CN111287770A - 一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，主要应用在具有片帮倾向性的大采高综采工作面煤壁，将由离心菌体湿细胞和离心菌体湿细胞载体配置好的混合制备修复液通过注浆钻孔注入到煤体中，并间断注入培养基。由于微生物在培养基中进行钙化作用，产生的具有固化作用的碳酸钙使煤壁中的裂隙粘结固化，大幅度提高采煤工作面易片帮煤体整体性和完整性。本发明可有效解决煤矿采煤工作面煤壁片帮问题，绿色、安全、高效，为具有片帮倾向的煤炭资源安全高效采出提供新途径。

Description

一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法
技术领域
本发明属于大采高综采工作面煤体片帮防治技术领域，具体涉及一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法。
背景技术
在大采高综合机械化采煤过程中，煤壁片帮是制约采煤工作面实现高产高效的瓶颈之一。随着工作面的回采，煤壁压力向工作面煤体内部转移，前方煤体遭到破坏并产生新的节理、裂隙，进而发生片帮失稳，影响生产进度并给井下作业人员带来巨大的安全隐患。现有的防煤壁片帮措施主要包括锚杆控制和马丽散注浆控制两种方式。在采煤工作面对煤壁打钻使用锚杆对煤体进行加固，工作量大、效率低且遇到破碎煤体实际控制效果不好；用马丽散注浆的方式防煤壁片帮，马丽散消耗用量大、所需成本高、对煤矿井下环境造成污染。
近年来采用微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)越来越受到工程技术人员的重视，这种技术是自然界广泛存在的一种生物诱导矿化作用，其中碳酸钙的析出主要依赖于微生物新陈代谢活动产生的二氧化碳、碱性条件以及环境中的钙离子，与urea水解作用产生的碳酸结合成碳酸钙进而起到矿化作用。针对上述内容，如何将煤壁片帮控制与微生物诱导碳酸钙沉淀技术有机结合，是实现煤炭资源安全开采要解决的技术难题之一。
发明内容
为了解决煤矿采煤工作面现有煤壁片帮防治措施上的不足，本发明提供了一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，该方法利用微生物沉积碳酸钙技术，通过微生物注浆装置将混合制备修复液和培养基注入煤壁，使微生物沉积碳酸钙填充、粘合煤壁裂缝，从而能够大幅度提高采煤工作面易片帮煤体整体性和完整性，使采煤工作更加安全、高效。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，根据注浆工序流程，该方法分为微生物注浆钻孔的施工、微生物修复液的制备和微生物注浆三个步骤，具体包括以下内容：
a.根据煤矿大采高综采工作面具体情况，选择具有片帮倾向的煤壁，使用钻机进行钻孔作业；
b.按照配置比例，在微生物注浆装置上将微生物和微生物载体泵送至混合制备修复液储存罐进行修复液配置；
c.将浆体注射枪插入煤壁钻孔中，按要求将由微生物和微生物载体配置好的微生物修复液注入煤壁中，并间断向煤壁中注入培养基；
d.反复进行b、c操作，直至工作面煤体完整性良好或微生物胶结液无法注入到煤壁中，停止注浆；
e.注浆完毕后，使用冲洗剂清洗输送泵、储存罐及管路附件。
本发明进一步的改进在于，所述步骤a的钻孔作业符合相关技术规范，保证注浆钻孔的质量。
本发明进一步的改进在于，所述步骤b微生物注浆装置包括微生物储存罐、微生物载体储存罐、混合制备修复液储存罐、培养基储存罐、注浆泵、控制阀及浆体输送管路；其中，微生物储存罐的出口和微生物载体储存罐的出口分别连通至混合制备修复液储存罐的入口，混合制备修复液储存罐的出口和培养基储存罐的出口分别连通至浆体注射枪的入口，微生物储存罐出口处的管道上设置有微生物储存罐控制阀、微生物储存罐压力表和微生物储存罐注浆泵，微生物载体储存罐出口处的管道上设置有微生物载体储存罐控制阀、微生物载体储存罐压力表和微生物载体储存罐注浆泵，混合制备修复液储存罐出口处的管道上设置有混合制备修复液控制阀，培养基储存罐出口处的管道上设置有培养基储存罐压力表。
本发明进一步的改进在于，微生物注浆装置所处的环境温度为15～35℃之间，注浆泵提供的压力不低于3MPa。
