專利名稱：瓦斯分解消除液及煤礦瓦斯治理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種瓦斯分解消除液及煤礦瓦斯治理方 法。
背景技術(shù)：
煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源，占全國一次能源消費(fèi)的70%左右，在國民經(jīng)濟(jì)中具 有重要的戰(zhàn)略地位。改革開放以來，煤炭工業(yè)取得了長足發(fā)展，產(chǎn)量持續(xù)增長，生產(chǎn)技術(shù)水 平逐步提高，安全生產(chǎn)條件有所改善，但仍然存在著增長方式粗放、安全事故多發(fā)、資源浪 費(fèi)嚴(yán)重、環(huán)境治理滯后等問題，特別是安全事故多發(fā)問題令世人關(guān)注。國有重點(diǎn)煤礦中將近 一半是高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井，每年發(fā)生瓦斯突出100多次。國有地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤 礦的高、突礦井約占30%。由于對主要災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理尚未掌握，特別是在煤與瓦斯突出的 預(yù)測、監(jiān)控等方面，還有許多問題需要深入研究和探索，還不能從根本上杜絕煤礦災(zāi)害的發(fā) 生。瓦斯爆炸、瓦斯突出是煤礦安全生產(chǎn)的最大威脅，是各地煤礦最頭疼最難解決的一個世 界性難題。瓦斯事故一旦出現(xiàn)，往往是群死群傷的惡性事故。我國是煤炭生產(chǎn)大國，統(tǒng)計(jì)資 料顯示，目前我國每年因瓦斯事故造成死亡的人數(shù)占煤礦死亡的人數(shù)的15%以上。經(jīng)濟(jì)損 失之大，政治影響之惡劣是其它事故不可比擬的。各煤礦無不把瓦斯治理放在安全工作的 首位，不惜在人力、物力、財(cái)力上的投入，但治理效果仍不理想。瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機(jī)質(zhì)經(jīng)厭氧菌的作用分解而成。 在高溫、高壓的環(huán)境中，在成煤的同時，由于物理和化學(xué)作用，繼續(xù)生成瓦斯。瓦斯是無色、 無味、無臭的氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷， 此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等，瓦斯難溶 于水，不助燃也不能維持呼吸，達(dá)到一定濃度時，能使人因缺氧而窒息，并能發(fā)生燃燒或爆 炸(爆炸界限為5 16% )。煤層中的瓦斯只有10 15%為游離態(tài)氣體瓦斯，85 90% 為非游離態(tài)吸附瓦斯。傳統(tǒng)的瓦斯治理方法主要包括瓦斯抽放、煤層注水、瓦斯排放、加強(qiáng)通風(fēng)、杜絕引 爆火源、開采解放層等。其基本思路一是降低煤層瓦斯含量，以減少采掘工作面瓦斯涌出 量，從而避免采掘工作面因瓦斯?jié)舛瘸薅鸬耐咚贡ㄊ鹿?；二是降低瓦斯壓力，以?除瓦斯突出的動力源問題。從而避免采掘工作面因瓦斯壓力太大得不到釋放而造成的瓦斯 和煤的突出問題。傳統(tǒng)治理方法存在的主要問題①投入比較大，帶來、生產(chǎn)成本居高不下。 資料顯示，高瓦斯礦井，特別是高突出礦井，每年用于瓦斯治理的投入約占生產(chǎn)成本的25% 左右，致使產(chǎn)品成本過高，投入過大，在市場競爭激烈的情況下，有些礦陷于被動，主要原因 就在于此；②煤礦不僅要在瓦斯治理上花費(fèi)很大投入，而且要占用很多采掘工作面的有效 時間，致使采掘效率很難有大的提高，煤礦的發(fā)展受到嚴(yán)重制約。專家估計(jì)，如果瓦斯治理 有重大突破，在現(xiàn)有的條件下，不建新井，全國的煤炭產(chǎn)量就可提高8 10%以上。中國專利文獻(xiàn)CN 100362209C中公開了一種煤礦瓦斯爆炸突出治理方法及其配 用的瓦斯消溶劑，其瓦斯消溶劑為醋酸和酵母構(gòu)成的水溶液。