一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统及方法，通过微生物培养装置培养高耗氧且生存能力强的微生物，再由多分支井下放抽采管、注氮管、抽液管和培养液注入管，将微生物与制氮装置所制备的氮气混合空气由注氮管注入老空区，通过培养液注入管路将微生物培养液注入老空区，120h后，待检测老空区内氧含量达到10%以下后，通过抽液管抽采矿井水跟微生物培养液，再通过抽采管抽采煤层气。抽采过程中通过传感器实时监测老空区各项指标性气体含量。该系统在抽采煤层气之前，通过高耗氧微生物快速消耗老空区内氧气含量，有效地防止了煤层气抽采过程中煤氧化自燃或瓦斯爆炸事故的发生，从而实现了老空区煤层气资源的安全开采。源的安全开采。源的安全开采。

【技术实现步骤摘要】
一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统及方法，属于防灭火


技术介绍

[0002]由于长期高强度开采，我国存在着数量众多的老空区。瓦斯作为一种较强烈的温室气体，破坏性极大。瓦斯气体造成的温室效应约为二氧化碳的25~72倍，老空区瓦斯可以通过封闭性较差的井口甚至地表裂缝扩散到大气中，从而加速全球气候变暖，导致物种灭绝、生态环境大规模变迁等全球性问题愈发严重。同时，瓦斯也是一种洁净、优质的能源和化工原料，作为一种清洁能源，可以“变废为宝”，对其进行开发可有效缓解我国天然气供应量不足的局面，改善我国能源结构。因此，无论从环境保护还是从资源利用的角度来看，都应该对老空区煤层气进行抽采利用。
[0003]然而我国煤矿老空区煤层气地面抽采尚处于起步阶段，自2011年以来，对于老空区煤层气的抽采才逐渐获得较大关注。鉴于我国煤矿采空区处理方式，目前我国老空区煤层气以地面抽采为主。为数不多的现场工程实践发现：由于受煤矿地质条件、开采方式、瓦斯赋存条件等的影响，老空区煤层气地面抽采过程中容易受遗煤自燃影响，进而严重影响老空区煤层气的安全高效抽采。
[0004]有效预防老空区煤层气抽采过程中遗煤自燃是老空区煤层气地面安全抽采的重要课题。中国专利CN106761887B公布了一种煤矿采空区灭火装置。上述装置为煤矿采空区火灾发生后快速扑灭做出了重要的探索。然而，上述专利适用于生产矿井采动采空区，即采空区内人员和相关设备可利用井下巷道可到达的工况。然而老空区防灭火属于矿井闭坑后全封闭空间内的防灭火，其内部不具备人员和设备可由井下巷道到达的实际情况，其防灭火与生产矿井采动采空区存在本质的区别。
[0005]同时，中国专利CN106761887B中装置虽然可以达到较为高效的灭火效果，但此灭火过程中，火源、高温已经对采空区煤层气的抽采造成影响，严重的会导致设备的损坏、威胁人员的安全。矿井关闭后老空区内没有生产人员，各种灭火设备不可由矿井原有巷道、硐室运输到老空区内部，因此，现有的采动采空区灭火技术无法应用到老空区防灭火中，当前老空区防灭火措施尚处于空白状态。因此，需要设计老空区地面抽采条件下的防灭火系统，以保证老空区煤层气的安全高效抽采。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在建立老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统及方法，针对自燃倾向性较强的老空区，在预防老空区自然发火的前提下，使老空区煤层气得到安全高效的开采，同时充分地保障煤层气抽采的过程中人员、设备的安全。进而提出了建立老空区地面抽采条件下微生物防火系统及方法，解决了部分矿井在老空区煤层气抽采过程中容易引发的煤炭自燃、瓦斯爆炸等事故的问题。
[0007]本专利技术是采用以下技术方案实现的：本专利技术设计了一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统，它包括多分支井、瓦斯抽采装置、瓦斯抽采管、阀门Ⅲ、培养液注入管、阀门Ⅳ、制氮装置、注氮管、阀门Ⅱ、微生物培养装置、混合处理装置、阀门Ⅰ、三通Ⅰ、三通Ⅱ、温度传感器、甲烷传感器、CO传感器、信号传输装置、地面中心站、密封装置、四通、抽液管、阀门
