CN110529181A - 一种抑制矿井再生瓦斯源的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿井瓦斯抑制技术领域，公开了一种抑制矿井再生瓦斯源的方法，技术来源于对相关低瓦斯矿井由于硫溴含量高，pH值低，只产二氧化气体不产甲烷的成因研究信息，所述抑制矿井再生瓦斯源的方法包括：按一定的比例配制含S2‑离子、Br‑离子的酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的混合水或低瓦斯矿井排出的矿井水(pH<4.0)，直接给可采煤层中注入一定量的S2‑离子、Br‑离子的混合酸性水；S2‑离子、Br‑离子剥离煤层中碳氢化合物(CnHn+m)的亚甲基(‑CH2)和甲基(‑CH3)里的H元素而成为游离态的H+离子。本发明可以更好地处理吸收了H+离子水的问题；能更好地节约成本，以及达到资源的最大化利用。
Description
技术领域
本发明属于矿井瓦斯抑制技术领域，尤其涉及一种抑制矿井再生瓦斯源的方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：现如今暂时没有抑制矿井再生瓦斯源的方法。许多方法只是抑制瓦斯爆炸或者排出瓦斯，抑制爆炸为主，有惰性气体抑制、气-固混合抑制，还有纳米粉体抑制等。但是这些方法均只是抑制所存在瓦斯，使其稳定，不能达到完全抑制和瓦斯再生，并不能根本的解决瓦斯源再生。本方法能有效的解决矿井再生瓦斯，更好地解决瓦斯再生的问题，相应地保障井下工人们的生命财产安全。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)依据需抑制的范围和煤层厚度计算吸收用水量Q＝S(抑制区域面积)·M(真厚度)·d(密度)，并确定其矿区的需求量；
(2)H+离子的溶解率小；
(3)排出的水采用碱片中和；
(4)溶液配制比例与低瓦斯矿井环保处理方式比例相同。
解决上述技术问题的难度：
吸收用水量如何确定需要合理利用实验所收集到的数据来进行判断，H+离子溶解率也需要进一步根据实验及当地具体情况确定。不同的地区所收集到的数据可能不同，使用该方法排出的水，处理起来不太困难，但是需要看吸收用水量来确定具体的处理方法。确定溶液配制比例还需要针对不同地区采取不同的配比浓度。
解决上述技术问题的意义：解决了以上问题，对不同大小矿田的吸收水量的需求及使用规模会有具体的计算量与效益值，才能更好地吸收不同煤层中的H+离子，以及更好地处理吸收了H+离子的水环保无污染的排放。混合液的配比的确定能更好地节约成本，以及达到资源的最大化利用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种抑制矿井再生瓦斯源的方法。
本发明是这样实现的，一种抑制矿井再生瓦斯源的方法，所述抑制矿井再生瓦斯源的方法包括：
步骤一，按一定的比例配制含S2-离子、Br-离子的酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的混合水，直接给可采煤层中高压注入一定量的S2-离子、Br-离子的混合酸性水或低瓦斯矿井排出的矿井水(pH<4.0)；
步骤二，S2-离子、Br-离子剥离煤层中碳氢化合物(CnHn+m)的亚甲基(-CH2)和甲基(-CH3)里的H元素而成为游离态的H+离子。因为H+离子与所注入煤层混合酸性水中的S2-离子、Br-离子化合，自然生成H2S和HBr。因H2S、HBr又易溶于水，则会随矿井水流带走；被剥离了H元素的亚甲基(-CH2)和甲基(-CH3)，加之H+离子量锐减，在采煤环境条件下，就很难形成CH4。
进一步，所述步骤一中，配制含S2-离子、Br-离子的混合酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的水，并合理根据现场条件及环境配置比例及溶液中溶质。
进一步，所述步骤一中，直接给可采煤层中高压注入一定量的含S2-离子(10％)、Br-离子(40％)的混合酸性水或低瓦斯矿井排出的矿井水(pH<4.0)；需注意，根据煤层厚度控制吸收用水量，尽量有合理的通道，收集吸收完H+的复杂酸性水。
