本發(fā)明屬于礦山采空區(qū)充填與秸稈的生物轉(zhuǎn)化相結(jié)合的工程領(lǐng)域，具體涉及一種礦山采空區(qū)充填秸稈生物產(chǎn)氣系統(tǒng)及其產(chǎn)氣工藝。

背景技術(shù)：

我國(guó)采空區(qū)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(wèn)題。秸稈是農(nóng)作物收獲后的主要遺留物，資源分布廣泛且數(shù)量巨大，但利用率低，傳統(tǒng)的焚燒處理造成資源浪費(fèi)且嚴(yán)重污染環(huán)境。研究證實(shí)，礦井水中的普遍含有可降解秸稈的微生物菌群，使其轉(zhuǎn)化為清潔能源—生物甲烷。但目前尚未有利用礦山采空區(qū)這種密閉空間的優(yōu)勢(shì)充填秸稈生物生產(chǎn)甲烷氣體的構(gòu)想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種火電廠余熱控溫下的礦山采空區(qū)充填秸稈生物產(chǎn)氣系統(tǒng)及其產(chǎn)氣工藝，該系統(tǒng)及工藝用秸稈充填采空區(qū)，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(chǎn)生甲烷氣體。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種礦山采空區(qū)充填秸稈生物產(chǎn)氣系統(tǒng)，包括在礦井采空區(qū)上方開設(shè)有與地面連通的熱水進(jìn)入井、回水井、溫度監(jiān)測(cè)井、外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井以及生物氣集輸井，采空區(qū)內(nèi)的地面上縱橫交錯(cuò)鋪設(shè)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(shè)置有散熱片，熱水進(jìn)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(guò)熱水進(jìn)入井伸入到采空區(qū)內(nèi)與保溫管路的進(jìn)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(guò)回水井再返回到火電廠，采空區(qū)內(nèi)填充有粉碎后的秸稈，溫度監(jiān)測(cè)井內(nèi)設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)采空區(qū)內(nèi)溫度的溫度傳感器，在熱水進(jìn)入井的井口處設(shè)置有連接在余熱水排出管上的溫度計(jì)和流量控制閥。

溫度監(jiān)測(cè)井設(shè)置有若干個(gè)，若干個(gè)溫度監(jiān)測(cè)井均勻分布在礦井采空區(qū)上方。

水平距離采空區(qū)為10m、30m、50m的地面向下鉆若干個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井，在地下水監(jiān)測(cè)井內(nèi)安裝有地下水遙測(cè)終端機(jī)。

水平距離采空區(qū)為20m、50m、100m、500m的地面向下鉆若干個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)井，地表沉降監(jiān)測(cè)井的井口處安裝有在線監(jiān)測(cè)預(yù)警終端機(jī)、gps、全站儀對(duì)采空區(qū)及周邊地表的位移與裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)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(qū)充填秸稈生物產(chǎn)氣系統(tǒng)的產(chǎn)氣工藝，包括以下步驟：

（1）、在礦井采空區(qū)內(nèi)鋪設(shè)保溫管路，通過(guò)熱水進(jìn)入井將余熱水排出管的出水口與保溫管路的進(jìn)水口連接，在余熱水排出管上設(shè)置位于熱水進(jìn)入井的井口處的溫度計(jì)和流量控制閥，通過(guò)回水井將回水管的進(jìn)水口與保溫管路的出水口連接，并在火電廠設(shè)置連接在熱水進(jìn)水管上的循環(huán)水泵，分別在熱水進(jìn)入井和回水井的進(jìn)口處封閉熱水進(jìn)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(jī)把秸稈粉碎后，通過(guò)專門鉆井通道或者礦井原有的巷道輸送到采空區(qū)進(jìn)行充填，秸稈在采空區(qū)內(nèi)盡量充滿壓實(shí)；

（3）、在溫度監(jiān)測(cè)井內(nèi)設(shè)置用于監(jiān)測(cè)采空區(qū)內(nèi)溫度的溫度傳感器，并封閉溫度監(jiān)測(cè)井和外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井；

（4）、啟動(dòng)循環(huán)水泵，熱水由余熱水排出管流入到保溫管路內(nèi)，經(jīng)保溫管路和散熱片將熱量散發(fā)到采空區(qū)內(nèi)，較低溫度的水再經(jīng)回水管回流到火電廠，通過(guò)溫度傳感器采集的采空區(qū)溫度、溫度計(jì)采集的入口溫度和流量控制閥采集的流量數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保證當(dāng)采空區(qū)溫度維持在30-35℃；