Ⅴ
，所述的多分支井钻设位置位于老空区边界煤柱上方地面，垂直段距离老空区边界30~40m，造斜点Ⅰ、Ⅲ位于边界煤柱上方60~80m处；瓦斯抽采管、培养液注入管、注氮管分别通过多分支井下放至老空区裂隙带上部边界处，待水平段施工完成之后，即在多分支井水平段内每隔50m布置温度传感器、甲烷传感器、CO传感器，通过信号传输装置与地面中心站连接，造斜点Ⅱ、Ⅳ位于老空区底板上方20m处，造斜段末端伸入老空区底板下方2m，将抽液管通过多分支井下放至老空区底板处；在地面井口处布设密封段，多分支井口与四通相连，四通的一端连接三通Ⅱ（三通Ⅱ的一侧依次连接阀门Ⅳ，培养液注入管，另一侧依次连接阀门
Ⅴ
，抽液管）；一端依次连接阀门Ⅲ、瓦斯抽采管、瓦斯抽采装置；一端连接三通Ⅰ（三通Ⅰ的一侧依次连接阀门Ⅰ、混合处理装置，混合处理装置分别与制氮装置、微生物培养装置连接，另一侧依次连接阀门Ⅱ、制氮装置）。上述系统中所述的微生物培养装置所培养的微生物为高耗氧型微生物，生存能力强且具备一定耐热性，其耐受温度在30~60℃之间，组成可选取硫氧化菌中的化能营养菌。
[0008]培养液注入管内的微生物培养液组成为：KH2PO
4 0.30~0.50g/L；MgCl
2 0.10~0.14g/L；NaCl 8~12g/L；NH4Cl 0.04~0.06g/L；A5 元素液 0.8~1.2 mL/L； pH 6.5
–
7.0；待灭菌完毕（此处所述的灭菌是指在调制培养液时消灭该过程中混入的其他杂菌，避免干扰培养过程），加入 NaHCO
3 0.15~0.25g/L； FeCl
2 0.005~0.010g/L； Na2S2O
3 2.40~2.50g/L，以上试剂需进行过滤除菌。
[0009]本专利技术提供了一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火方法，包括以下步骤：（1）根据煤矿提供的地质勘探资料，由老空区边界煤柱上方地面向老空区钻设多分支井，垂直段距离老空区边界30~40m，造斜点Ⅰ、Ⅲ均位于边界煤柱上方60~80m处，水平段Ⅰ、Ⅱ分别钻设于上、下两层老空区裂隙带上部边界处，下放瓦斯抽采管、注氮管和培养液注入管，待水平段施工完成之后，即在多分支井水平段内每隔50m布置温度传感器、甲烷传感器、CO传感器、信号传输装置，通过信号传输装置与地面中心站连接，造斜点Ⅱ、Ⅳ位于老空区底板上方20m处，造斜段末端伸入老空区底板下方2m，将抽液管通过多分支井下放至老空区底板处；在地面井口处布设密封段，多分支井口与四通相连，四通的一端连接三通Ⅱ（三通Ⅱ的一侧依次连接阀门Ⅳ，培养液注入管，另一侧依次连接阀门
Ⅴ
，抽液管）；一端依次连接阀门Ⅲ、瓦斯抽采管、瓦斯抽采装置；一端连接三通Ⅰ（三通Ⅰ的一侧依次连接阀门Ⅰ、混合处理装置，混合处理装置分别与制氮装置、微生物培养装置连接，另一侧依次连接阀门Ⅱ、制氮装置）；（2）下放温度传感器之后，以所有温度传感器示数的平均值作为此时老空区温度，记为T1；（3）将微生物培养装置培养的耗氧微生物与制氮装置制备的氮气在混合处理装置
中与空气混合，氮气与空气体积之比在2：1～3：1范围内，打开阀门Ⅰ，将含有耗氧微生物的混合气体由注氮管注入老空区，持续4h；（4）关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅳ，通过培养液注入管将3000~10000L的微生物培养液注入老空区；（5）120h后，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽取500mL老空区气体，检测气体中的氧含量，若氧含量在10%以上，则通过培养液注入管继续注入1000~2000L的培养液，此后每隔24h通过瓦斯抽采管抽取500mL老空区气体，检测气体中的氧含量，待氧含量达到10%以下，通过抽液管抽采矿井水以及剩余微生物培养液5h后，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽采煤层气；（6）每隔5d，检测抽采气体内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统，其特征在于：包括多分支井、瓦斯抽采装置、瓦斯抽采管、阀门Ⅲ、培养液注入管、阀门Ⅳ、制氮装置、注氮管、阀门Ⅱ、微生物培养装置、混合处理装置、阀门Ⅰ、三通Ⅰ、三通Ⅱ、温度传感器、甲烷传感器、CO传感器、信号传输装置、地面中心站、密封装置、四通、抽液管、阀门
