酶化促進(jìn)煤層瓦斯解吸技術(shù)及方法
【專利摘要】本發(fā)明酶化促進(jìn)煤層瓦斯解吸技術(shù)及方法，通過向煤層中注入活性蛋白酶，利用該蛋白酶對(duì)煤體表面結(jié)構(gòu)的改造，降低煤體對(duì)甲烷的吸附能力，從而實(shí)現(xiàn)甲烷解析促進(jìn)作用。同時(shí)由于蛋白酶與煤作用期間能夠生成少量的二氧化碳，借助煤對(duì)二氧化碳吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于甲烷這一特性，進(jìn)一步增強(qiáng)了酶化作用下的煤層甲烷解吸速度。利用該技術(shù)，能夠提高煤層甲烷抽采效率30%以上，可提高甲烷抽采濃度200~300%，不僅可用于煤層瓦斯快速治理，而且還能提高對(duì)煤層甲烷綜合利用技術(shù)水平。
【專利說明】酶化促進(jìn)煤層瓦斯解吸技術(shù)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于微生物酶化作用下的煤層瓦斯快速解吸技術(shù)與方法。該方法能夠短時(shí)間內(nèi)降低煤表面對(duì)甲烷與二氧化碳的吸附特性，從而實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯快速抽采。

【背景技術(shù)】
[0002]煤層瓦斯嚴(yán)重威脅礦山安全生產(chǎn)。瓦斯抽采與安全一直是礦業(yè)安全行業(yè)重點(diǎn)研究的項(xiàng)目之一。隨抽采技術(shù)的逐步成熟，瓦斯解吸率與瓦斯有效抽采率成為礦山瓦斯抽采技術(shù)提升的瓶頸之一。
[0003]瓦斯主要是在成煤過程中形成的一種可燃性氣體，它隨著煤礦的開采而大量釋放。數(shù)量集聚到相當(dāng)濃度的時(shí)候會(huì)發(fā)生次生災(zāi)害，瓦斯的另一個(gè)危害是燃燒和爆炸。例如瓦斯爆炸，當(dāng)井下開采釋放的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到一定臨界點(diǎn)的時(shí)候，如遇可燃明火能夠爆炸；對(duì)于瓦斯礦井，則有可能發(fā)生瓦斯煤塵同時(shí)爆炸事故。無(wú)論何種爆炸，都將給礦井以突然襲擊，釀成嚴(yán)重的災(zāi)害。使工傷事故增多。還有一種因?yàn)殚_采、采掘過程中由于瓦斯大量、快速涌出而形成的災(zāi)害作用就是瓦斯突出。隨著煤礦開采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤層中形成了在地應(yīng)力作用下，瓦斯釋放的引力作用下，使軟弱煤層突破抵抗線，瞬間釋放大量瓦斯和煤而造成的一種地質(zhì)災(zāi)害。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外在礦井瓦斯防治技術(shù)上均有大量的研究，特別是在抽采技術(shù)方面，雖然這些技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是仍有很多不完善的地方，還存在有很多技術(shù)難關(guān)。就常用的瓦斯抽放而言，在地面建立瓦斯泵站，經(jīng)井下抽放瓦斯管道系統(tǒng)與抽放鉆孔連接，泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)造成負(fù)壓，將瓦斯抽出，送入瓦斯罐或直接供給用戶。如抽出瓦斯數(shù)量較小，或很不穩(wěn)定，可直接排放到大氣中。但同時(shí)瓦斯屬于一種較強(qiáng)的溫室氣體，直接排入大氣又會(huì)造成另一種災(zāi)害。
