[发明专利]一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统及方法

权利要求书

1.一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统，其特征在于：包括多分支井、瓦斯抽采装置、瓦斯抽采管、阀门Ⅲ、培养液注入管、阀门Ⅳ、制氮装置、注氮管、阀门Ⅱ、微生物培养装置、混合处理装置、阀门Ⅰ、三通Ⅰ、三通Ⅱ、温度传感器、甲烷传感器、CO传感器、信号传输装置、地面中心站、密封装置、四通、抽液管、阀门Ⅴ，所述的多分支井钻设位置位于老空区边界煤柱上方地面，垂直段距离老空区边界30~40m，造斜点Ⅰ、Ⅲ位于边界煤柱上方60~80m处，瓦斯抽采管、培养液注入管、注氮管分别通过多分支井下放至老空区裂隙带上部边界处，待水平段施工完成之后，即在多分支井水平段内每隔50m布置温度传感器、甲烷传感器、CO传感器，通过信号传输装置与地面中心站连接；造斜点Ⅱ、Ⅳ位于老空区底板上方20m处，造斜段末端伸入老空区底板下方2m，将抽液管通过多分支井下放至老空区底板处；在地面井口处布设密封段，多分支井口与四通相连，四通的一端连接三通Ⅱ，三通Ⅱ的一侧依次连接阀门Ⅳ，培养液注入管，另一侧依次连接阀门Ⅴ，抽液管；一端依次连接阀门Ⅲ、瓦斯抽采管、瓦斯抽采装置；一端连接三通，三通Ⅰ的一侧依次连接阀门Ⅰ、混合处理装置，混合处理装置分别与制氮装置、微生物培养装置连接，另一侧依次连接阀门Ⅱ、制氮装置。

2.根据权利要求1所述的老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统，其特征在于：所述的微生物培养装置所培养的微生物为高耗氧型微生物，选取硫氧化菌中的化能营养菌，其耐受温度在30~60℃之间。

3.一种老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火方法，采用上述权利要求1~2任一项所述的老空区煤层气地面抽采耗氧微生物防灭火系统，其特征在于包括以下步骤：

（1）根据煤矿提供的地质勘探资料，由老空区边界煤柱上方地面向老空区钻设多分支井，垂直段距离老空区边界30~40m，造斜点Ⅰ、Ⅲ位于边界煤柱上方60~80m处，水平段Ⅰ、Ⅱ分别钻设于上、下两层老空区裂隙带上部边界处，下放瓦斯抽采管、注氮管和培养液注入管，待水平段施工完成之后，即在多分支井水平段内每隔50m布置温度传感器、甲烷传感器、CO传感器、信号传输装置，通过信号传输装置与地面中心站连接，造斜点Ⅱ、Ⅳ位于老空区底板上方20m处，造斜段末端伸入老空区底板下方2m，将抽液管通过多分支井下放至老空区底板处；在地面井口处布设密封段，多分支井口与四通相连，四通的一端连接三通Ⅱ，三通Ⅱ的一侧依次连接阀门Ⅳ，培养液注入管，另一侧依次连接阀门Ⅴ，抽液管；一端依次连接阀门Ⅲ、瓦斯抽采管、瓦斯抽采装置；一端连接三通Ⅰ，三通Ⅰ的一侧依次连接阀门Ⅰ、混合处理装置，混合处理装置分别与制氮装置、微生物培养装置连接，另一侧依次连接阀门Ⅱ、制氮装置；

（2）下放温度传感器之后，以所有温度传感器示数的平均值作为此时老空区温度，记为T₁；

（3）将微生物培养装置培养的耗氧微生物与制氮装置制备的氮气在混合处理装置中与空气混合，打开阀门Ⅰ，将含有耗氧微生物的混合气体由注氮管注入老空区，持续4h；

（4）关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅳ，通过培养液注入管将3000~10000L的微生物培养液注入老空区；

（5）120h后，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽取500mL老空区气体，检测气体中的氧含量，若氧含量在10%以上，则通过培养液注入管继续注入1000~2000L的培养液，此后每隔24h通过瓦斯抽采管抽取500mL老空区气体，检测气体中的氧含量，待氧含量达到10%以下，通过抽液管抽采矿井水以及剩余微生物培养液5h后，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽采煤层气；

（6）每隔5d，检测抽采气体内的氧含量；若氧含量在10%以下，则继续抽采煤层气；若氧含量在10%以上，则关闭阀门Ⅲ，打开阀门Ⅰ，将含有耗氧微生物的混合气体由注氮管注入老空区，持续4h后关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅳ，通过培养液注入管路将1000~2000L的微生物培养液注入老空区，每隔24h后，关闭阀门Ⅳ，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽采500mL煤层气，检测气体中氧含量，达到10%以下后方可继续抽采煤层气；

（7）通过地面中心站全过程实时监控井下温度、各类气体含量，当温度达到60℃或CO体积分数达到30~200ppm之间的某一确定值且有稳定增加的趋势时，关闭阀门Ⅲ，停止抽采，打开阀门Ⅰ，通过注氮管注入含有耗氧微生物的混合气体4h，关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅳ，通过培养液注入管注入1000~2000L微生物培养液，降低老空区内的氧气含量，消除火灾隐患，待氧气含量下降至10%且CO的体积分数不再增加，持续24h后，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽采煤层气；若已发生火灾或爆炸，迅速关闭阀门Ⅲ，停止抽采，打开阀门Ⅱ，通过注氮管、抽液管注入5~8MPa氮气封闭火区，待火区内温度下降至T₁以下且CO体积分数达到30ppm以下维持72h不变后，关闭阀门Ⅱ，打开阀门Ⅲ，通过瓦斯抽采管抽采煤层气。