煤礦硫化氫治理技術(shù)及實踐

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(晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048007)

·技術(shù)經(jīng)驗·

煤礦硫化氫治理技術(shù)及實踐

張?zhí)煜?/p>

(晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048007)

硫化氫是煤礦生產(chǎn)過程中從煤巖體中涌出的一種有毒、有害氣體，在部分煤礦中這種氣化含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家有關(guān)規(guī)定，并具有對人體危害大、治理困難的特點。目前，全國尚無成熟有效的治理措施。晉煤集團(tuán)鳳凰山礦結(jié)合硫化氫的性質(zhì)，通過一年多的不斷探索與技術(shù)攻關(guān)，采用個體防護(hù)、加強(qiáng)通風(fēng)、煤層注水、灑水噴霧等綜合治理措施，取得了較好的效果，為保障安全生產(chǎn)起到積極的作用，也為煤礦硫化氫治理積累了較為成功的經(jīng)驗。

煤礦;硫化氫;治理

硫化氫是煤礦生產(chǎn)過程中從煤巖體涌出一種有毒、有害氣體，在我國大部分煤礦中這種氣體一般含量很低，處于《煤礦安全規(guī)程》要求范圍之內(nèi)，但在部分地區(qū)，由于成煤環(huán)境不同，煤層中硫化氫含量非常大，生產(chǎn)作業(yè)場所空氣中硫化氫的含量遠(yuǎn)大于規(guī)程要求，對職工身體健康造成不利影響。

晉煤集團(tuán)鳳凰山礦15#煤首采面155301工作面開采過程中硫化氫涌出量很大，對生產(chǎn)造成很大影響，也對職工的身體健康帶來威脅，通過一年多的專項治理，取得了較好的效果。

1 現(xiàn)場概況

鳳凰山礦15#煤層首采工作面155301綜采工作面于2009年3月份開始生產(chǎn)，該工作面煤厚2．3 m，配風(fēng)量700 m3/min，生產(chǎn)過程中硫化氫涌出量異常，瞬間的回風(fēng)巷硫化氫含量最大達(dá)到80×10－6，工作面局部地點硫化氫含量達(dá)到200×10－6以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的6．6×10－6，對職工身體健康及安全生產(chǎn)造成了不利影響。工作面硫化氫濃度測試表見表1。

2 硫化氫的特性

硫化氫(H2S)為無色、有臭雞蛋味、易燃、急性劇毒、酸性氣體，別名氫硫酸。分子量為34．08，相對密度為(空氣=1)1．19。易溶于水(常溫下1體積水能溶解2．6 L硫化氫)，醇類、石油溶劑和原油。濃度低時帶惡臭(氣味如臭雞蛋的味道)，濃度高時反而沒有氣味(因為濃度高時硫化氫的臭味可以麻痹嗅覺神經(jīng))。同時硫化氫是一種急性劇毒氣體，吸入少量高濃度硫化氫可以短時間內(nèi)致命。低濃度的硫化氫對眼、呼吸系統(tǒng)及中樞神經(jīng)都有影響。

表1 工作面硫化氫濃度測試表

3 治理措施

3．1 加強(qiáng)培訓(xùn)教育

對參與15#開采的人員，進(jìn)行硫化氫基本知識包括硫化氫氣體性質(zhì)、毒害、防治及救護(hù)知識的普及教育，經(jīng)考核合格后方可上崗作業(yè)，提高職工自身素質(zhì)，加強(qiáng)硫化氫氣體防范意識。

3．2 日常氣體檢測

完善對硫化氫氣體的日常檢測，掌握第一手資料，為相應(yīng)的治理措施提供依據(jù)。建立硫化氫氣體檢測檢查制度，對15#煤層所有生產(chǎn)作業(yè)地點均納入檢查范圍，每班檢查硫化氫濃度不少于2次。尤其是加強(qiáng)采煤機(jī)割煤時機(jī)身前后50 m范圍內(nèi)、回風(fēng)巷、周期來壓期間的監(jiān)測，找出生產(chǎn)空間內(nèi)硫化氫的分布規(guī)律，為下一步的治理提供準(zhǔn)確依據(jù)。

3．3 個體防護(hù)

為了確保工作面職工不受硫化氫危害，該礦要求工作面一般作業(yè)人員要戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡、戴橡膠耐油手套等個體防護(hù)措施;在采煤機(jī)附近及下風(fēng)側(cè)長時間作業(yè)的采煤機(jī)司機(jī)、移溜(拉架)工、電纜工等重點工種，除上述措施外，還要佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩)的呼吸系統(tǒng)防護(hù)，防止發(fā)生硫化氫中毒現(xiàn)象。

3．4 加強(qiáng)通風(fēng)

