CN110017163B - 利用微生物治理煤矿瓦斯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，利用可降解甲烷的微生物来消除煤矿中的瓦斯。具体而言，所述可降解甲烷的微生物为甲基营养嗜甲基菌(Methylophilus methylotrophus)。本发明的方法将常规煤矿回采中的钻孔注水改为注入可降解甲烷的微生物的培养液，降解煤体内的瓦斯，降低瓦斯浓度，使得不需要进行瓦斯抽采和排放操作，显著减少人力消耗，降低作业成本，提高采矿安全性。

Description

利用微生物治理煤矿瓦斯的方法
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯处理技术领域，具体涉及一种利用微生物治理煤矿瓦斯的方法。
背景技术
瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，有时单独指甲烷。瓦斯是一种无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，难溶于水，扩散性较空气高。瓦斯无毒，但浓度很高时，会引起窒息。开采煤层时，煤体受到破坏或采动影响，贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象称为瓦斯涌出。据报道，全世界大量重特大煤矿安全事故为瓦斯引起的爆炸、窒息等事故。此外，近年来地下工程(隧道、地下空间)过含煤、含瓦斯地层或区域导致的伤亡事故也数量众多。
煤矿行业在治理瓦斯问题上，基本围绕着其物理性质展开，对瓦斯主要采取避、驱、排等策略，并围绕这几点展开了大量的工作。比如行业相关规程中制订了十二字瓦斯治理方针“先抽后采、监测监控、以风定产”，同时还规定了“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯综合治理“十六字”工作体系，希望利用抽排瓦斯实现防止爆炸、窒息事故而最终实现安全采煤的目标。但随着这些年我国采掘速度加快，采深加大，导致地应力不断增加，煤层透气性系数不断降低，瓦斯抽采、排放越来越困难。加之抽放时间长、效率低、浪费大量人力物力而效果并不明显，严重制约着煤矿的安全生产。
因此，业内需要新的消除煤矿瓦斯的方法，来代替或辅助现有的瓦斯抽采工艺。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，以解决上述技术问题。
本发明提供一种利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，利用可降解甲烷的微生物来消除煤矿中的瓦斯。具体而言，所述可降解甲烷的微生物为甲基营养嗜甲基菌(Methylophilus methylotrophus)。
具体而言，本发明是利用甲基营养嗜甲基菌的培养液来治理煤矿瓦斯。所述培养液以甲烷为碳源，以硝酸钠和溴化铵为氮源，pH值为5.5-7.0，Fe2+的浓度0.2-0.3mg/L、Cu2+浓度0.04-0.06mg/L。
具体而言，本发明的方法包括以下步骤：
(1)资料收集，收集所治理矿井的资料并进行分析，收集的资料包括煤层突出历史、突出特征、井下现场考察煤层节理、裂隙情况、煤岩层的岩性、厚度及物理力学性质。
(2)瓦斯参数测定，瓦斯参数包括K1值、孔内瓦斯浓度和煤层硬度f值。根据矿井资料和瓦斯情况计算所需的甲基营养嗜甲基菌培养液的浓度和数量。
(3)培养液制备，根据上述计算结果制备甲基营养嗜甲基菌培养液。
(4)钻孔注液，根据上述分析结果在煤体中的适当位置钻出注液孔，钻孔后安装封孔器，将甲基营养嗜甲基菌培养液加入储料罐，调制压力，采用中低压长时间注入培养液，待培养液反应之后，泄压并取出封孔器。
(5)瓦斯参数测定，测定回风瓦斯浓度，并测定吨煤瓦斯含量、瓦斯压力和K1值。
本发明的有益效果在于：
1、将常规煤矿回采中的钻孔注水改为注入可降解甲烷的微生物的培养液，降解煤体内的瓦斯，降低瓦斯浓度，使得不需要进行瓦斯抽采和排放操作，显著减少人力消耗，降低作业成本，提高采矿安全性。
2、在注液过程中严格控制注液压力，采用中低压长时间注液，以保证水较大程度的渗入煤体，既缓解地应力，减少突出危险性，又防止煤层底板背压穿后底板泥岩遇水泥浆化，造成孔道堵塞。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
在山东某煤矿，采用从美国模式菌种收集中心(ATCC)获得的甲基营养嗜甲基菌(ATCC39866AS1FtrpR)进行瓦斯治理。
首先收集该矿已有的资料，包括收集有关煤层突出历史和突出特征等基本情况。发现该煤矿高陡构造区，断层密集，水平应力较高，煤体破坏严重，坚固性系数f值仅为0.4，煤体抗压强度为3-4MPa，煤层含水量极低，粘结性特差，造成煤层瓦斯突出现象较多。
现场实测发现，瓦斯含量最大为16.84m3/t，瓦斯压力高达4MPa，煤层极限吸附量为28.7m3/t.r，而煤层的透气性系数只有(0.9-2.3)×10-4mD。
