利用微生物技术防治煤自燃的利记博彩app
【专利说明】利用微生物技术防治煤自燃
[0001] The Method of Prevent1n and Treatment on the Coal SpontaneousCombust1n by Microbial Technology
(一)
技术领域
[0002 ]本发明涉及在矿业领域防治煤自燃过程
(二)
【背景技术】
[0003]矿井自燃火灾在主要的产煤国家发生现象严峻，大量损耗着煤的贮量，其产生的有毒有害气体严重污染大气环境，对自然资源造成不可估量的损失。我国煤炭资源十分丰富，煤炭产量和消费量均居世界前列，煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70%左右，预计到2050年还将占50 %以上，但是我国煤炭自燃火灾十分严重，国有煤矿中56 %的矿井存在自然发火危险煤炭自燃火灾，一直以来就是我国煤矿的重大灾害之一。在我国的现有煤矿中，国有重点煤矿54.9%的矿井，有自燃发火的危险;地方国有煤矿年产3万吨以上的矿井中，29.1 %有自燃的危险。因此，煤矿的自燃火灾占火灾总数的90%以上，给国家和矿井带来了极大的危害及经济损失。特别是自20世纪九十年代以来，由于综采放顶煤高产高效技术的推广，煤层自燃火灾更是成为影响煤炭生产安全的最主要灾害之一，由矿井自燃火灾诱发瓦斯、煤尘爆炸事故时有发生，严重地威胁着人民的生命财产安全，阻碍了煤炭工业的可持续发展，影响社会稳定。
[0004]关于煤自燃问题的研究，国内外学者已经做了大量的工作并去得了卓越的成绩，一般认为煤自燃过程是因为煤结构中不同官能团(活性结构)由于活化需要的温度与能量不一样，先被活化而发生氧化反应的官能团释放能量的过程，其中包括不同官能团依次分步渐进活化而与氧发生反应的自加速升温过程。
[0005]本专利是在前人研究的基础上，为了完善煤自燃问题的防治方法，提出利用微生物技术来控制氧浓度并达到防治煤自燃的效果。最终得出结论:利用微生物菌群产生的CO2可以有效地防治煤自燃，实验中的枯草芽孢杆菌与不同培养基产生CO2的规律及在工程中的应用，证明了该方法具有广泛的工程应用前景。
(三)
【发明内容】
[0006]为了切实完善煤自燃问题的防治方法，本专利提出利用微生物技术来控制氧浓度并达到防治煤自燃的效果。专利首先以微观研究的思路观察某矿煤样表面孔隙结构特征，针对观测实验得到的结果分别从煤样内Fe和C元素占比变化的角度以及孔洞尺寸变化的角通过度进行了定性分析，总体来说，在一定温度下，煤样孔洞的孔径随着反应的时间是不断增大的，一开始孔径增大的速率比较慢，原因是最开始氧气含量不充足，加快了煤自燃反应的进行;随着反应时间的不断推进，孔径增加的速率逐渐变快，主要原因是随着氧化反应的进行，煤体内部孔隙逐渐增大利于涌入更多的氧，再加上之前反应自身放出的其他容易与煤体发生反应的气体含量增大，致使煤自燃反应进程加快。图1和图2分别是温度在150°C时的煤样表面的孔洞图和煤样表面的元素比例图。
[0007]根据能谱分析仪(EDS)实验得出的不同温度下取出煤样内部的元素质量占比数据，本专利选取数值较大，且对煤样而言具有代表性的两种元素C和Fe进行定量分析，绘制二者的对比变化曲线，图3是C/Fe质量百分比随温度变化曲线图。
[0008]从上图不难看出，随着温度是升高，煤样中的C元素质量占比随之降低。这主要是因为煤氧反应的主要化学方程式表现为:C+02—C0+C02，而Fe元素质量占比则随之有明显的上升势头，这主要是由于煤中富含的铁元素经过氧化后并不能以气体的形式被带走，因此两种元素在随着温度的升高的过程中出现质量占比方面的此消彼长现象。本专利提出热点理论，即认为在一定温度下，煤自燃的过程最先是从煤体表面的微观孔隙内的局部热点开始发生的，并且随着温度的增加，热点所在的孔隙尺寸也逐渐增大。随着孔径的不断增大，更加有利于空气的流通，从而促使煤吸附更多的氧气、甲烷等可燃性气体，极大地加速了煤自燃的速度，最终由起始的局部热点引发自燃现象。