进一步，所述步骤二中，待吸收完成后收集并处理复杂酸性水，抑制矿井再生瓦斯源。
进一步，所述步骤一中，S2-离子、Br-离子酸性水配置方法包括：
第一步，采用大量程有刻度的容器，前往烧砖窑厂取脱硫塔里的混合水2000ml，然后随机从混合水中采取两份500ml的混合水样，各装入有刻度的烧杯，分别贴上S2-离子和Br-离子检测的标签；
第二步，分别检测两个烧杯里是否存在S2-离子和Br-离子；往贴有S2-离子混合液的烧杯里，分别①加入盐酸，产生臭鸡蛋气味的气体，且该气体可以使湿润的Pb(NO3)2试纸变黑；②加入Pb(NO3)2溶液或CuSO4溶液，生成黑色的沉淀(PbS或CuS)；再往贴有Br-离子混合液的烧杯里，①加入AgNO3溶液，生成淡黄色沉淀AgB)，该沉淀不溶于稀硝酸；②加入氯水后振荡，滴入少许四氯化碳，四氯化碳下层呈橙红色；若关于S2-离子或Br-离子的这两种常见阴离子检验方法效果明显的话，说明该混合液含有大量的S2-离子或Br-离子；
第三步，若发现脱硫塔里的混合水S2-离子或Br-离子不活跃或浓度低，加入一定量的S2-离子、Br-离子溶液，配制成含S2-离子(10％)、Br-离子(40％)的瓦斯源抑制液；
最后，使用pH试剂纸，测试所采容器内另外1000ml混合水，pH是否达到4.0以下。
本发明的另一目的在于提供一种所述抑制矿井再生瓦斯源的方法使用的反应釜，所述反应釜内垫入钢筛并放在注水口附近处，盖紧密封盖，用导气管连接排气孔，导气管另一端通入分离器并直通水底，吸收反应生成溶于水的物质；瓦斯通过另一根没有接触水面的导气管出去，导气管另一端与瓦斯报警器连接，测量瓦斯产生。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：由煤化实验可确定煤中含有溴元素，因溴会与氢产生化学反应，即C2+Br+2H2O＝CO2+HBr+(-CH3)。通过加成反应和过氧化反应制成了大量的-CH3、-CH2(甲基、亚甲基)、HBr、Br、C、CH等物质。这些物质又在温室效应中向溴丙烷(CH3CH2CH2Br)和溴乙烷(C2H5Br)等吸附瓦斯转化。这是采煤过程中矿井瓦斯源形成的简单过程。抑制矿井瓦斯源的方法就是反其道而行之，给可采煤层中注入一定量的S2-离子、Br-离子的混合酸性水，将煤层中的H+剥离，形成H2S和HBr，消耗95％以上的H+含量和浓度。当溶液有效地带走煤层中的H+后，亚甲基和甲基在失去H+之后很难再形成瓦斯(CH4)，能够有效地抑制矿井再次产生瓦斯，给井下工人创造一个良好的工作环境，保护井下工人们的生命财产安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的抑制矿井再生瓦斯源的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的抑制矿井再生瓦斯源的方法的效果图。
图3是本发明实施例提供的自行设计反应釜结构示意图；
图中：(a)为自行设计反应釜实物图；(b)为自行设计反应釜结构示意图。
图4是本发明实施例提供的瓦斯警报器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的技术方案作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的抑制矿井再生瓦斯源的方法包括以下步骤：
S101：按一定的比例配制含S2-离子、Br-离子的酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的混合水，直接给可采煤层中高压注入一定量的S2-离子、Br-离子的混合酸性水或低瓦斯矿井排出的矿井水(pH<4.0)；
S102：S2-离子、Br-离子剥离煤层中碳氢化合物(CnHn+m)的亚甲基(-CH2)和甲基(-CH3)里的H元素而成为游离态的H+离子。因为H+离子与所注入煤层混合酸性水中的S2-离子、Br-离子化合，自然生成H2S和HBr。因H2S、HBr又易溶于水，则会随矿井水流带走；被剥离了H元素的亚甲基(-CH2)和甲基(-CH3)，加之H+离子量锐减，在采煤环境条件下，就很难形成CH4。