眾所周知的是，煤礦瓦斯的主要成份為甲烷(CH4),其雖是一種最簡單的有機(jī)化合物，但因其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不活潑，正 常情況下不易與其他物質(zhì)發(fā)生理化作用，只有在高溫高壓下才能與某些物質(zhì)成分發(fā)生化學(xué) 作用，井下采掘工作面不可能形成高溫條件，只能在高壓的條件下借助催化劑和助溶劑的 催化助溶作用，才有可能促使甲烷與其它物質(zhì)成分發(fā)生理化反應(yīng)，達(dá)到消溶甲烷(CH4)的目 的。因此，可以想見的是，僅憑醋酸和酵母的作用是難以很好的完成對瓦斯的消溶作用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種瓦斯分解消除液，它能快速有效分解消除煤 體內(nèi)的瓦斯；同時給出了一種簡單易行的利用該瓦斯分解消除液治理煤礦瓦斯的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種瓦斯分解消除液，以重量百分比計(jì)，含有啤酒(9 12° P的啤酒均可，下 同)1 3%、乙酸8 15%、醋酸鈷0. 05 0. 1%，余量為水。所述瓦斯分解消除液含有啤酒1%、乙酸8%、醋酸鈷0. 1%，余量為水。所述瓦斯分解消除液，含有啤酒2%、乙酸10%、醋酸鈷0. 1%，余量為水。一種瓦斯分解消除液，含有以重量百分比計(jì)的啤酒1 3%、乙酸8 15%、醋酸 鈷0. 05 0. 1%、酵母浸粉1 2%，余量為水。所述瓦斯分解消除液含有啤酒1 %、乙酸9 %、醋酸鈷0. 08 %、酵母浸粉1 %，余量 為水。所述瓦斯分解消除液含有啤酒2%、乙酸10%、醋酸鈷0. 1%、酵母浸粉2%，余量 為水。上述酵母浸粉也可以等量成分的酵母浸膏代替。瓦斯分解消除液通過注液泵壓力注入煤層裂隙，在催化劑的作用下與煤層中的幾 種有害氣體迅速發(fā)生化合反應(yīng)，生成新的無毒無害的液態(tài)化合物，消化吸收煤層中的大量 瓦斯。使煤層瓦斯含量大量減少，壓力大量降低，從而使煤掘面、工作面的瓦斯涌出量大量 降低。一種煤礦瓦斯治理方法，包括以下步驟(1)先在煤礦采掘工作面的煤體中打注液鉆孔，孔間距1 1. 5m，鉆孔方向與煤層 面傾斜方向相一致；(2)用注液泵把權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的瓦斯分解消除液以8 16Mpa的 壓力經(jīng)由所述鉆孔注入煤體，每孔注入10 15kg ；(3)封孔，反應(yīng)浸潤3. 5 5小時，瓦斯已降至煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，即可采掘；在所述步驟(1)中，采掘工作面上每4m2打4 6個注液鉆孔，其孔徑40 50mm， 孔深5 10m。瓦斯消除液的用量也可在實(shí)際工作當(dāng)中總結(jié)得出根據(jù)采掘工作面控制瓦斯?jié)舛?的要求，結(jié)合煤層瓦斯含量多少、煤層構(gòu)造的類型、注液孔的深度和數(shù)量、注液壓力等，當(dāng)注 液工作中工作面煤體鉆孔處滲出汗珠時，即可停止注液，記錄總注液量，做為該工作面及類 似工作面計(jì)算注液量的參考。要知道注液量多少是以能保安全為原則，注多了會增加注液 成本和注液時間，少了則達(dá)不到效果。瓦斯分解消除液按照設(shè)計(jì)的比例和用量，用注液泵經(jīng)注液鉆孔以8 16Mpa的壓力注入煤體，使瓦斯分解消除液充分浸潤進(jìn)煤層，與煤層內(nèi)瓦斯充分接觸，產(chǎn)生以下作用①助溶作用使部分游離氣態(tài)瓦斯溶入煤體、部分游離氣態(tài)瓦斯粘附到煤體表面， 變?yōu)榉怯坞x的固態(tài)瓦斯。②催化作用瓦斯分解消除液中的醋酸鈷等成分能促進(jìn)自由基的生成，具有良好的 催化作用，在高壓條件下使甲烷(CH4)與煤層中的氧氣、氮?dú)?、二氧化碳等氣體發(fā)生化合作 用，生成無毒無害的液態(tài)酯質(zhì)化合物氨基酸酯等產(chǎn)物，使煤層中的部分瓦斯被轉(zhuǎn)化，從而降 低了煤層中瓦斯含量。有代表性的化學(xué)反應(yīng)包括
