基于煤层瓦斯解吸酶化促进剂.docx

基于煤层瓦斯解吸酶化促进剂提高抽采率的技术概述煤层瓦斯严重威胁矿山安全生产。瓦斯抽采与安全一直是矿业安全行业重点研究的项目之一。随抽采技术的逐步成熟，瓦斯解吸率与瓦斯有效抽采率成为矿山瓦斯抽采技术提升的瓶颈之一。瓦斯主要是在成煤过程中形成的一种可燃性气体，它随着煤矿的开采而大量释放。数量集聚到相当浓度的时候会发生次生灾害，瓦斯的另一个危害是燃烧和爆炸。例如瓦斯爆炸，当井下开采释放的瓦斯浓度达到一定临界点的时候，如遇可燃明火能够爆炸；对于瓦斯矿井，则有可能发生瓦斯煤尘同时爆炸事故。无论何种爆炸，都将给矿井以突然袭击，酿成严重的灾害。使工伤事故增多。还有一种因为开采、采掘过程中由于瓦斯大量、快速涌出而形成的灾害作用就是瓦斯突出。随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤层中形成了在地应力作用下，瓦斯释放的引力作用下，使软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤而造成的一种地质灾害。目前，国内外在矿井瓦斯防治技术上均有大量的研究，特别是在抽采技术方面，虽然这些技术有了很大的发展，但是仍有很多不完善的地方，还存在有很多技术难关。就常用的瓦斯抽放而言，在地面建立瓦斯泵站，经井下抽放瓦斯管道系统与抽放钻孔连接，泵运转时造成负压，将瓦斯抽出，送入瓦斯罐或直接供给用户。如抽出瓦斯数量较小，或很不稳定，可直接排放到大气中。甲烷属于一种较强的温室气体，直接排入大气又会造成另一种灾害。为保证生产，提高瓦斯抽放能力，提升瓦斯治理水平成为当前矿山安全行业研究的重要方向之一。其中，提高瓦斯解吸速度，提升煤层渗透性，控制开采过程中的煤层瓦斯水平逐渐成为研究亮点。“煤表面酶化促进促技术”是我公司结合国内外多家研究机构历经4年努力研制出的一种新型的合成试剂。它能够提高瓦斯解吸率同时，长时间确保处理煤层瓦斯不会出现甲烷含率反复现象，是配合当前抽采技术提高瓦斯抽采效果，提升矿山瓦斯治理水平的一种新型产品。简要内容“煤层瓦斯解吸酶化促进剂”分为：“酶化瓦斯解析促进剂（MDEE）”与“稳定剂（EDPS）”两种药剂配合组成。瓦斯治理与抽采过程中以上两种添加剂按照实际瓦斯排采情况配合使用。该技术可适用于褐煤、长焰煤、无烟煤等煤层的瓦斯治理。酶化瓦斯解吸促进剂（MDEE）：【Methane Desorb Enhancement with Enzyme Coal Surface Disposal Agentia】常温下呈乳白色粉末，是一种利用蛋白酶作用，能够改善煤体对不同气体（主要针对甲烷和二氧化碳）的吸附特性，着重降低对甲烷的吸附能力从而实现甲烷的快速解吸。该药剂与没接触后会利用蛋白酶的酶化作用在煤表面生成一种非致密性的结构膜，这种膜具有干扰/降低煤对甲烷和二氧化碳气体的吸附能力，从而使煤体中甲烷与二氧化碳的解吸速率增加，实现煤层瓦斯快速抽采的第一步。酶化作用在煤表面生成的非致密性的结构膜显微成像图本试剂在渗入煤层同时，还能够对甲烷浓度的变化作出反应。当煤体内甲烷浓度低于10%后，该药剂可激活一种水解菌菌种，借助其作用，在微裂隙内生成少量的二氧化碳。由于同条件下煤体对二氧化碳的吸附能力强于对甲烷的吸附能力。因此适量改变煤层中二氧化碳浓度，能够进一步提高煤层甲烷解吸效率。基于此，能够有效实现甲烷的解吸促进，并提高煤层瓦斯抽采能力与效率。酶化瓦斯解吸促进剂（MDEE）按照12%比例利用注液泵加注至煤层，原则每个待处理区块仅需加注一次。注入后待48小时后即可实施瓦斯抽放。抽放过程中根据抽放甲烷与二氧化碳浓度变化关系确定稳定剂的加注时间。稳定剂（EDPS）：【Enzyme Disposal Process Stabilizer】稳定剂常温下呈蓝紫色粉末或蓝色液体。是MDEE酶化作用形成的隔离膜性状稳定剂与生物甲烷抑制剂。该药剂能够提高隔离膜的抗水解能力，提升隔离膜的有效期，以防止由于隔离膜的失效导致的煤的吸附能力的提高。