加強(qiáng)通風(fēng)管理，增加風(fēng)量配備，最大限度地稀釋硫化氫，是治理硫化氫簡單的方法，為此，將風(fēng)量由原來的700 m3/min增加到1 000 m3/min。使回風(fēng)流中硫化氫的含量由原來的80×10－6下降到55×10－6。但該方法一方面要求有足夠的風(fēng)量，同時，風(fēng)速等方面不得超出《煤礦安全規(guī)程》要求。

3．5 煤層注水

煤層內(nèi)淺孔注水是防治硫化氫的根本措施，基本原理是在煤層中，施工鉆孔進(jìn)行注水或注堿液，利用硫化氫易溶于水和氫硫酸(硫化氫溶于水的產(chǎn)物)可與堿性化合物反應(yīng)的特性，溶解吸收硫化氫，從而達(dá)到防治硫化氫的目的。其化學(xué)反應(yīng)離子方程式如下:

3．5．1 淺孔注水技術(shù)

1)注水系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)備。

淺孔注水工藝過程包括注水鉆孔施工和注水(或堿液)兩個主要環(huán)節(jié)。用風(fēng)煤鉆或電煤鉆配套直徑42 mm的鉆頭，每隔一定間距施工一個垂直于工作面煤壁注水鉆孔;打好鉆孔后，用封孔器封孔，利用安設(shè)于進(jìn)風(fēng)順槽的注水泵對鉆孔注清水或飽和石灰水(堿液)，見圖1。注水時，在流量和壓力允許的條件下，可以采用單孔或多孔同注的注水方式，當(dāng)頂板與煤層結(jié)合部、煤壁或相鄰孔出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時，終止注水。

圖1 注水鉆孔布置及設(shè)備連接方式

注水系統(tǒng)由注水泵、水箱、壓力表、控制閥、高壓管路和封孔器等組成，注水系統(tǒng)布置及設(shè)備安裝連接如圖1所示。根據(jù)注水實踐經(jīng)驗，注水泵選用額定壓力為20 MPa、額定流量為200 L/min、水箱容積不少于2 m3的乳化液泵。要求注水泵安裝有壓力表、水表及卸壓閥門等附件，高壓管路選用d25 mm高壓膠管。淺孔注水所需設(shè)備見表2。

表2 工作面淺孔注水所需設(shè)備清單

2)注水孔布置及注水參數(shù)。

淺孔注水技術(shù)關(guān)鍵在于注水參數(shù)的選用。注水基本參數(shù)包括鉆孔直徑、鉆孔間距、注水孔布置、鉆孔長度、封孔深度、注水壓力、注水量和注水時間等，結(jié)合155301工作面的實際情況，選取注水參數(shù)如下:

a)鉆孔直徑:用d42 mm鉆頭和麻花鉆桿施工，鉆孔成孔直徑為d50 mm。

b)鉆孔間距:通常根據(jù)注水有效影響半徑確定鉆孔間距，一般注水有效影響半徑2．0～2．5 m，孔間距取1．8～2．0倍為宜，據(jù)此確定注水孔間距4．0 m。

c)注水孔布置:要能夠控制整個煤層厚度;注水有效影響半徑2．0 ～2．5 m，平均煤厚2．3 m，單排孔布置，鉆孔位置距煤層頂、底板各為煤層厚度的1/2，約為1．2 m。見表3、圖2。

表3 淺孔注水鉆孔布置參數(shù)表

圖2 工作面淺孔注水鉆孔布置圖

d)鉆孔長度:按正規(guī)循環(huán)作業(yè)確定;工作面采取“四六”制勞動組織，每天三班生產(chǎn)(進(jìn)尺7．2 m/d)、一班檢修，檢修班注水，一次注水寬度要能滿足一天的生產(chǎn)需要，因此，選擇鉆孔長度為8 m。

e)封孔深度:隨鉆孔長度而異，同時和煤壁所能承受的注水壓力有關(guān)，合理的封孔深度應(yīng)使孔口附近煤壁不發(fā)生泄水，煤壁的深部和淺部濕潤均勻，一般為1．0～2．0 m即可滿足注水要求，選取封孔深度為1．5 m。當(dāng)煤層特別松軟時，可以改用2．0 m的封孔深度。

f)注水量:參照注水防塵要求，注水量按下式計算:

式中:Qd—每孔注水量，L/孔;

k1—漏水系數(shù)，取 1．2;Lz—鉆孔長度，m，取8;Lj—鉆孔間距，m，取 4;

hm—煤層厚度，平均2．3 m;

qi—每立方米煤體的注水量，L/m3，取10～15;按上式計算得，單孔注水量為883～1 324 L。

g)注水壓力:以滿足注水流量和不造成煤壁泄水為確定依據(jù)，由于是動壓注水，中壓注水效果較好，一般地取注水壓力為3～6 MPa;如果煤層透水系數(shù)特別小，注水壓力可以提高到3～8 MPa。

h)注水時間:平均單孔注水量滿足要求(需要20～30 min)時，可以結(jié)束注水;一旦鉆孔所在地點的頂板與煤層結(jié)合部或煤壁出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，也可以終止該鉆孔注水。