催化劑6CH4+2C02+302+2N2 =二二二 4NH2C00CH3+2H20,或
高壓
催化劑
8CH4+02+4N2 ==二==4NH2C00CH3+H20 高壓上述反應(yīng)中的反應(yīng)起始物均為氣體，生成物均為液態(tài)，在高壓條件下，極有利于化 學(xué)反應(yīng)正向進(jìn)行。③化合轉(zhuǎn)化作用本發(fā)明瓦斯分解消除液制備原料中的啤酒中含有豐富的醇類、脂 類物質(zhì)、有機(jī)酸等物質(zhì)，可提供多種參與反應(yīng)的起始物質(zhì)及中間產(chǎn)物，有利于甲烷的快速消 解、轉(zhuǎn)化；乙酸可提供大量的乙?；龠M(jìn)瓦斯成分的分解、轉(zhuǎn)化；添加酵母浸粉或酵母浸 膏也可提供多種參與反應(yīng)的起始物質(zhì)及中間產(chǎn)物，同時可引入大量的酵母，促進(jìn)生物化學(xué) 反應(yīng)的進(jìn)行；上述營養(yǎng)成分也可有利于煤層中甲烷氧化菌的快速增殖，而甲烷氧化菌可直 接將甲烷氧化生成CO2 ；醋酸鈷在多種有機(jī)反應(yīng)進(jìn)程中具有高效反應(yīng)催化作用。在高壓條件 下和催化劑的作用下，瓦斯分解消除液中的多種成分與甲烷發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)， 產(chǎn)生多種液態(tài)的或易溶于水的物質(zhì)，如酯類等，大量的甲烷被轉(zhuǎn)化、吸納、分解，從而大大降 低了煤層瓦斯的含量。④隔斷作用催化作用、化合作用產(chǎn)生的化合物都為液態(tài)酯質(zhì)化合物，這些化合物 與注射液混合，提高了注射液的黏度，這些有一定黏性的脂類物質(zhì)進(jìn)入煤體微小裂縫和裂 縫中，堵塞注液體以外煤體瓦斯進(jìn)入注液體內(nèi)的通道，在采掘工作面周圍形成一個保護(hù)圈， 可保證采掘工作面的采掘工作能夠正常進(jìn)行。⑤浸潤煤體作用瓦斯分解液本身含有水分，注液時要兌入大量水分，注液在客觀 上起到煤層注水浸潤煤體的作用。實(shí)踐證明，煤層注水有兩個重要作用一是浸潤煤體，降 低采掘過程中的煤塵產(chǎn)生量、對改善工作環(huán)境、保護(hù)工人身體健康、提高工人工作效率、防 止煤塵爆炸有重要作用；二是注水能部分降低工作面瓦斯涌出量，對防止瓦斯?jié)舛瘸抻?一定作用。⑥卸壓防突作用在以上多種作用的合力下，使煤層中游離氣態(tài)瓦斯含量大大減 少，其體積大大收縮，壓力大大降低，從根本上解除了瓦斯突出的動力源，瓦斯突出問題得 到了較好的解決；與此同時，因瓦斯壓力降低，注液阻力相應(yīng)降低，在同樣的注射壓力下單 純注水的注射半徑為3 5m，注水鉆孔孔底以外根本注不進(jìn)水。注入吸收瓦斯分解液，注液 半徑可達(dá)6 8m，注液鉆孔孔底前面可注2 3m，抗突煤柱可達(dá)4 5m，抗突能力大大提聞。本發(fā)明具有積極有益的效果1.傳統(tǒng)煤掘面治理瓦斯24 72小時只能掘2 3米，用本發(fā)明瓦斯治理方法 24 72小時掘8 16米；本發(fā)明治理成本與傳統(tǒng)治方法相比可降低70 90%。2.用本發(fā)明瓦斯治理方法可消除96%以上的煤體內(nèi)瓦斯，在煤體注入瓦斯分解 消除的過程中煤巷瓦斯明顯降低，符合國家安全治理規(guī)定，從根本上改變了煤礦由被動治 理瓦斯變?yōu)橹鲃酉后w瓦斯。3.操作簡便易行本發(fā)明方法治理瓦斯的方法類似于傳統(tǒng)的煤層注水，操作方法簡 單實(shí)用。4.本發(fā)明瓦斯分解消除液為綠色產(chǎn)品，符合環(huán)保要求；瓦斯分解液生產(chǎn)制備所使 用原料無毒無害，與瓦斯成分反應(yīng)生成物亦為無毒無害物質(zhì)，且對煤質(zhì)和煤的使用無不良影響。