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基于B-GFP荧光菌的煤层注水扩散的空间特征及隙网渗流规律的生物示踪研究
1
作者
肖栋
彭苏萍
+1 位作者
李学臣
何海伦
《煤炭学报》
北大核心
2025年第6期3085-3099,共15页
辨识煤层中裂隙发育特征对于评价煤层渗透性和水力压裂等措施作用效果方面具有重要意义,随着煤矿开采深度的增加,在地应力及构造应力等因素的作用下,煤层裂隙发育的复杂性更加显著,传统的探测技术难以准确识别水力化措施裂隙的渗流路径...
辨识煤层中裂隙发育特征对于评价煤层渗透性和水力压裂等措施作用效果方面具有重要意义,随着煤矿开采深度的增加,在地应力及构造应力等因素的作用下,煤层裂隙发育的复杂性更加显著,传统的探测技术难以准确识别水力化措施裂隙的渗流路径。为此,利用煤层杆菌与蓝绿荧光(B-GFP)表达质粒融合,构建具有荧光特征的人工基因改造蓝绿荧光菌,结合其在煤层环境中的优良适应性及稳定的表面吸附特性,确定B-GFP荧光菌生物示踪技术,系统分析不同稀释倍数的荧光菌在煤表面的吸附特征及其在煤层裂隙中的渗流路径,为煤层水力化措施效果评价提供了新途径。结果表明:菌液在煤层中的扩散受有机代谢物含量和裂隙特征双因素的影响,高浓度时具有较强的浸润性,易在煤表面形成菌-液两相膜,导致菌体聚集成易于观测的菌斑;而在高稀释倍数下,菌液的浸润性减弱,菌体更依赖鞭毛在粗糙表面分散吸附。50倍稀释度被发现是构建均匀菌膜的最佳条件,且具有最高的多类型的示踪可辨识度。此外,B-GFP荧光菌在预裂煤样贯通裂隙中能够稳定附着,不受裂隙二次发育和扩展的影响,能够可靠地标记出贯穿型大裂隙、缝网以及半封闭型裂隙分布。回采工作面煤层注水影响半径的生物示踪法评价研究发现,该项技术能够准确地刻画出不同裂隙的分布区域,且刻画出注入水的空间渗流特征。煤层注水的实际影响半径大于4m,钻孔间距可扩展至8m。该研究为优化煤矿瓦斯防治和水力化措施设计提供了重要的理论支持和实践依据,对提高水力化措施的有效性研究具有显著的应用价值。
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关键词
裂隙发育
煤层注水
生物示踪
水力化措施
矿山安全
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职称材料
题名
基于B-GFP荧光菌的煤层注水扩散的空间特征及隙网渗流规律的生物示踪研究
1
作者
肖栋
彭苏萍
李学臣
何海伦
机构
中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室微生物采矿国际合作联合实验室
中国矿业大学
(北京)
煤炭
精细
勘探与
智能
开发
全国
重点
实验室
焦作煤业(集团)有限责任公司科研所
中南
大学
生命科学院
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第6期3085-3099,共15页
基金
国家自然科学基金重大资助项目(52394192)
新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室开放课题资助项目(KLXGY-KB2405)
徐州市创新引领示范专项资助项目(KC23377)。
文摘
辨识煤层中裂隙发育特征对于评价煤层渗透性和水力压裂等措施作用效果方面具有重要意义,随着煤矿开采深度的增加,在地应力及构造应力等因素的作用下,煤层裂隙发育的复杂性更加显著,传统的探测技术难以准确识别水力化措施裂隙的渗流路径。为此,利用煤层杆菌与蓝绿荧光(B-GFP)表达质粒融合,构建具有荧光特征的人工基因改造蓝绿荧光菌,结合其在煤层环境中的优良适应性及稳定的表面吸附特性,确定B-GFP荧光菌生物示踪技术,系统分析不同稀释倍数的荧光菌在煤表面的吸附特征及其在煤层裂隙中的渗流路径,为煤层水力化措施效果评价提供了新途径。结果表明:菌液在煤层中的扩散受有机代谢物含量和裂隙特征双因素的影响,高浓度时具有较强的浸润性,易在煤表面形成菌-液两相膜,导致菌体聚集成易于观测的菌斑;而在高稀释倍数下,菌液的浸润性减弱,菌体更依赖鞭毛在粗糙表面分散吸附。50倍稀释度被发现是构建均匀菌膜的最佳条件,且具有最高的多类型的示踪可辨识度。此外,B-GFP荧光菌在预裂煤样贯通裂隙中能够稳定附着,不受裂隙二次发育和扩展的影响,能够可靠地标记出贯穿型大裂隙、缝网以及半封闭型裂隙分布。回采工作面煤层注水影响半径的生物示踪法评价研究发现,该项技术能够准确地刻画出不同裂隙的分布区域,且刻画出注入水的空间渗流特征。煤层注水的实际影响半径大于4m,钻孔间距可扩展至8m。该研究为优化煤矿瓦斯防治和水力化措施设计提供了重要的理论支持和实践依据,对提高水力化措施的有效性研究具有显著的应用价值。
关键词
裂隙发育
煤层注水
生物示踪
水力化措施
矿山安全
Keywords
fracture development
coal bed water injection
biological tracing
hydraulic measures
mining safety
分类号
TD712.6 [矿业工程—矿井通风与安全]
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1
基于B-GFP荧光菌的煤层注水扩散的空间特征及隙网渗流规律的生物示踪研究
肖栋
彭苏萍
李学臣
何海伦
《煤炭学报》
北大核心
2025
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