生物有机肥还田。
8.权利要求1-7任一项所述的制备的瓦斯消除剂作为消除原始煤层瓦斯的应用，其特征在于，步骤如下：
a. 根据煤层透气性系数和煤层裂隙发育情况布置注水孔，确定单孔注水影响半径；
b. 打钻取煤样，分析治理区域煤层原始瓦斯含量和压力；
c. 钻孔施工结束后，利用高压注水封孔器和注水泵向煤体注稀释后的瓦斯消除剂；
d. 注水结束后关闭阀门，防止液体外流，待液体渗入煤体，封孔器自然泄压后，拔出封孔器，处理15-30天，完成原始煤层的瓦斯消除。
9.根据权利要求8所述的制备的瓦斯消除剂作为消除原始煤层瓦斯的应用，其特征在于：所述步骤c中瓦斯消除剂的质量浓度为15-25%。
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