该煤矿实际控制面积为952m2，煤层厚度为约3.6m，容重为1.67t/m3，设计控制煤量约为3524吨煤。目前瓦斯含量为约27m3/t。按7％的量接种后的甲基营养嗜甲基菌培养液与瓦斯的体积比例1:1700，计算出该煤矿大约需要甲基营养嗜甲基菌培养液41.3吨。
采用784AMS培养基配制甲基营养嗜甲基菌培养液，pH值为6.0，Fe2+浓度为0.25mg/L，Cu2+浓度为0.05mg/L。配制45吨甲基营养嗜甲基菌培养液并发酵3天后使用。
布置4个注液钻孔，分别位于巷道两帮的0.5m处，终孔位置控制在巷道中线对应两边各5m处。根据煤层底板条件，在煤层0.7m至其底板泥岩1.5m范围内安装封孔器并固定。操作人员将配置好的培养液加入储料罐。启动加压注射泵，以12MPa的注液压力向煤体中注入培养液，并根据水量计监控注入量，注液时间为约26小时。如果在最高注液压力下1小时内注液量不足10L即停止注液。注液完成后将封孔器膨胀封孔，使培养液中的甲基营养嗜甲基菌与煤层内的瓦斯反应。约7天后，反应完成，泄压并取出封孔器。
使用GJC4型甲烷浓度检测仪(徐州科安安全设备有限公司)监控瓦斯浓度，使用MD-2煤钻屑瓦斯解析仪(郑州华致科技有限公司)和HCA-1型高压容量法瓦斯吸附装置(郑州华致科技有限公司)测定吨煤瓦斯含量、瓦斯压力和K1值。
通过井下实验观测与分析，本实施例的甲基营养嗜甲基菌能够显著降低所治理煤矿的回风瓦斯浓度、吨煤瓦斯含量、煤层瓦斯压力和钻屑瓦斯解析指标K1值。回风瓦斯浓度降低了85.16％，吨煤瓦斯含量降低了43.29％，平均瓦斯压力下降了约69.6％，钻屑瓦斯解析指标K1值降低了约71.25％。
尽管结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，其特征在于，利用可降解甲烷的微生物来消除煤矿中的瓦斯；
所述可降解甲烷的微生物为甲基营养嗜甲基菌Methylophilusmethylotrophus，甲基营养嗜甲基菌的保藏编号为ATCC39866AS1FtrpR；
所述的利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，利用甲基营养嗜甲基菌的培养液来治理煤矿瓦斯，所述培养液以甲烷为碳源，以硝酸钠和溴化铵为氮源，pH值为5.5-7.0，Fe2+的浓度0.2-0.3mg/L、Cu2+浓度0.04-0.06mg/L。
2.根据权利要求1所述的利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)资料收集，收集所治理矿井的资料并进行分析；
(2)瓦斯参数测定，根据矿井资料和瓦斯情况计算所需的甲基营养嗜甲基菌培养液的浓度和数量；
(3)培养液制备，根据上述计算结果制备甲基营养嗜甲基菌培养液；
(4)钻孔注液，根据上述分析结果在煤体中的适当位置钻出注液孔，以适当压力向注液孔中注入所制备的甲基营养嗜甲基菌培养液；
(5)瓦斯参数测定，测定注液后的煤体瓦斯参数。
3.根据权利要求2所述的利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，其特征在于，在步骤(1)中，收集的资料包括煤层突出历史、突出特征、井下现场考察煤层节理、裂隙情况、煤岩层的岩性、厚度及物理力学性质。
4.根据权利要求2所述的利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，其特征在于，在步骤(2)中，瓦斯参数包括K1值、孔内瓦斯浓度和煤层硬度f值。
5.根据权利要求2所述的利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，其特征在于，步骤(4)包括钻孔后安装封孔器，将甲基营养嗜甲基菌培养液加入储料罐，调制压力，采用中低压长时间注入培养液，待培养液反应之后，泄压并取出封孔器。
6.根据权利要求2所述的利用微生物治理煤矿瓦斯的方法，其特征在于，在步骤(5)中，测定回风瓦斯浓度，并测定吨煤瓦斯含量、瓦斯压力和K1值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1978866A (zh) * 2005-11-30 2007-06-13 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种降低煤矿瓦斯含量的生物控制方法及装置
CN103437804A (zh) * 2013-08-29 2013-12-11 刘正魁 一种用甲烷氧化菌消除瓦斯的溶液组配方法及使用方法
CN107619840A (zh) * 2017-11-06 2018-01-23 河南理工大学 废弃矿井注入生物质与遗煤协同代谢产甲烷工艺
CN108977245B (zh) * 2018-07-11 2020-07-21 太原理工大学 一种矿井采空区瓦斯的好氧与厌氧微生物联合治理系统和方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《甲烷氧化菌降解煤矿中瓦斯的研究进展》;江梅等;《东北亚学术论坛 2018研讨会专刊》;20180815;第318-323页 *

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