[0005]為保證生產(chǎn)，提高瓦斯抽放能力，提升瓦斯治理水平成為當(dāng)前礦山安全行業(yè)研究的重要方向之一。其中，提高瓦斯解吸速度，提升煤層滲透性，控制開采過程中的煤層瓦斯水平引起人們愈來愈多的興趣。目前在煤層水中添加活性劑的方法應(yīng)用于礦井瓦斯治理技術(shù)中將具有非常重要的指導(dǎo)意義。
[0006]綜上所述，提高煤層瓦斯抽采效果，減少由于瓦斯帶來的礦山威脅與環(huán)境污染需要針對(duì)以下幾個(gè)方面展開工作:
1.提高瓦斯解吸率是提高瓦斯抽采效果的根本；
2.提高混合氣中甲烷氣體含量是解決低濃度瓦斯利用難的基本條件
“煤表面酶化促進(jìn)促技術(shù)”是結(jié)合國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)歷經(jīng)4年努力研制出的一種新型的合成試劑。它能夠提高瓦斯解吸率、加快瓦斯抽采速度同時(shí)，有效提高抽采瓦斯?jié)舛?，并能夠長(zhǎng)時(shí)間確保處理煤層瓦斯不會(huì)出現(xiàn)甲烷含率反復(fù)現(xiàn)象，是配合當(dāng)前抽采技術(shù)提高瓦斯抽采效果，提升礦山瓦斯治理水平的一種新型產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在通過酶化作用，改變煤體的氣體吸附能力，降低對(duì)甲烷與二氧化碳的吸附性，從而提高瓦斯抽采速度與效率的一種技術(shù)方法。
[0008]該技術(shù)具備了以下特點(diǎn):
1.技術(shù)引入生物工程與酶化作用，借助蛋白酶在煤層中的反應(yīng)，改變煤體對(duì)甲烷與二氧化碳的吸附特性。
[0009]2.技術(shù)結(jié)合了二氧化碳驅(qū)替原理，經(jīng)處理后的煤層吸附特性大幅度降低并不是完全失去吸附能力。處理有的煤層對(duì)二氧化碳吸附性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)甲烷的吸附能力，在實(shí)施瓦斯抽采后，可控制生物群落生成少量的二氧化碳填充煤層裂隙空間，利用吸附特性的不同進(jìn)一步降低煤層對(duì)甲烷的有效吸附特性。
[0010]3.該技術(shù)實(shí)施過程中無(wú)需高壓作業(yè)，安全性高。
[0011]4.處理過程采用的藥劑等不存在腐蝕性、毒性成分，對(duì)工人及環(huán)境絕對(duì)安全。
[0012]5.治理過程不會(huì)造成地下水系的污染，不會(huì)造成周邊環(huán)境的二次污染等。
[0013]6.提高煤層中的解吸速度變相提高了抽采瓦斯中甲烷濃度，使難以利用的低濃度瓦斯變?yōu)榭杀恢苯幼鳛榉浅Ｒ?guī)天然氣直接使用的燃?xì)赓Y源不僅降低溫室效應(yīng)氣體配方，還有能夠有效提聞資源利用率。
[0014]技術(shù)方案
采用的技術(shù)方案分別如下:
1、煤體酶化處理過程:
向媒體中注入“蛋白酶瓦斯解吸促進(jìn)劑”，在促進(jìn)劑作用下能夠在煤層中形成一種結(jié)構(gòu)膜，降低煤表面與可吸附氣體分子的分子間作用力。在該種隔離層作用下，能夠降低煤堆甲烷以及二氧化碳的吸附能力，吸附平衡被破壞，同溫度條件下的吸附壓力升高，瓦斯解吸速度加快。
[0015]蛋白酶瓦斯解吸促進(jìn)劑的離子成分如圖1:
2、二氧化碳驅(qū)替作用形成過程:
伴隨瓦斯抽放與酶化作用的延長(zhǎng)，煤層甲烷含量逐漸降低。當(dāng)煤層空間內(nèi)甲烷濃度低于20%水平左右，促進(jìn)劑能夠活躍發(fā)酵菌的活性。該種微生物能夠在煤層中生成少量的二氧化碳。由于煤的酶化處理只能降低煤的吸附特性，不能完全屏蔽煤的吸附性能。同時(shí)，煤對(duì)二氧化碳的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于甲烷，當(dāng)煤層空間的二氧化碳濃度得到適當(dāng)提高時(shí)，同等壓力條件下相對(duì)于甲烷，煤表面對(duì)二氧化碳吸附的優(yōu)勢(shì)將被逐漸放大，使甲烷的吸附平衡由于二氧化碳濃度的改變被改變，再次促進(jìn)甲烷的解吸過程。
