[發(fā)明專利]一種模擬煤礦井下環(huán)境的甲烷氧化菌馴化培養(yǎng)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910327803.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110042042B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝軍;辛林;程衛(wèi)民;杜海剛;宋玥;付海政;王怡;任廣意
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/04;C12N1/36
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明公開(kāi)了一種模擬煤礦井下環(huán)境的甲烷氧化菌馴化培養(yǎng)裝置及方法。包括原煤應(yīng)力加載部分、環(huán)境溫度控制部分、環(huán)境氣體氛圍注入部分、甲烷氣體注入部分、甲烷氧化菌液注入部分、甲烷氣體在線監(jiān)測(cè)部分、環(huán)境氣相色譜分析部分、環(huán)境液相質(zhì)譜分析部分和環(huán)境pH控制部分九部分組成。本發(fā)明的有益效果是能夠準(zhǔn)確有效地模擬煤礦井下條件的微生物富集狀態(tài)，模擬煤層應(yīng)力、溫度、pH、氣體氛圍條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤炭開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種模擬煤礦井下環(huán)境的甲烷氧化菌馴化培養(yǎng)裝置及方法。

背景技術(shù)

我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，能源十分緊缺，煤炭占我國(guó)能源總消耗量的70％以上，煤炭的產(chǎn)量直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這就導(dǎo)致了在我國(guó)只要有煤炭?jī)?chǔ)備的地方，不管是低瓦斯還是髙瓦斯礦區(qū)，都在積極地創(chuàng)造條件開(kāi)礦。而我國(guó)所有煤礦均為瓦斯礦井，據(jù)統(tǒng)計(jì)，大中型煤礦中，髙瓦斯礦井占20.34％，突出礦井占19.77％。小型煤礦中，高瓦斯礦井占15％左右。這是造成瓦斯災(zāi)害較多的原因之一。僅2007～2016年期間，全國(guó)共發(fā)生各類瓦斯災(zāi)害事故389起，死亡3307人。其中，瓦斯爆炸事故196起，占比50％；死亡人數(shù)2022人，占比61％。煤與瓦斯突出事故150起，占比39％；死亡人數(shù)1084人，占比33％。瓦斯中毒和窒息事故43起，占比11％；死亡人數(shù)201人，占比6％。瓦斯災(zāi)害造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)安定帶來(lái)了負(fù)面影響。瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，其中煤與瓦斯突出尤為嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)瓦斯突出的治理也越來(lái)越受到重視。目前，我國(guó)煤礦瓦斯的主要治理技術(shù)是煤層瓦斯含量與涌出量的預(yù)測(cè)、礦井通風(fēng)、礦井瓦斯抽放和四位一體的綜合防突措施。但是，我國(guó)煤礦地質(zhì)條件以及由此而形成的煤礦自身特點(diǎn)決定了現(xiàn)有瓦斯抽放技術(shù)的局限性。由于原始煤層瓦斯含量大，煤系地層煤層的原始透氣性差，致使原始煤層預(yù)抽難以實(shí)施，而且效果甚差。此外，抽放出去的瓦斯如果釋放到環(huán)境中，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的不良影響。其次，礦井的主要風(fēng)機(jī)和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的通風(fēng)設(shè)計(jì)能力是有限的，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)不變，因而依靠通風(fēng)排除瓦斯也有局限性。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，利用化學(xué)和微生物治理瓦斯的技術(shù)取得了較大進(jìn)展。其中，絕熱氧化法通過(guò)熱分解、催化熱分解和吸附熱分解相結(jié)合，可以將瓦斯中的CH₄和CO氧化為CO₂和H₂O的無(wú)污染混合物，從而使接近爆炸濃度的瓦斯氣體和己達(dá)爆炸濃度的瓦斯氣體稀釋至爆炸濃度以下，但因該方法對(duì)裝置要求較高，且對(duì)高濃度瓦斯要求預(yù)稀釋，操作過(guò)程復(fù)雜，成本較高，不利于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。相比較而言，微生物治理瓦斯的方法實(shí)用性更強(qiáng)，通過(guò)利用自然界廣泛存在的甲烷氧化菌降解采空區(qū)和煤層瓦斯，減少在煤層開(kāi)采時(shí)的瓦斯涌出量，抑制煤礦瓦斯積聚，或者使高濃度瓦斯氣體在短時(shí)間內(nèi)下降到瓦斯爆炸下限以下，可以對(duì)其他治理瓦斯的措施起到輔助作用，從而達(dá)到提高煤礦安全性的目的。甲烷氧化菌在自然界分布十分廣泛，從污泥、沼澤、垃圾填埋場(chǎng)、河流、落葉、下水道、水稻田、海洋、池塘、草場(chǎng)土壤等環(huán)境中都可以分離得到。然而，煤層中的煤是具多空隙結(jié)構(gòu)和很強(qiáng)吸附性的物質(zhì)，在地下未開(kāi)采下處于高壓力狀態(tài)，瓦斯氣體是以吸附態(tài)形式存在，而非以游離狀態(tài)存在，當(dāng)開(kāi)采時(shí)，暴露出作業(yè)面壓力降低，瓦斯以氣體形式得以釋放。除了存在狀態(tài)和高壓條件的不同，煤層又是一種缺氧的狀態(tài)，且煤層中還賦存CO、CO₂以及H₂S等對(duì)甲烷氧化菌生長(zhǎng)繁殖有害的氣體。因此，研究發(fā)明一種模擬煤礦井下環(huán)境的甲烷氧化菌馴化培養(yǎng)裝置及方法，實(shí)驗(yàn)不同溫度、氣氛環(huán)境、煤層應(yīng)力及pH等條件下的煤層條件，篩選、馴化出能夠適應(yīng)煤礦環(huán)境的以甲烷為主要碳源的兼性厭氧型礦用甲烷氧化菌，具有至關(guān)重要的意義。