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1效果對比試驗(yàn)2009年3月中、下旬于新密市某煤礦9011掘進(jìn)面上進(jìn)行效果驗(yàn)證試驗(yàn)，方法如 下(1)首先根據(jù)計(jì)算所需要的量購置各種原料，按下述成分比例(重量百分含量)均 勻混合后制備出瓦斯分解消除液啤酒(10° P)2%、乙酸12%、醋酸鈷0.08%，余量為水。(2)3月14日在掘進(jìn)巷道的煤層A斷面(IOm2左右)中部區(qū)域打4個注液孔 (Φ42πιπι，孔深6m，孔間距Im)，鉆孔方向與煤層走向大致呈15°夾角，在注液開始前，測量 并記錄掘面瓦斯?jié)舛?、回風(fēng)瓦斯?jié)舛燃懊后w瓦斯?jié)舛?以數(shù)據(jù)多點(diǎn)多次測量，取平均值)， 隨后用注液泵將上述瓦斯分解消除液以15Mpa的壓力經(jīng)由上述鉆孔注入煤體，每孔注入 12kg, 20分鐘后注液完成；注液完成后封孔，浸潤、滲透反應(yīng)4小時后，在同樣的地點(diǎn)，以同 樣的方式及設(shè)備測量記錄掘面瓦斯?jié)舛取⒒仫L(fēng)瓦斯?jié)舛燃懊后w瓦斯?jié)舛取?3) 3月16日在上述掘進(jìn)巷道的煤層B斷面重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)一次，B斷面為自A斷面 處向前掘進(jìn)15m后的新斷面，其有關(guān)的構(gòu)造情況和其它試驗(yàn)條件與A斷面處基本一致。(4) 3月19日在上述掘進(jìn)巷道的煤層C斷面進(jìn)行常規(guī)的注水治理試驗(yàn)(有關(guān)方法 不贅述)，C斷面為B斷面后IOm處的新斷面，其起始試驗(yàn)條件與前同。(5)3月21日在上述掘進(jìn)巷道的煤層D斷面處重復(fù)前述步驟(4)所述的試驗(yàn)，D斷 面為C斷面后6m處的新斷面，其起始試驗(yàn)條件與前同。以上試驗(yàn)結(jié)果詳見表1。實(shí)施例2鞏義市某煤礦應(yīng)用例2008年8月在該礦M煤層工作面(面積近9m2)鉆打注液孔(Φ 42mm，孔深6m，孔 間距80cm)4個，鉆孔方向與煤層傾斜方向相一致；未注入瓦斯消除液前，煤體內(nèi)檢測瓦斯 濃度為95%，以SMpa的壓力向每孔以注入瓦斯消除液14kg，封孔反應(yīng)4h后，檢測煤體內(nèi)瓦 斯?jié)舛冉抵?9%，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)啤酒(11° P)l%、乙酸8%、醋 酸鈷0. 07%，其余為水。實(shí)施例3平頂山市某煤礦應(yīng)用例
2009年3月在該礦W煤層工作面(面積12m2)鉆打注液孔(Φ42πιπι，孔深6m，孔 間距70cm)5個，鉆孔方向與煤層傾斜方向相一致；注入瓦斯分解消除液之前，檢測煤體內(nèi) 瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)96%，以12Mpa的壓力向每孔注入瓦斯消除液11kg，封孔反應(yīng)3. 5h后，檢測 煤體內(nèi)瓦斯?jié)舛冉抵?6%，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)啤酒(9° P)3%、乙酸 14%、醋酸鈷0. 1%，其余為水。實(shí)施例4鄭州市某煤礦應(yīng)用例2010年1月下旬在該礦某采掘工作面(約IOm2)鉆打注液孔(Φ 42mm，孔深6m，孔 間距100cm)4個，鉆孔方向與煤層傾斜方向相一致；注入瓦斯分解消除液之前，檢測煤體內(nèi) 瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)97%，以IOMpa的壓力向每孔注入瓦斯消除液9kg，封孔反應(yīng)消解5h后，檢測 煤體內(nèi)瓦斯?jié)舛冉抵?4%，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)啤酒(10° P)l%、乙酸 8%、醋酸鈷0. 05%，酵母浸粉1%，其余為水。