煤炭学报

作者：张晋伟, 米申昱, 郭红光, 王紫琛, 尹贻凡,

关键词：采空区, 水浸氧化煤, 浸出液, 生物甲烷, 含氧官能团, 微生物群落结构, 有机物,

采空区煤层气生物工程是实现矿井遗煤资源化利用的有效技术手段。经煤炭开采过程的氧化和后期封闭期间的水浸，采空区遗煤结构发生显著改变，其生物降解利用效能还未完全明晰。为此，通过模拟不同氧化温度、水浸时间和pH等条件下的水浸氧化褐煤，分析了微生物降解煤产甲烷过程中甲烷产量、煤微观结构、降解代谢产物及微生物群落结构演变规律。结果表明：经100 ℃氧化后并在pH为6环境下水浸30 d的氧化煤(O100I30C6)具有更好的生物可利用性，甲烷产量为原煤的1.8倍。即使在贫营养条件下，煤浸出液(O100I30W6)的甲烷产量仍能达327.14 μmol。氧化和水浸作用破坏了煤芳香层的有序性，使其结构变松散，煤中含氧官能团更容易被微生物利用。较降解前，O100I30C6中羰基与醚键的峰面积相对占比分别下降了69.38%和28.04%，羧基完全降解。O100I30C6与O100I30W6降解过程中富集了多种功能菌群，包括产氢产乙酸菌Thermanaerovibrio与Petrimonas，水解酸化细菌Lentimicrobium与Paraclostridium。煤大分子中含氧官能团经菌群共同作用后逐步转化为挥发性脂肪酸，使得O100I30C6发酵液中脂肪酸峰面积相对占比增加8.96%，O100I30W6中脂肪酸峰面积相对占比增加47.38%。该类有机物的增加刺激了产甲烷古菌繁殖，甲基营养型产甲烷古菌Methanofastidiosales相对丰度达76.18%，在煤产甲烷阶段发挥核心作用。浸出液在贫营养条件下发酵产甲烷后，乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta占据主导，相对丰度为70.55%。以上研究结果表明，采空区遗煤由于经历散热带和氧化带的氧化作用以及后期水浸作用，其结构更有利于生物降解，含氧官能团利用充分，产甲烷菌群生长活跃，甲烷生成量提升；同时采空区积水同样是生物甲烷的增长点，其中溶解了产甲烷菌群所需的营养物质。积水采空区集合了遗煤量大、空间广阔、水量充沛等优势，是煤层气生物工程的有利实施点。研究结果为提高采空区煤炭资源利用提供了理论依据，推动关闭/废弃矿井的再开发与综合利用。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2026年第3期