（5）、通過(guò)外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井向采空區(qū)內(nèi)注入浸泡秸稈的本源或注入外源菌液，間隔15天后再通過(guò)外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井將采空區(qū)內(nèi)的液體采集上來(lái)，通過(guò)菌群鑒定、生長(zhǎng)特性、生物酶活性及代謝速率等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)菌群代謝及環(huán)境的監(jiān)測(cè)；

（6）、秸稈產(chǎn)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(nèi)。

步驟（1）實(shí)施的同時(shí)，在水平距離采空區(qū)為10m、30m、50m的地面向下鉆若干個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井，在地下水監(jiān)測(cè)井內(nèi)安裝地下水遙測(cè)終端機(jī)，在秸稈產(chǎn)氣的過(guò)程中對(duì)采空區(qū)以外的地下水的水位、水溫、水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)并自動(dòng)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)地下水的變化規(guī)律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，防止出現(xiàn)地下水污染問(wèn)題。

步驟（1）實(shí)施的同時(shí)，在水平距離采空區(qū)為20m、50m、100m、500m的地面上安裝在線監(jiān)測(cè)預(yù)警終端機(jī)、gps、全站儀對(duì)采空區(qū)及周邊地表的位移與裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與未充填秸稈的采空區(qū)地表進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)價(jià)地表沉降的減弱程度。

步驟（6）中在一個(gè)礦井范圍內(nèi)若存在多個(gè)采空區(qū)時(shí)，通過(guò)在地面上鋪設(shè)專用管道把多個(gè)采空區(qū)產(chǎn)生的生物氣進(jìn)行集輸。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明中的保溫管路上設(shè)置散熱片，這樣可提高余熱水的散熱效率。在余熱水排出管在地面上的部分外部包裹有保溫棉，盡量減少熱水在地面上的損耗，讓更多的熱量在采空區(qū)內(nèi)釋放。熱水進(jìn)入井與火電廠的距離小于回水井與火電廠的距離，這也是盡量減少余熱水在地面上損耗。

本發(fā)明將秸稈充填采空區(qū)，減緩地表沉降，同時(shí)礦井水含有生物菌群或外源菌在電廠余熱控溫下能高效將秸稈降解為生物甲烷，實(shí)現(xiàn)礦井綠色開采和秸稈高效利用。本發(fā)明利用礦井水含有的本源菌群或注入外源菌群，把采空區(qū)充填的秸稈降解為生物甲烷，具有減緩地面沉降和獲取清潔能源雙重效果。

本發(fā)明利用了礦山地下采空區(qū)的良好空間優(yōu)勢(shì)，也緩解采空區(qū)充填材料不足、成本高等問(wèn)題，地面沉降帶來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，達(dá)到礦井綠色開采的目的；同時(shí)利用生物技術(shù)把秸稈轉(zhuǎn)化為清潔能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的一種礦山采空區(qū)充填秸稈生物產(chǎn)氣系統(tǒng)，包括在礦井采空區(qū)17上方開設(shè)有與地面連通的熱水進(jìn)入井1、回水井2、溫度監(jiān)測(cè)井3、外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井4以及生物氣集輸井5，采空區(qū)17內(nèi)的地面上縱橫交錯(cuò)鋪設(shè)在有不銹鋼或鋁合金材料（減少腐蝕）制成的保溫管路6，保溫管路6上均勻設(shè)置有散熱片，熱水進(jìn)入井1與火電廠7的距離小于回水井2與火電廠7的距離，火電廠7的余熱水排出管8穿過(guò)熱水進(jìn)入井1伸入到采空區(qū)17內(nèi)與保溫管路6的進(jìn)水口連接，保溫管路6的出水口連接有回水管9，回水管9向上穿過(guò)回水井2再返回到火電廠7，采空區(qū)17內(nèi)填充有粉碎后的秸稈18，溫度監(jiān)測(cè)井3內(nèi)設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)采空區(qū)17內(nèi)溫度的溫度傳感器10，在熱水進(jìn)入井1的井口處設(shè)置有連接在余熱水排出管8上的溫度計(jì)11和流量控制閥12。