實(shí)施例5永煤集團(tuán)某下屬煤礦應(yīng)用例2010年3月于此礦某采掘工作面鉆打注液孔(Φ42πιπι，孔深6m，孔間距100cm) 4 個，鉆孔方向與煤層傾斜方向相一致；注入瓦斯分解消除液之前，檢測煤體內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?94%，以9Mpa的壓力向每孔注入瓦斯消除液15kg，封孔反應(yīng)消解5h后，檢測煤體內(nèi)瓦斯?jié)?度降至14%，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)啤酒3%、乙酸14%、醋酸鈷0.09%， 酵母浸粉2%，其余為水。實(shí)施例6焦作某煤礦應(yīng)用例2009年10月在此礦某采掘工作面鉆打注液孔(Φ 42mm，孔深8m，孔間距120cm) 5 個，鉆孔方向與煤層傾斜方呈20°夾角；注入瓦斯分解消除液之前，檢測煤體內(nèi)瓦斯?jié)舛?為94%，以9Mpa的壓力向每孔注入瓦斯消除液10kg，封孔反應(yīng)消解4. 5h后，檢測煤體內(nèi) 瓦斯?jié)舛冉抵?0%，上述瓦斯分解消除液含(重量百分比)啤酒2%、乙酸11%、醋酸鈷 0. 07%,酵母浸粉1.5%，其余為水。
權(quán)利要求
一種瓦斯分解消除液，其特征在于，含有以重量百分比計(jì)的啤酒1～3％、乙酸8～15％、醋酸鈷0.05～0.1％，余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒1%、乙酸8%、醋酸 鈷0. 1%，余量為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒2%、乙酸10%、醋酸 鈷0. 1%，余量為水。
4.一種瓦斯分解消除液，其特征在于，含有以重量百分比計(jì)的啤酒1 3%、乙酸8 15%、醋酸鈷0. 05 0. 1%、酵母浸粉1 2%，余量為水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒1%、乙酸9%、醋酸 鈷0. 08%、酵母浸粉1%，余量為水。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的瓦斯分解消除液，其特征在于，含有啤酒2%、乙酸10%、醋酸 鈷0. 1%、酵母浸粉2%，余量為水。
7. 一種煤礦瓦斯治理方法，其特征在于，包括以下步驟(1)先在煤礦采掘工作面的煤體中打注液鉆孔，孔間距0.6 1. 5m，鉆孔方向與煤層面 傾斜方向相一致，或與煤層傾斜方向呈0< 20°夾角；(2)用注液泵把權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的瓦斯分解消除液以8 16Mpa的壓力 經(jīng)由所述鉆孔注入煤體，每孔注入10 15kg ；(3)封孔，反應(yīng)3.5 5小時，即可采掘；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤礦瓦斯治理方法，其特征在于，在所述步驟(1)中，采掘工 作面上每4m2打4 6個注液鉆孔，其孔徑40 50mm，孔深5 10m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種瓦斯分解消除液及煤礦瓦斯治理方法。瓦斯分解消除液主要由啤酒、乙酸、醋酸鈷等均勻混配而成；以其治理瓦斯的方法為在煤礦采掘工作面的煤體中打注液鉆孔，孔間距0.6～1.5m，鉆孔方向與煤層面傾斜方向相一致，或與煤層傾斜方向呈0°～20°夾角；將瓦斯分解消除液以一定的壓力注入鉆孔；反應(yīng)3.5～5小時即可。瓦斯分解消除液為綠色產(chǎn)品，符合環(huán)保要求，其生產(chǎn)原料無毒無害，與瓦斯成分反應(yīng)生成物亦為無毒無害物質(zhì)，且對煤質(zhì)和煤的使用無不良影響；本發(fā)明瓦斯治理方法操作簡便易行，成本低，可有效消除96％以上的煤體內(nèi)瓦斯，在煤體注入瓦斯分解消除的過程中煤巷瓦斯明顯降低至安全界限以下。
文檔編號E21F7/00GK101906989SQ20101023955
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者吳星劍, 吳青 申請人:吳星劍