所述步骤S101中，配制含S2-离子、Br-离子的混合酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的水，并合理根据现场条件及环境配置比例及溶液中溶质。
所述步骤S101中，直接给可采煤层中高压注入一定量的含S2-离子(10％)、Br-离子(40％)的混合酸性水或低瓦斯矿井排出的矿井水(pH<4.0)；需要注意的是，要根据煤层厚度控制吸收用水量，尽量有合理的通道，方便收集吸收完H+的复杂酸性水。
所述步骤S102中，待吸收完成后收集并处理复杂酸性水，达到抑制矿井再生瓦斯源。
S2-离子、Br-离子酸性水配置方法包括：
第一步，采用大量程有刻度的容器，前往烧砖窑厂取脱硫塔里的混合水2000ml，然后随机从混合水中采取两份500ml的混合水样，各装入有刻度的烧杯，分别贴上S2-离子和Br-离子检测的标签；
第二步，分别检测两个烧杯里是否存在S2-离子和Br-离子；往贴有S2-离子混合液的烧杯里，分别①加入盐酸，产生臭鸡蛋气味的气体，且该气体可以使湿润的Pb(NO3)2试纸变黑；②加入Pb(NO3)2溶液或CuSO4溶液，生成黑色的沉淀(PbS或CuS)；再往贴有Br-离子混合液的烧杯里，①加入AgNO3溶液，生成淡黄色沉淀AgB)，该沉淀不溶于稀硝酸；②加入氯水后振荡，滴入少许四氯化碳，四氯化碳下层呈橙红色；若关于S2-离子或Br-离子的这两种常见阴离子检验方法效果明显的话，说明该混合液含有大量的S2-离子或Br-离子；
第三步，若发现脱硫塔里的混合水S2-离子或Br-离子不活跃或浓度低，加入一定量的S2-离子、Br-离子溶液，配制成含S2-离子(10％)、Br-离子(40％)的瓦斯源抑制液；
最后，使用pH试剂纸，测试所采容器内另外1000ml混合水，pH是否达到4.0以下。
本发明实施例提供的抑制矿井再生瓦斯源的方法在煤层中产生CH4的多少与煤体中S2-离子、Br-离子的多少有关，而S2-离子、B-离子与H+离子有直接关系。按一定的比例配制含S2-离子、Br-离子的酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的混合水，直接给可采煤层中注入一定量的S2-离子、Br-离子的混合酸性水；S2-离子、Br-离子剥离煤层中碳氢化合物(CnHn+m)的亚甲基(-CH2)和甲基(-CH3)里的H元素而成为游离态的H+离子。因为H+离子与所注入煤层混合酸性水中的S2-离子、Br-离子化合，自然生成H2S和HBr。因H2S、HBr又易溶于水，则会随矿井水流带走；被剥离了H元素的亚甲基(-CH2)和甲基(-CH3)，加之H+离子量锐减，在采煤环境条件下，就很难形成CH4。这就是抑制再生瓦斯源形成的方法。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
未加混合酸性水时煤中瓦斯存在试验：
在一种密闭的反应釜(图3(a))里加入煤和水，并对其进行加热，观察试验过程中是否有瓦斯生成。在自行设计反应釜(图3(b))(实验前需将反应釜冲洗干净，以免影响结果)里面加入适量煤，然后加水待注水口溢出水时停止加水。为了避免水与煤样直接接触，在自行设计反应釜内垫入钢筛并放在注水口附近处，盖紧密封盖，用导气管1连接排气孔，导气管1另一端通入分离器(装置2)并直通水底，用来吸收反应生成溶于水的物质。瓦斯不溶于水，可以通过另一根没有接触水面的导气管2出去，导气管2另一端与瓦斯报警器连接，用来测量瓦斯产生。
先在自行设计反应釜垫入钢筛(防止煤与水直接接触)，然后在注水孔向自行设计反应釜中加水500g，接着放入2kg煤样，盖好密封盖。将自行设计反应釜恒温加热，温度大概在800℃左右。这时气体从自行设计反应釜中送入气水与溴元素分离器(装置2)中，从分离器中插入钢管2，将气导入装有甲烷报警器的气袋中，检查甲烷。
实验过程中没过5min需向反应釜中加水500g，以免影响实验进程。瓦斯警报器(图4)读数将发生变化。
反之，试验煤中注入混合酸性水后，煤中瓦斯源被抑制试验：