[0009]本专利提出煤中的氧浓度是影响煤自燃过程关键因素的观点，即煤自燃过程是从煤体表面的微观孔隙产生的，且这些孔隙由于具备储存氧的能力而体现出随着煤氧化放热导致的温度升高而逐渐变大的特性。基于上述理论前提，专利中本着控制煤层中氧浓度的思想，选取枯草芽孢杆菌进行培养制备，并进行了实验室对比验证试验以及工程现场的防治实践，得到了以不同培养基和牛肉膏蛋白胨液相混合后，在室温条件下枯草芽孢杆菌导致CO2和O2变化的规律，实验证明在该条件下，由于枯草芽孢杆菌产生的CO2导致氧浓度大幅度降低。枯草芽孢杆菌在面粉环境下的结合，由于面粉与培养液结合形成的粘稠液能够有效的封闭碎煤漏风效果，在封闭的同时还能产生大量的C02，因此达到防治煤自燃的最佳效果，该效果通过进一步的工程实践得到了有力证明。
[0010]首先，本专利利用CO2浓度监测实验测试系统分别监测了枯草芽孢杆菌在三种不同环境条件下的耗氧过程:
[0011](I)枯草芽孢杆菌在碎煤环境下耗氧过程的实验研究，测试曲线及分析如图4是碎煤环境下C02/02浓度变化曲线图，得到采用牛肉膏蛋白胨液体培养基培育的枯草芽孢杆菌在碎煤环境中生产的CO2气体过程较慢，但总体来看，随着时间的增加，O2浓度不断降低，CO2浓度不断增高，说明在该环境下枯草芽孢杆菌可以生长发育存活。
[0012](2)枯草芽孢杆菌在玉米粉环境下耗氧过程的实验研究，测试曲线及分析如图5是玉米粉环境下C02/02浓度变化曲线图，得到采用牛肉膏蛋白胨液体培养基与玉米粉相结合后培育的枯草芽孢杆菌在该环境中生产的CO2气体过程较快，随着时间的增加，O2浓度快速降低，CO2浓度快速增高，说明在该环境下枯草芽孢杆菌有利于生长发育存活，枯草芽孢杆菌在玉米粉中形成的菌群如下图所示，图6是玉米粉环境下枯草芽孢杆菌群变化图，从中可以看出，枯草芽孢杆菌在玉米粉中快速生成了白色菌群。
[0013](3)枯草芽孢杆菌在面粉环境下耗氧过程的实验研究，测试曲线及分析如图7是面粉环境下C02/02浓度变化曲线图，得到采用牛肉膏蛋白胨液体培养基与面粉相结合后培育的枯草芽孢杆菌在该环境中生产的CO2气体过程同样较快，说明在该环境下枯草芽孢杆菌也有利于生长发育存活，枯草芽孢杆菌在糊状面粉中会形成大量气泡并放出C02。由于糊状面粉混合液有利于封闭裂隙的供氧通道，所以更有利于应用于煤自燃灭火。
[0014]该测试曲线说明，枯草芽孢杆菌在面粉环境下的结合，由于面粉与培养液结合形成的粘稠液能够有效的封闭碎煤漏风效果，在封闭的同时还能产生大量的co2，因此达到防治煤自燃的最佳效果，该效果通过进一步的工程实践得到了有力证明。
[0015]本专利技术有如下特点:
[0016](I)微生物菌种可以不断产生CO2，持续时间越长CO2浓度越高，防治煤自燃的效果更好。
[0017](2)微生物菌种结合具有一定粘稠度的培养液，可以达到既封闭供氧渠道又能大量产生CO2，和常用的浇水灭火技术相比，灭火效率更高，可以有效防止煤的二次燃烧并快速扑灭由煤自燃引发的明火。
[0018](3)由于微生物菌种产生的⑶2比重比空气重，对于分层开采，其微生物菌种产生的CO2将随着裂隙的扩展扩散至下层采空区，有利于防止煤自燃。
[0019](4)随着开采深度的增加，地温不断升高，在30°C左右的恒温恒湿环境下，有利于微生物菌种的生长。因此，微生物菌种的地下采场培育是可行的。
[0020]由此，本专