Ⅴ
，所述的多分支井钻设位置位于老空区边界煤柱上方地面，垂直段距离老空区边界30~40m，造斜点Ⅰ、Ⅲ位于边界煤柱上方60~80m处，瓦斯抽采管、培养液注入管、注氮管分别通过多分支井下放至老空区裂隙带上部边界处，待水平段施工完成之后，即在多分支井水平段内每隔50m布置温度传感器、甲烷传感器、CO传感器，通过信号传输装置与地面中心站连接；造斜点Ⅱ、Ⅳ位于老空区底板上方20m处，造斜段末端伸入老空区底板下方2m，将抽液管通过多分支井下放至老空区底板处；在地面井口处布设密封段，多分支井口与四通相连，四通的一端连接三通Ⅱ，三通Ⅱ的一侧依次连接阀门Ⅳ，培养液注入管，另一侧依次连接阀门
Ⅴ
，抽液管；一端依次连接阀门Ⅲ、瓦斯抽采管、瓦斯抽采装置；一端连接三通，三通Ⅰ的一侧依次连接阀门Ⅰ、混合处理装置，混合处理装置分别与制氮装置、微生物培养装置连接，另一侧依次连接阀门Ⅱ、制氮装置。2.根据权利要求1所述的老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统，其特征在于：所述的微生物培养装置所培养的微生物为高耗氧型微生物，选取硫氧化菌中的化能营养菌，其耐受温度在30~60℃之间。3.一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火方法，采用上述权利要求1~2任一项所述的老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统，其特征在于包括以下步骤：（1）根据煤矿提供的地质勘探资料，由老空区边界煤柱上方地面向老空区钻设多分支井，垂直段距离老空区边界30~40m，造斜点Ⅰ、Ⅲ位于边界煤柱上方60~80m处，水平段Ⅰ、Ⅱ分别钻设于上、下两层老空区裂隙带上部边界处，下放瓦斯抽采管、注氮管和培养液注入管，待水平段施工完成之后，即在多分支井水平段内每隔50m布置温度传感器、甲烷传感器、CO传感器、信号传输装置，通过信号传输装置与地面中心站连接，造斜点Ⅱ、Ⅳ位于老空区底板上方20m处，造斜段末端伸入老空区底板下方2m，将抽液管通过多分支井下放至老空区底板处；在地面井口处布设密封段，多分支井口与四通相连，四通的一端连接三通Ⅱ，三通Ⅱ的一侧依次连接阀门Ⅳ，培养液注入管，另一侧依次连接阀门
Ⅴ
，抽液管；一端依次连接阀门Ⅲ、瓦斯抽采管、瓦斯抽采装置；一端连接三通Ⅰ，三通Ⅰ的一侧依次连接阀门Ⅰ、混合处理装置，混合处理装置分别与制氮装置、微生物培养装置连接，另一侧依次连接阀门Ⅱ、制氮装置；（2）下放温度传感器之后，以所有温度传感器示数的平均值作为此时老空区温度，记为T1；（3）将微生物培养装置培养的耗氧微生物与制氮装置制备的氮气在混合处理装置中与空气混合，打开阀门Ⅰ，将含有耗氧微生物的混合气体由注氮管注入老空区，持续4h；（4）关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅳ，通过培养液注入管将3000~10000L的微生物培养液注入老空区；（5）120h后，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽取500mL老空区气体，检测气体中的氧含量，若氧含量在10%以上，则通过培养液注入管继续...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，杨晓军，杨鹏，王晓东，罗保平，张慧芳，余奕睿，刘一鸣，陈漫，秦登科，张纯旺，王志伟，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：