[发明专利]废弃矿井注入生物质与遗煤协同代谢产甲烷工艺

说明书

技术领域

本发明属于煤层气生物工程领域，废弃矿井注入生物质与遗煤协同代谢产甲烷工艺。

背景技术

我国煤矿回采率相对较低，特别是开采条件差或者开采方式选择不当的矿井，遗留资源数量巨大，二次开采难度大。遗煤引起的自燃和瓦斯涌出，不但浪费资源和污染环境，对煤矿的安全生产造成严重威胁，已成为煤矿防灾的主要对象。生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质的利用途径较多，但利用率低，不但浪费资源，恶化生态环境，比如大量的农业秸秆焚烧产生的烟雾、烟尘及一氧化碳等物质严重危害人们的身体健康。许多研究已经证实，废弃矿井水中产甲烷菌群广泛存在，煤中含氢量偏低，而生物质含氢量较高，煤与生物质联合能够明显提高生物甲烷的产气量，超过了单一煤或者生物质作为底物产气之和。本发明提供一种在废弃矿井注入生物质与遗煤协同代谢产甲烷工艺，能够把遗煤和生物质两种难以利用的资源，通过矿井水中产甲烷菌群的代谢转化为清洁能源—生物甲烷，实现变废为宝，经济效益和社会效益显著。

发明内容

本发明目的在于提供一种在废弃矿井注入生物质与遗煤协同代谢产甲烷工艺，把煤矿中的遗煤和注入的生物质转化为清洁能源—生物甲烷。

为了实现目的，本发明采用如下技术方案：废弃矿井注入生物质与遗煤协同代谢产甲烷工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）选择即将报废或者已报废的煤矿，变质程度为中低煤阶最佳；

（2）选择遗煤较多的工作面或者安全煤柱作为试验点；

（3）对围岩裂隙和巷道工程进行处理，形成一个相对独立的封闭空间，满足容纳生物质的能力、矿井水能够顺利渗入、气体能够聚集的基本要求；

（4）建立两个与地面相连的通道，其中一个通道用于产气溢出通道，另一个通道用于生物质输送；

（5）待煤矿关闭后，把生物质通过预设的通道注入井下的封闭空间；

（6）随着关井时间延长，矿井水逐步把遗煤和生物质完全浸泡，通过产气溢出通道，监控产气速率、产气总量和气体组分；

（7）与生物质或者遗煤作为单一底物的产气总量对比，评价生物质与遗煤协同代谢产甲烷效果。

所述的步骤（2）中选择遗煤较多的工作面或者安全煤柱，其中未开采煤层或者没有开采价值的薄煤层也包括在内。

所述的步骤（3）中处理措施只要满足容纳生物质的能力、矿井水能够顺利渗入、气体能够聚集的基本要求即可；未开采煤层只要能达到上述要求也包括在内。

所述的步骤（4）中建立两个与地面相连的通道，其中一个用于产气溢出通道，另一个用于生物质输送。

所述的步骤（5）中实现将生物质注入到试验点即可。

所述的步骤（7）中把生物质-遗煤混合产气量能否超过单一生物质产气量与单一遗煤产气量之和作为评价标准，评价标准包括的指标有产气速率、产气总量和气体组分。

利用矿井水中存在的微生物菌群，把煤与生物质一起转化为甲烷为主的气体，只要满足此类特征都属于本专利的保护范围。

采用上述技术方案，本发明具有极大的独创性，利用废弃矿井水中广泛存在的产甲烷菌群，促使生物质和遗煤协同代谢产生甲烷，提高了遗煤利用率和生物质产气量，实现了变废为宝、节能减排的目的。

具体实施方式

本发明的废弃矿井注入生物质与遗煤协同代谢产甲烷的工艺，依次包括如下步骤：（1）选择即将报废的煤矿，变质程度为褐煤；（2）选择遗煤较多安全煤柱作为试验点；（3）对围岩裂隙进行注浆，封闭巷道工程，使试验点满足容纳秸秆、矿井水能够顺利渗入、产生的甲烷等气体能够聚集等基本要求；（4）建立两个与地面相连的通道，其中一个用于产气溢出通道，另一个用于生物质输送；（5）待煤矿关闭后，把生物质通过预设通道注入井下的试验点；（6）等待60 d以上，通过产气溢出通道，监控产气速率、产气总量和气体组分；（7）在相同条件下分别进行单一褐煤和秸秆作为底物的产气试验，把生物质-遗煤混合产气能否超过上述产气之和作为评价标准，评价生物质与遗煤的协同代谢产甲烷工艺。

所述的步骤（2）中选择遗煤较多的工作面或者安全煤柱，其中未开采煤层或者没有开采价值的薄煤层也包括在内。

所述的步骤（3）中处理措施只要满足容纳生物质的能力、矿井水能够顺利渗入、气体能够聚集等基本要求即可。未开采煤层只要能达到上述要求也包括在内。

所述的步骤（4）中建立两个与地面相连的通道，其中一个用于产气溢出通道，另一个用于生物质输送。