本发明进一步的改进在于，浆体输送管路均为高压胶管。
本发明进一步的改进在于，所述步骤b中的混合制备修复液由离心除掉已有生物酶后的离心菌体湿细胞与由urea和CaCl2成分组成的培养基和聚酯氨作为微生物载体包埋细胞的微生物载体组成，其中urea和CaCl2的物质的量为1：1。
本发明进一步的改进在于，使用离心分离去除掉已有的生物酶后的微生物配制的菌液，菌液浓度0D600＝1.2。
本发明进一步的改进在于，注浆时需用聚氨酯作为微生物载体包埋细胞。
本发明进一步的改进在于，urea和CaCl2混合液浓度一般依据煤体破碎情况而定，一般而言，控制urea浓度为0.1mol/L～0.5mol/L，CaCl2溶液浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。
本发明进一步的改进在于，所述的由微生物和微生物载体组成的微生物胶结液先注入煤壁，随后再间断性往煤壁中注入培养基。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明是在传统马丽散注浆加固煤壁的基础上提出的一种新型的提高煤体强度的方法，利用该方法可以主动提高大采高易片帮煤体的强度。与现有技术相比，有以下优点：
(1)利用微生物诱导碳酸钙沉积技术增加煤体强度，混合制备修复液到达煤体内裂隙或煤体空隙后进行钙化沉积，从而可以主动、持续加固煤体，使煤体裂隙愈合形成整体强度。
(2)混合制备修复液由离心除掉已有生物酶后的离心菌体湿细胞与由urea和CaCl2成分组成的培养基和聚酯氨作为微生物载体包埋细胞的微生物载体组成，安全绿色，不会对井下工作人员造成危害，不会对煤矿井下环境造成污染。
附图说明
图1是本发明的一个实施例结构布置图。
附图标记说明：
1、微生物储存罐，2、微生物载体储存罐，3、混合制备修复液储存罐，4、培养基储存罐，5、微生物储存罐控制阀，6、微生物载体储存罐控制阀，7、微生物载体储存罐压力表，8、微生物储存罐压力表，9、微生物储存罐注浆泵，10、微生物载体储存罐注浆泵，11、培养基储存罐压力表，12、混合制备修复液控制阀，13、浆体注射枪，14、煤壁，15、大采高综采工作面液压支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供的一种微生物注浆防治煤壁片帮的方法，其操作步骤主要包括将修复液制备，对具有片帮倾向煤体进行钻孔作业，将混合制备修复液和培养基注入煤体。本发明将微生物诱导碳酸钙沉积技术应用于大采高综采工作面片帮防治领域，利用微生物钙化提高煤壁的整体性和强度，从而使采煤工作更加安全高效。
本发明采用的微生物注浆装置包括微生物储存罐1、微生物载体储存罐2、混合制备修复液储存罐3、培养基储存罐4、注浆泵、控制阀及浆体输送管路；其中，微生物储存罐1的出口和微生物载体储存罐2的出口分别连通至混合制备修复液储存罐3的入口，混合制备修复液储存罐3的出口和培养基储存罐4的出口分别连通至浆体注射枪13的入口，微生物储存罐1出口处的管道上设置有微生物储存罐控制阀5、微生物储存罐压力表8和微生物储存罐注浆泵9，微生物载体储存罐2出口处的管道上设置有微生物载体储存罐控制阀6、微生物载体储存罐压力表7和微生物载体储存罐注浆泵10，混合制备修复液储存罐3出口处的管道上设置有混合制备修复液控制阀12，培养基储存罐4出口处的管道上设置有培养基储存罐压力表11。
图1示出了本发明一个较佳的实施例示意图，其中微生物注浆防治片帮方法的具体步骤如下：
1)选择采用大采高综采工作面液压支架15支撑的具有片帮倾向的大采高综采工作面煤壁14，合理选择钻孔位置，进行微生物注浆孔施工；所述的注浆孔深度为2m，钻孔间排距为1.5m×1.5m。
2)将离心菌体湿细胞装入微生物储存罐，聚氨酯装入微生物载体储存罐，含有urea和CaCl2成分的培养基装入培养基储存罐，打开微生物储存罐阀门、微生物载体储存罐阀门，启动压浆泵，把微生物及微生物载体按配置比例精确注入到混合制备修复液储存罐，注满后关闭压浆泵，关闭微生物储存罐阀门和微生物载体储存罐阀门。
3)打开注浆阀门，启动压浆泵，向煤壁中注入混合制备修复液。
4)关闭注浆阀门，打开注浆阀门，注入培养基储存罐，直至工作面煤体完整性良好或微生物胶结液无法注入到煤壁中，停止注浆。