3)注水孔施工注意事項。

a)注水壓力突然降低，且降壓幅度達(dá)到或超過30%時，終止注水。

b)平均單孔注水量滿足注水量要求(需要20～30 min)時，結(jié)束注水。

c)鉆孔所在地點的頂板與煤層結(jié)合部或煤壁出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，終止注水。

3．5．2 深孔注水

受煤層結(jié)構(gòu)、夾矸、地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，工作面淺孔注水往往存在注水不均、治理效果差的問題。采用深孔注水，對淺孔注水進(jìn)行補(bǔ)充，可提高治理效果。

注水孔布置:在工作面兩順槽煤壁上距頂板1．0 m處垂直打眼，孔徑視封孔器型號而定，一般不超過100 mm，眼距20 m，眼深根據(jù)工作面切眼長度而定，終孔距另一順槽15～30 m。

注水要求:與工作面淺孔注水不同，順槽深孔注水要至少超前工作面30 m，注水壓力一般控制在2 MPa左右，注水時間不小于24 h。

3．6 噴霧灑水

1)由于采煤機(jī)滾筒截割過程對煤體的破碎作用，會造成硫化氫氣體的集中涌出，盡管采取淺孔注水措施，采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)0～10 m、下風(fēng)側(cè)0～50 m的區(qū)域硫化氫氣體濃度仍然可能超限。因此，采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)10 m至下風(fēng)側(cè)50 m的區(qū)域是硫化氫防治的重點位置。

噴霧灑水是將壓力水通過噴嘴在旋轉(zhuǎn)或沖擊作用下，使水流霧化成細(xì)散的水滴噴射于空氣中。噴霧灑水防治硫化氫氣體的作用主要體現(xiàn)在水霧噴灑范圍內(nèi)，能夠溶解吸收硫化氫，如果噴灑堿液則發(fā)生化學(xué)反應(yīng)消除硫化氫，從而降低硫化氫的濃度。

利用采煤機(jī)內(nèi)、外噴霧裝置進(jìn)行噴霧灑水是降低采煤機(jī)附近硫化氫的主要措施。因此，要求采煤機(jī)截煤時內(nèi)、外噴霧裝置必須全部打開噴霧降塵，內(nèi)噴霧壓力不得小于2 MPa，外噴霧壓力不得小于1．5 MPa，噴霧流量應(yīng)盡可能地大。

條件具備時，可以采取落煤噴淋、煤壁沖刷措施，盡可能溶解硫化氫，減少硫化氫氣體涌出。

2)為了降低風(fēng)流中硫化氫氣體濃度，保證回風(fēng)巷人員安全，需在工作面上出口外15 m處和在距回風(fēng)巷口20 m處分別安設(shè)1道風(fēng)流凈化水幕，水幕應(yīng)能全斷面控制巷道，達(dá)到風(fēng)流與水充分混合，溶解硫化氫氣體，進(jìn)一步降低其濃度。

4 效果分析

通過采取上述措施，各測點的硫化氫濃度基本控制在25×10－6以內(nèi)，其中回風(fēng)巷硫化氫濃度降到了20×10－6以內(nèi)，降低了50%以上。存在的主要問題是注水不均，影響治理效果，需進(jìn)一步采取措施，提高煤層注水量，以改善治理效果。

［1］張少杰，田水承．煤礦硫化氫成因及綜合治理技術(shù)［J］．陜西煤炭，2011(5):77－79，84．

［2］戴金星，胡見義，賈承造，等．科學(xué)安全勘探開發(fā)高硫化氫天然氣田的建議［J］．石油勘探與開發(fā)，2004，31(2):1－4．

［3］ 戴金星，戚厚發(fā)，宋巖，等．我國煤層氣組分、碳同位素類型及其成因和意義［J］．中國科學(xué)(B輯)，1986(12):1317－1326．

Hydrogen Sulfide Control Technology and Practice in Coal M ine

Zhang Tian－xiang

Hydrogen sulfide is a kind of poisonous and harmful gas of gushing from coal and rock in the process of coal mine production，in the part of coal mine the gasification content is far more than the relevant regulations of the state，and has the characteristics of harming human body and control difficulty．At present，there are not mature and effective control measures．Fenghuangshan coal mine of Jincheng coal group combines with the nature of the hydrogen sulfide，through more than a year of continuous exploration and technology research，uses comprehensive management measures such as the individual protection，strengthening ventilation，coal seam water injection，water spray and other，and obtained a good result．So as to guarantee the safety of production will play a positive role，but also for coal mine hydrogen sulfide control has accumulated relatively successful experience．

Coal mine;Hydrogen sulfide;Control

TD711

A

1672－0652(2012)09－0037－04

2012－08－10

張?zhí)煜?1970—)，男，山西臨猗人，1993年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院，工程師，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作(E －mail)506623917@qq．com