水和乳化液对煤层产甲烷菌群活性影响研究

【摘要】： 在中国目前能源结构中,尽管煤炭在能源份额中有下降趋势,但是市场需求逐年增加。随着开采量的增加,煤矿瓦斯灾害事故虽呈下降趋势,但仍时有发生。煤层注水与水力作业在解决煤矿安全与生产难题的同时,也改变了煤层微生物生存环境。本文针对煤层产甲烷菌在新的环境条件下是否能够产生大量甲烷气体,增加煤层瓦斯含量,影响煤矿安全展开了深入的研究。 本文利用同位素分析法,对煤样中的甲烷生成方式、甲烷菌的活动迹象以及类别进行了综合性分析。并通过地下水与煤层气的氢同位素分析证实生物气的来源。分析结果表明Springfield与Seelyville煤层中具有甲烷菌的活动迹象,并且甲烷菌隶属于二氧化碳转化甲烷菌种。 通过以水为培养条件下的甲烷菌群的环境适应特征(温度,环境酸碱度,营养元素以及能量需求等)研究,对甲烷菌的环境适应性作出分析。对煤层环境能否满足产甲烷菌群的生存特征以及由于水力作业或注水过程中受水或乳化液影响,对煤层环境的变化能否激活菌群做出了判定。 根据产甲烷菌群对煤中有机物的选择性代谢特征研究,证实了,伴随代谢过程对煤中有机成分的消耗,甲烷菌群的种群数量和产气速率将受到影响。通过以乳化液为培养条件下,对干燥煤层与湿润煤层中产甲烷菌的生存特征进行了细致分析。结果表明乳化油非但无法抑制产甲烷菌群的活性,反而会由于二氧化碳固定特性使其有利于微生物对碳元素的获取。乳化油作用下形成的煤表面的油膜,为绝对厌氧的产甲烷微生物提供了理想的生存环境。因此乳化液不具备对产甲烷菌的抑制作用,相反其能够有效促进产甲烷菌的代谢和繁殖。水力作业和注水过程中,由于水或乳化液对煤层微生物生存环境的改变,能够使休眠状态的产甲烷菌群被激活,利用煤中的部分有机、无机成分作为营养源完成代谢、生长,并产生甲烷气体,是煤层甲烷含量增加,从而增加了矿山瓦斯灾害发生的危险性。 该论文有图85幅,表13个,参考文献105篇。 【关键词】：瓦斯 产甲烷菌群 水 乳化液
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 图清单16-22
• 表清单22-23
• 1 绪论23-32
• 1.1 论文研究背景及意义23-24
• 1.2 煤层注水以水力作业研究现状24-25
• 1.3 生物气在煤层气成因中的作用研究现状25-27
• 1.4 产甲烷菌研究综述27-29
• 1.5 主要研究内容29-30
• 1.6 主要研究方案及方法30-32
• 2 微生物生长活性32-60
• 2.1 微生物生长环境、营养和新陈代谢特征33-41
• 2.2 厌氧微生物活性41-49
• 2.3 甲烷菌新陈代谢特性49-55
• 2.4 微生物的自身抑制与诱导55-59
• 2.5 本章小结59-60
• 3 煤层产甲烷菌活动迹象研究60-78
• 3.1 煤层气成分分析60-70
• 3.2 地下水水样分析70-72
• 3.3 Springfield 煤层产甲烷菌活动迹象分析72-74
• 3.4 Seelyville 煤层产甲烷菌活动迹象分析74-76
• 3.5 本章小结76-78
• 4 煤层甲烷菌当前活性研究78-87
• 4.1 实验系统设计78-80
• 4.2 煤样与培养液制备与实验方案80-82
• 4.3 煤层产甲烷菌当前活性实验研究结果分析82-86
• 4.4 本章小结86-87
• 5 煤层产甲烷菌群生存环境影响因素87-114
• 5.1 菌群生存特征的实验系统设计88-89
• 5.2 煤样与培养液的制备89-93
• 5.3 煤层产甲烷菌群生存环境影响实验结果分析93-113
• 5.4 本章小结113-114
• 6 煤层甲烷菌产甲烷能力及对煤中有机成分降解选择性114-122
• 6.1 实验方法以及系统设计114-116
• 6.2 煤层产甲烷菌群甲烷生产能力试验结果分析116-121
• 6.3 本章小结121-122
• 7 煤层产甲烷菌群在乳化液中的生长特性评定122-145
• 7.1 乳化液特性122-123
• 7.2 湿润煤层中乳化液对产甲烷菌的影响123-135
• 7.3 干燥煤层中注水对产甲烷菌的影响135-143
• 7.4 本章小结143-145
• 8 水力作业或注水与煤层产甲烷菌群激活与活性特征的相关性145-158
• 8.1 煤层产甲烷菌在煤层中的状态145-150
• 8.2 煤层环境对甲烷菌生存的适应性特征150-154
• 8.3 水对甲烷菌生存的适应性特征154-157
• 8.4 本章小结157-158
• 9 全文总结与展望158-161
• 9.1 全文总结158-160
• 9.2 展望160-161
• 10 创新点161-162
• 参考文献162-170
• 作者简历170-172
• 学位论文数据集172

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