[发明专利]一种脲酶微生物矿化加固煤柱的方法

说明书

本发明公开了一种脲酶微生物矿化加固煤柱的方法，包括以下步骤：1）将脲酶溶液和尿素+钙盐混合液等体积依次循环灌入煤柱，每次循环包含一次脲酶溶液灌注和一次混合液的灌注，每次循环后，静置6‑10小时；2）循环灌注并静置胶结7次以上。该脲酶微生物矿化加固煤柱的方法能够加固煤柱，使更小直径的煤柱具有更好的支承能力，从而能够增大开采面积，提升产煤量。

背景技术

地下煤矿的开采过程中预留煤柱的直径通常在几米至数十米范围，预留煤柱越多开采率越低发，但是煤柱的支承能力随直径增大而增强，往往需要预留较大直径的煤柱以确保安全。如果加固煤柱以提高煤柱的力学性能，减少采煤区煤柱数量或减小预留煤柱的直径，则可提高煤炭开采率。但是传统加固方法效率低下，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脲酶微生物矿化加固煤柱的方法，该方法能够以更低成本更高效率加固煤柱以提升开采率。

为此，本发明提供的一种脲酶微生物矿化加固煤柱的方法，包括以下步骤：

1）将脲酶溶液和尿素+钙盐混合液等体积依次循环灌入煤柱，每次循环包含一次脲酶溶液灌注和一次混合液的灌注，每次循环后，静置6-10小时；

2）循环灌注并静置胶结7次以上。

进一步的，所述脲酶溶液中含有脲酶微生物，脲酶微生物为巴氏芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌的OD值为1.76，通过电导率法测定巴氏芽孢杆菌中脲酶活性为2.3±0.5µmol urea/min；所述的脲酶溶液是将巴氏芽孢杆菌超声破碎25分钟，每五分钟超声一次即在0摄氏度水中冷却一次，总共超声冷却5次，然后放入离心机（转速8000-10000rpm）离心得到脲酶上清液，通过电导率法测定该上清液中脲酶活性为6.7±0.7µmol urea/min。

进一步的，所述钙盐包括无水氯化钙或氢氧化钙，所述尿素+钙盐混合液为0.8-1.3mol/l。

进一步的，在步骤1）前首先将灌注钢管横向打设入大直径煤柱中，灌注钢管侧壁上开设有透水孔，所述灌注钢管连接蠕动泵或者高压泵，蠕动泵或高压泵连接脲酶溶液存储腔和尿素+钙盐混合液存储腔，启动蠕动泵或高压泵依次将脲酶溶液和尿素+钙盐混合液输送到大直径煤柱内；接着，对大直径煤柱的表层进行开挖，留下已经被生物加固的中心煤柱；然后，切断露出在中心煤柱外围的灌注钢管；最后往中心煤柱表面循环多次依次喷洒脲酶溶液和尿素+钙盐混合液。

进一步的，所述灌注钢管包括贯穿大直径煤柱的循环灌注钢管和未贯穿大直径煤柱但进入大直径煤柱中心的高压灌注钢管，所述循环灌注钢管两端连接蠕动泵，所述高压灌注钢管单端连接高压泵。

进一步的，所述灌注钢管连接蠕动泵或者高压泵，所述脲酶溶液存储腔和尿素+钙盐混合液存储腔均配置一个蠕动泵或高压泵并分别通过一条分管道与总管连接，分管道内设置有电控阀门以控制通断。

本发明的技术效果：

1）脲酶溶液分解尿素形成碳酸根，碳酸根与钙盐（如氯化钙或氢氧化钙）反应形成碳酸钙，进而与氯化钙反应形成碳酸钙，整个过程中混合液矿化反应生成方解石胶凝材料加固中心煤柱，使中心煤柱得到强化，从而提升中心煤柱的强度和支承力，从而能够以更小直径的煤柱支承柱地下采煤区，增加采煤率。

2）循环灌注进行胶结有利于持续提升中心煤柱的强度，降低塌方概率。