同时稳定剂还具有转向的菌群活性抑制剂，用于防止二次生物甲烷生成的功能。进一步确保煤层甲烷浓度保持在低水平的可靠性。EDPS-降尘型，含有粉尘颗粒表面活性剂，经处理后的煤表面张力得到改善，能够有效的提高粉尘与水的亲和力，具有较好的降尘、抑尘功能，具有降低工作面空间的扬尘等功效。基于气体组分监测评估系统提示，当抽放甲烷与二氧化碳比值达到安全指标时，即可向煤层中加注EDPS（请注意，EDPS至少需要完成3个周期的加注），以稳定煤层中的甲烷浓度。如果需要对煤层实施降尘作业，EDPS辅剂可直接加注，用于独立改善颗粒表面张力。气体组分监与瓦斯解析效果测评估系统（CMCA系统）：【Carbon Dioxide and Methane Concentration Assess System】气体组分监测与瓦斯解析效果评估系统主要监测与分析混合气中的甲烷与二氧化碳体积浓度比和变量关系两种主要参数。它能够及时测定瓦斯抽拍过程中的甲烷与二氧化碳气体及氢气、硫化氢和氮氧化合物等气体（选配）组成比例，评测MDEE的实施效果，计算EDPS的加注时间点。综上，通过“酶化瓦斯解吸促进剂”对煤表面吸附特性进行改造，通过降低煤表面的甲烷吸附能力，提高瓦斯抽采率；同时结合二氧化碳驱替作用，进一步提升甲烷的有效解吸；利用“稳定剂”保持煤体改造后的吸附特征，控制煤层甲烷含量水平。技术的实施过程中，在CMCA系统的监测下，分析测定甲烷解吸水平，为瓦斯抽采及稳定剂的引入时间提供判定指标。主要技术指标与应用效果通过该项目实施后可达到的技术指标：1、 甲烷抽放速率能提高30%以上；2、 将处理后煤层中甲烷的最高浓度降至1m3/T以下；3、 在EDPS控制下，处理后的煤层能保持低瓦斯水平。应用前景现场数据显示，我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占总矿井数的46。正常生产情况下，我国以平均每产1吨煤涌出的瓦斯量来划分煤矿的瓦斯等级。小于或等于每吨10立方米的为低瓦斯矿井，大于每吨10立方米的为高瓦斯矿井。曾经发生过煤与瓦斯突出的为突出矿井。目前我国煤矿属于高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占48，发生瓦斯事故的频率很高。长期以来，瓦斯事故在我国煤矿事故中的比例一直居高不下，这使中国不幸成为世界煤矿瓦斯灾害最严重的国家。为提高我国矿井生产安全，瓦斯治理在各矿区均投入了大量人力物力。联合瓦斯抽采与治理技术，利用酶化作用提高瓦斯抽采效果是从根本上解决煤层瓦斯问题的一种新型、可行的技术方法。研究表明，该技术不仅对高渗透性煤层具有优良效果，对低透气性煤层的瓦斯治理与增透同样具有独特的技术优势。实验室测定表明，利用酶化技术，能够有效提高煤层甲烷抽采率。平均25天时间即完成一个处理周期。根据数据分析，在预处理前4天左右时间是酶化作用的预反应期。在该过程中，甲烷解吸速率与常规处理方法类似。从第5天至第25天进入瓦斯解吸加速期。通过下图能够明显看出经过酶化处理的甲烷解吸率（蓝色线条所示）与常规注水条件下的甲烷解吸率之间的对比关系。大约25天后，酶化处理后的煤样中的甲烷解吸量已趋于平稳，而常规处理工艺的煤样中甲烷还在缓慢升高中。该项试验在第125天结束。根据最终测定数据，常规注水的甲烷解吸量在8.6左右水平停止，即无论采用何种处理方法，最终煤层的瓦斯解吸总量是一个恒定值，两种工艺之间的不同之处在于解吸速率之间的差别。结合现场施工工艺测算，每立方米煤体“酶化瓦斯解析促进剂”的分23次注入处理剂，总注入量约占煤体体积的1015%（100150L/m），按照“标准型酶化表面处理剂（1:100浓缩液）”价格（8元/L）测算，每立方米煤层的前期处理成本约合812元。根据酶化特性，完成抽采的煤层需要每35次稳定过程（稳定过程是针对处理后煤层的治理实施，不会影响掘进进度），以确保煤层能够长期处于低瓦斯水平（出现瓦斯运移情况除外）。每立方米煤体每次稳定剂的加注量约占煤体体积的5%。按照“标准系列稳定剂”价格（14.1元/Kg）测