在本实施例中，培养基中urea浓度为0.5mol/L，CaCl2溶液浓度为0.5mol/L，环境温度为25℃，注浆泵提供的压力不低于3MPa。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，根据注浆工序流程，该方法分为微生物注浆钻孔的施工、微生物修复液的制备和微生物注浆三个步骤，具体包括以下内容：
a.根据煤矿大采高综采工作面具体情况，选择具有片帮倾向的煤壁(14)，使用钻机进行钻孔作业；
b.按照配置比例，在微生物注浆装置上将微生物和微生物载体泵送至混合制备修复液储存罐进行修复液配置；
c.将浆体注射枪(13)插入煤壁(14)钻孔中，按要求将由微生物和微生物载体配置好的微生物修复液注入煤壁(14)中，并间断向煤壁(14)中注入培养基；
d.反复进行b、c操作，直至工作面煤体完整性良好或微生物胶结液无法注入到煤壁(14)中，停止注浆；
e.注浆完毕后，使用冲洗剂清洗输送泵、储存罐及管路附件。
2.根据权利要求1所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，所述步骤a的钻孔作业符合相关技术规范，保证注浆钻孔的质量。
3.根据权利要求1所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，所述步骤b微生物注浆装置包括微生物储存罐(1)、微生物载体储存罐(2)、混合制备修复液储存罐(3)、培养基储存罐(4)、注浆泵、控制阀及浆体输送管路；其中，微生物储存罐(1)的出口和微生物载体储存罐(2)的出口分别连通至混合制备修复液储存罐(3)的入口，混合制备修复液储存罐(3)的出口和培养基储存罐(4)的出口分别连通至浆体注射枪(13)的入口，微生物储存罐(1)出口处的管道上设置有微生物储存罐控制阀(5)、微生物储存罐压力表(8)和微生物储存罐注浆泵(9)，微生物载体储存罐(2)出口处的管道上设置有微生物载体储存罐控制阀(6)、微生物载体储存罐压力表(7)和微生物载体储存罐注浆泵(10)，混合制备修复液储存罐(3)出口处的管道上设置有混合制备修复液控制阀(12)，培养基储存罐(4)出口处的管道上设置有培养基储存罐压力表(11)。
4.根据权利要求3所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，微生物注浆装置所处的环境温度为15～35℃之间，注浆泵提供的压力不低于3MPa。
5.根据权利要求3所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，浆体输送管路均为高压胶管。
6.根据权利要求1所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，所述步骤b中的混合制备修复液由离心除掉已有生物酶后的离心菌体湿细胞与由urea和CaCl2成分组成的培养基和聚酯氨作为微生物载体包埋细胞的微生物载体组成，其中urea和CaCl2的物质的量为1：1。
7.根据权利要求6所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，使用离心分离去除掉已有的生物酶后的微生物配制的菌液，菌液浓度0D600＝1.2。
8.根据权利要求6所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，注浆时需用聚氨酯作为微生物载体包埋细胞。
9.根据权利要求6所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，urea和CaCl2混合液浓度一般依据煤体破碎情况而定，一般而言，控制urea浓度为0.1mol/L～0.5mol/L，CaCl2溶液浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。
10.根据权利要求6所述的一种微生物注浆加固煤体防治煤壁片帮的方法，其特征在于，所述的由微生物和微生物载体组成的微生物胶结液先注入煤壁，随后再间断性往煤壁中注入培养基。
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