[0016]煤層甲烷含量的穩(wěn)定過程:
完成上述兩個(gè)過程后，煤層甲烷濃度能夠小于5%以下(低于甲烷在空氣中的爆炸極限)。此時(shí)需要利用穩(wěn)定劑穩(wěn)定甲烷含量。穩(wěn)定劑起到兩個(gè)作用:第一、穩(wěn)定煤層表面生成的隔離層的穩(wěn)定性；第二、抑制煤層微生物的活性，起到微生物生態(tài)控制作用，防止由于甲烷菌等菌種作用下生成生物甲烷的可能性。
[0017]穩(wěn)定劑中元素成分如圖2:
通過以上三個(gè)步驟，即完成了 “酶化促進(jìn)煤層瓦斯解吸技術(shù)”的實(shí)施流程。
[0018]本發(fā)明專利的有益效果是:
1.借助酶化處理與二氧化碳驅(qū)替技術(shù)，能夠?qū)⒚簩油咚菇馕俣容^常規(guī)負(fù)壓抽放技術(shù)提聞30%ο
[0019]2.提高瓦斯有效抽采，提高抽采混合氣中甲烷濃度，有效解決抽放瓦斯?jié)舛鹊停脙r(jià)值差等問題。
[0020]3.減少甲烷排放，減少溫室效應(yīng)氣體的排空，降低環(huán)境污染。
[0021]4.能夠杜絕后期由于吸附原因和微生物作用下的甲烷濃度反復(fù)問題，使煤層甲烷濃度處于低水平，降低瓦斯對(duì)礦山安全造成的威脅。
[0022]5.第二階段中的二氧化碳的生成需要甲烷濃度低于5%才在控制下啟動(dòng)，并且二氧化碳總生成量低于0.5m3每噸煤，不會(huì)造成碳排放污染。
[0023]6.該項(xiàng)技術(shù)能夠同時(shí)適用于不同變質(zhì)程度煤層的甲烷處理。
【權(quán)利要求】
1.酶化促進(jìn)煤層瓦斯解吸技術(shù)，其特征是:結(jié)合煤的酶化處理、二氧化碳驅(qū)替和煤體吸附特性穩(wěn)定與煤層微生物菌群抑制等多種技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)。
2.權(quán)利I所描述的煤的酶化處理，其特征是借助蛋白酶在對(duì)煤表面的作用生成一種隔離膜，削弱煤表面與可吸附氣體分子間作用力。
3.權(quán)利I所描述的二氧化碳驅(qū)替作用，其特征是利用微生物的代謝作用，在煤體中的微裂隙內(nèi)生成生物甲烷。
4.權(quán)利3所描述的二氧化碳生成，其特征是二氧化碳生成過程具備過程可控，總量可控的特性。
5.權(quán)利I所描述的煤體吸附特性穩(wěn)定，其特征是利用穩(wěn)定劑成分，穩(wěn)固隔離膜的穩(wěn)定性，不會(huì)快速水解。
6.權(quán)利I所描述的煤層微生物菌群抑制，其特征是針對(duì)煤層微生物菌群群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行專項(xiàng)抑制，防止由于產(chǎn)甲烷菌、水解菌、發(fā)酵菌、硫酸鹽還原菌等微生物的作用而導(dǎo)致的生物甲烷與二氧化碳的生成。
7.權(quán)利I所描述的煤層微生物菌群抑制，其特征是通過抑制微生物活性，減少生物氣的生成，從而降低在新生甲烷作用下有可能造成的新的瓦斯災(zāi)害。
8.權(quán)利I所描述的煤層微生物菌群抑制，其特征是通過抑制微生物活性，減少生物氣的生成，從而降低在新生二氧化碳的生成，減少碳排放。
【文檔編號(hào)】E21F7/00GK104234737SQ201310246621
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】肖棟, 嚴(yán)小新, 梁艷娜 申請(qǐng)人:肖棟