溫度監(jiān)測(cè)井3設(shè)置有若干個(gè)，若干個(gè)溫度監(jiān)測(cè)井3均勻分布在礦井采空區(qū)17上方。

水平距離采空區(qū)17為10m、30m、50m的地面向下鉆若干個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井13，在地下水監(jiān)測(cè)井13內(nèi)安裝有地下水遙測(cè)終端機(jī)14。

水平距離采空區(qū)17為20m、50m、100m、500m的地面上鉆若干個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)井16，地表沉降監(jiān)測(cè)井16的井口處安裝在線監(jiān)測(cè)預(yù)警終端機(jī)15、gps、全站儀對(duì)采空區(qū)17及周邊地表的位移與裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

余熱水排出管8在地面上的部分外部包裹有保溫棉。

一種礦山采空區(qū)充填秸稈生物產(chǎn)氣系統(tǒng)的產(chǎn)氣工藝，包括以下步驟：

（1）、在礦井采空區(qū)17內(nèi)鋪設(shè)保溫管路6，通過(guò)熱水進(jìn)入井1將余熱水排出管8的出水口與保溫管路6的進(jìn)水口連接，在余熱水排出管8上設(shè)置位于熱水進(jìn)入井1的井口處的溫度計(jì)11和流量控制閥12，通過(guò)回水井2將回水管9的進(jìn)水口與保溫管路6的出水口連接，并在火電廠7設(shè)置連接在熱水進(jìn)水管上的循環(huán)水泵，分別在熱水進(jìn)入井1和回水井2的進(jìn)口處封閉熱水進(jìn)入井1和回水井2，生物氣集輸井5的井口連接氣體收集裝置；

（2）、在地面利用粉碎機(jī)把秸稈18粉碎后，通過(guò)專門鉆井通道或者礦井原有的巷道輸送到采空區(qū)17進(jìn)行充填，秸稈18在采空區(qū)17內(nèi)盡量充滿壓實(shí)；

（3）、在溫度監(jiān)測(cè)井3內(nèi)設(shè)置用于監(jiān)測(cè)采空區(qū)17內(nèi)溫度的溫度傳感器10，并封閉溫度監(jiān)測(cè)井3和外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井4；

（4）、啟動(dòng)循環(huán)水泵，熱水由余熱水排出管8流入到保溫管路6內(nèi)，經(jīng)保溫管路6和散熱片將熱量散發(fā)到采空區(qū)17內(nèi)，較低溫度的水再經(jīng)回水管9回流到火電廠7，通過(guò)溫度傳感器10采集的采空區(qū)17溫度、溫度計(jì)11采集的入口溫度和流量控制閥12采集的流量數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保證當(dāng)采空區(qū)17溫度維持在30-35℃；

（5）、通過(guò)外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井4向采空區(qū)17內(nèi)注入浸泡秸稈18的本源或注入外源菌液，間隔15天后再通過(guò)外源菌注入及菌群監(jiān)測(cè)井4將采空區(qū)17內(nèi)的液體采集上來(lái)，通過(guò)菌群鑒定、生長(zhǎng)特性、生物酶活性及代謝速率等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)菌群代謝及環(huán)境的監(jiān)測(cè)；

（6）、秸稈18產(chǎn)出的生物氣由生物氣集輸井5向上排出收集到氣體收集裝置內(nèi)。

步驟（1）實(shí)施的同時(shí)，在水平距離采空區(qū)17為10m、30m、50m的地面向下鉆若干個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井13，在地下水監(jiān)測(cè)井13內(nèi)安裝地下水遙測(cè)終端機(jī)14，在秸稈18產(chǎn)氣的過(guò)程中對(duì)采空區(qū)17以外的地下水的水位、水溫、水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)并自動(dòng)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)地下水的變化規(guī)律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，防止出現(xiàn)地下水污染問(wèn)題。

步驟（1）實(shí)施的同時(shí)，在水平距離采空區(qū)17為20m、50m、100m、500m的地面上安裝在線監(jiān)測(cè)預(yù)警終端機(jī)15、gps、全站儀對(duì)采空區(qū)17及周邊地表的位移與裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與未充填秸稈18的采空區(qū)17地表進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)價(jià)地表沉降的減弱程度。

步驟（6）中在一個(gè)礦井范圍內(nèi)若存在多個(gè)采空區(qū)17時(shí)，通過(guò)在地面上鋪設(shè)專用管道把多個(gè)采空區(qū)17產(chǎn)生的生物氣進(jìn)行集輸。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。