[發明專利]一種礦山采空區充填秸稈生物產氣系統及其產氣工藝

在審

• 申請號: 201710646388.6
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107177497A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 夏大平;郭紅玉;董志偉;蘇現波;高志祥;劉森;于洪飛;尹香菊
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/34;C12M1/107;C12P5/02
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙)41131
• 代理人: 朱俊峰

技術領域

本發明屬于礦山采空區充填與秸稈的生物轉化相結合的工程領域，具體涉及一種礦山采空區充填秸稈生物產氣系統及其產氣工藝。

背景技術

我國采空區充填主要以矸石與膏體充填為主，存在充填物缺乏、充填率低、投資高等一系列問題。秸稈是農作物收獲后的主要遺留物，資源分布廣泛且數量巨大，但利用率低，傳統的焚燒處理造成資源浪費且嚴重污染環境。研究證實，礦井水中的普遍含有可降解秸稈的微生物菌群，使其轉化為清潔能源—生物甲烷。但目前尚未有利用礦山采空區這種密閉空間的優勢充填秸稈生物生產甲烷氣體的構想。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種火電廠余熱控溫下的礦山采空區充填秸稈生物產氣系統及其產氣工藝，該系統及工藝用秸稈充填采空區，隨著礦井水的滲入或注入外源菌，在電廠余熱升溫下微生物菌群降解秸稈產生甲烷氣體。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種礦山采空區充填秸稈生物產氣系統，包括在礦井采空區上方開設有與地面連通的熱水進入井、回水井、溫度監測井、外源菌注入及菌群監測井以及生物氣集輸井，采空區內的地面上縱橫交錯鋪設在有不銹鋼或鋁合金材料制成的保溫管路，保溫管路上均勻設置有散熱片，熱水進入井與火電廠的距離小于回水井與火電廠的距離，火電廠的余熱水排出管穿過熱水進入井伸入到采空區內與保溫管路的進水口連接，保溫管路的出水口連接有回水管，回水管向上穿過回水井再返回到火電廠，采空區內填充有粉碎后的秸稈，溫度監測井內設置有用于監測采空區內溫度的溫度傳感器，在熱水進入井的井口處設置有連接在余熱水排出管上的溫度計和流量控制閥。

溫度監測井設置有若干個，若干個溫度監測井均勻分布在礦井采空區上方。

水平距離采空區為10m、30m、50m的地面向下鉆若干個地下水監測井，在地下水監測井內安裝有地下水遙測終端機。

水平距離采空區為20m、50m、100m、500m的地面向下鉆若干個地表沉降監測井，地表沉降監測井的井口處安裝有在線監測預警終端機、GPS、全站儀對采空區及周邊地表的位移與裂縫進行實時監控。

余熱水排出管在地面上的部分外部包裹有保溫棉。

一種礦山采空區充填秸稈生物產氣系統的產氣工藝，包括以下步驟：

（1）、在礦井采空區內鋪設保溫管路，通過熱水進入井將余熱水排出管的出水口與保溫管路的進水口連接，在余熱水排出管上設置位于熱水進入井的井口處的溫度計和流量控制閥，通過回水井將回水管的進水口與保溫管路的出水口連接，并在火電廠設置連接在熱水進水管上的循環水泵，分別在熱水進入井和回水井的進口處封閉熱水進入井和回水井，生物氣集輸井的井口連接氣體收集裝置；

（2）、在地面利用粉碎機把秸稈粉碎后，通過專門鉆井通道或者礦井原有的巷道輸送到采空區進行充填，秸稈在采空區內盡量充滿壓實；

（3）、在溫度監測井內設置用于監測采空區內溫度的溫度傳感器，并封閉溫度監測井和外源菌注入及菌群監測井；

（4）、啟動循環水泵，熱水由余熱水排出管流入到保溫管路內，經保溫管路和散熱片將熱量散發到采空區內，較低溫度的水再經回水管回流到火電廠，通過溫度傳感器采集的采空區溫度、溫度計采集的入口溫度和流量控制閥采集的流量數據通過計算機分析，實現自動控制，保證當采空區溫度維持在30-35℃；

（5）、通過外源菌注入及菌群監測井向采空區內注入浸泡秸稈的本源或注入外源菌液，間隔15天后再通過外源菌注入及菌群監測井將采空區內的液體采集上來，通過菌群鑒定、生長特性、生物酶活性及代謝速率等指標，實現對菌群代謝及環境的監測；

（6）、秸稈產出的生物氣由生物氣集輸井向上排出收集到氣體收集裝置內。

步驟（1）實施的同時，在水平距離采空區為10m、30m、50m的地面向下鉆若干個地下水監測井，在地下水監測井內安裝地下水遙測終端機，在秸稈產氣的過程中對采空區以外的地下水的水位、水溫、水質參數進行長期監測并自動存儲監測數據，并對地下水的變化規律進行動態分析，防止出現地下水污染問題。

步驟（1）實施的同時，在水平距離采空區為20m、50m、100m、500m的地面上安裝在線監測預警終端機、GPS、全站儀對采空區及周邊地表的位移與裂縫進行實時監控，并與未充填秸稈的采空區地表進行對比，以評價地表沉降的減弱程度。

步驟（6）中在一個礦井范圍內若存在多個采空區時，通過在地面上鋪設專用管道把多個采空區產生的生物氣進行集輸。