通过模拟相似实验来验证抑制瓦斯的生成问题，在一种密闭的反应釜(图3)加入先在反应釜垫入钢筛，然后在注水孔向自行设计反应釜中注入适量的含S2-离子(10％)、Br-离子(40％)的混合酸性水或低瓦斯矿井排出的矿井水(pH<4.0)，接着放入2kg煤样，盖好密封盖。然后并对其进行加热，以此来证明再生瓦斯被抑制的现象。
瓦斯不溶于水，可以通过另一根没有接触水面的导气管的另一端与瓦斯报警器连接(图4)。
实验过程中需不断地向自行设计反应釜加混合酸性水，瓦斯警报器读数变化如表1所示。
表1瓦斯警报器读数
从表1可看出，瓦斯报警器显示，其在实验进行2h左右读数达到最大，为28.63。之后读数随着时间推移，会变得越来越小。当实验进行了2.5h左右时，读数逐渐趋于0，说明不再产生瓦斯，再生瓦斯源被抑制住了。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种抑制矿井再生瓦斯源的方法，其特征在于，所述抑制矿井再生瓦斯源的方法包括：
第一步，按一定的比例配制含S2-离子、Br-离子的酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的混合水，直接给可采煤层中高压注入一定量的S2-离子、Br-离子的混合酸性水或低瓦斯矿井排出的矿井水，pH<4.0；
第二步，S2-离子、Br-离子剥离煤层中碳氢化合物CnHn+m的亚甲基-CH2和甲基-CH3里的H元素而成为游离态的H+离子；因为H+离子与所注入煤层混合酸性水中的S2-离子、Br-离子化合，自然生成H2S和HBr；被剥离了H元素的亚甲基-CH2和甲基-CH3，加之H+离子量锐减，在采煤环境条件下，很难形成CH4。
2.如权利要求1所述的抑制矿井再生瓦斯源的方法，其特征在于，所述步骤一中，配制含S2-离子、Br-离子的混合酸性水或取自烧砖窑厂内脱硫塔里的水，并合理根据现场条件及环境配置比例及溶液中溶质。
3.如权利要求1所述的抑制矿井再生瓦斯源的方法，其特征在于，所述步骤一中，直接给可采煤层中高压注入含10％S2-离子、40％Br-离子的混合酸性水或低瓦斯矿井排出的矿井水，pH<4.0；根据煤层厚度控制吸收用水量，、收集吸收完H+的复杂酸性水。
4.如权利要求1所述的抑制矿井再生瓦斯源的方法，其特征在于，所述步骤二中，待吸收完成后收集并处理复杂酸性水，抑制矿井再生瓦斯源。
5.如权利要求1所述的抑制矿井再生瓦斯源的方法，其特征在于，所述步骤一中，S2-离子、Br-离子酸性水配置方法包括：
第一步，采用、有刻度的容器，、取脱硫塔里的混合水2000ml，然后随机从混合水中采取两份500ml的混合水样，各装入有刻度的烧杯之中，分别贴上S2-离子和Br-离子检测的标签；
第二步，分别检测两个烧杯里是否存在S2-离子和Br-离子；往贴有S2-离子混合液的烧杯里，分别①加入盐酸，产生臭鸡蛋气味的气体，且该气体可以使湿润的Pb(NO3)2试纸变黑；②加入Pb(NO3)2溶液或CuSO4溶液，生成黑色的沉淀PbS或CuS；再往贴有Br-离子混合液的烧杯里，①加入AgNO3溶液，生成淡黄色沉淀AgB，该沉淀不溶于稀硝酸；②加入氯水后振荡，滴入少许四氯化碳，四氯化碳下层呈橙红色；若关于S2-离子或Br-离子的这两种常见阴离子检验方法效果明显的话，说明该混合液含有大量的S2-离子或Br-离子；
第三步，若发现脱硫塔里的混合水S2-离子或Br-离子不活跃或浓度低，加入一定量的S2-离子、Br-离子溶液，配制成含10％S2-离子、40％Br-离子的瓦斯源抑制液；
最后，使用pH试剂纸，测试所采容器内另外1000ml混合水，pH是否达到4.0以下。
6.一种如权利要求1所述抑制矿井再生瓦斯源的方法使用的反应釜，其特征在于，所述反应釜内垫入钢筛并放在注水口附近处，盖紧密封盖，用导气管连接排气孔，导气管另一端通入分离器并直通水底，吸收反应生成溶于水的物质；瓦斯通过另一根没有接触水面的导气管出去，导气管另一端与瓦斯报警器连接，测量瓦斯产生。
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