急傾斜特厚煤層硫化氫治理應(yīng)用技術(shù)研究

季 敏

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶市江津區(qū)，402200)

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急傾斜特厚煤層硫化氫治理應(yīng)用技術(shù)研究

季 敏

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶市江津區(qū)，402200)

針對(duì)烏東煤礦急傾斜特厚煤層中硫化氫濃度高的問題，采用噴灑吸收技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，同時(shí)采用智能系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，運(yùn)輸平巷、回風(fēng)巷以及試驗(yàn)工作面硫化氫治理效率達(dá)85%以上，取得良好地治理硫化氫效果。

急傾斜厚煤層 噴灑吸收技術(shù) 監(jiān)測(cè)報(bào)警平臺(tái) 硫化氫氣體 硫化氫治理

硫化氫是煤礦中有毒有害氣體之一，雖然硫化氫的存在遠(yuǎn)不如甲烷普遍，但是局部區(qū)域超過安全規(guī)程定值，嚴(yán)重影響到工人的身體健康及工作面正常生產(chǎn)。

我國(guó)煤炭經(jīng)過多年開采，開采范圍正在逐步擴(kuò)大，西部地區(qū)煤礦在開采時(shí)，一些礦井煤層中硫化氫的問題越來越突出。以前硫化氫治理的研究主要針對(duì)東部煤礦，對(duì)西部急傾斜特厚煤層賦存有高硫煤層研究相對(duì)較少，隨著低硫煤炭資源的枯竭及脫硫技術(shù)的不斷發(fā)展，西部急傾斜特厚煤層開采勢(shì)在必行，而高硫煤中含高硫化氫氣體的可能性增大。

1 烏東煤礦硫化氫概況

烏東煤礦目前開采煤層為B1+2#煤層和B3+6#煤層，煤層傾角43°～45°，B1+2#煤層總厚度12.02～52.31 m，可采厚度27.06 m，存在一層厚度0.5～1.5 m的偽頂，屬急傾斜特厚煤層，煤層具有富含硫化氫、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，由于采用水平分層綜采放頂煤采煤方法，礦井硫化氫氣體涌出量明顯增加。礦井在采用鉆孔抽采和壓注中和液治理硫化氫的措施之后，取得了一定效果，但是回風(fēng)巷的硫化氫濃度仍在14～42 mg/m3，未能達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)要求，還需采取多元化的措施，加強(qiáng)個(gè)體防護(hù)措施，形成硫化氫綜合防治體系。

其中北采區(qū)B1+2#煤層西翼硫化氫賦存量較高，原始煤層經(jīng)鉆孔采樣分析濃度在3902～6969 mg/m3之間，局部最大可到9200 mg/m3，生產(chǎn)期間回風(fēng)流硫化氫氣體濃度達(dá)到28～70 mg/m3，尾巷硫化氫氣體濃度達(dá)到70～139 mg/m3；東翼工作面生產(chǎn)期間回風(fēng)流硫化氫氣體濃度達(dá)到14～42 mg/m3，尾巷硫化氫氣體濃度達(dá)到70～97 mg/m3；西采區(qū)生產(chǎn)過程中回風(fēng)巷硫化氫濃度在70～139 mg/m3，回風(fēng)隅角硫化氫氣體濃度在139～279 mg/m3之間。

2 采動(dòng)涌出硫化氫治理技術(shù)

2.1 噴灑吸收液治理技術(shù)

礦井在采用鉆孔抽采和壓注中和液治理硫化氫未能達(dá)到治理效果后，采用硫化氫涌出源頭處噴灑吸收液及風(fēng)流擴(kuò)散方向上的攔截凈化相結(jié)合的技術(shù)，對(duì)開采擾動(dòng)涌出的硫化氫進(jìn)行治理，圖1為噴灑吸收液治理采動(dòng)涌出硫化氫系統(tǒng)布置圖。在進(jìn)風(fēng)巷道到回風(fēng)巷道之間共布置6道噴灑點(diǎn)，其中工作面4道，回風(fēng)巷2道。截止目前，在采煤機(jī)割煤及支架放煤過程中，已完成了對(duì)噴灑不同吸收液壓力(6 MPa、8 MPa、10 MPa)、單個(gè)噴嘴不同流量(3.3 L/min、4.5 L/min、5.8 L/min)、噴灑吸收液不同濃度(0.5%、0.7%、0.9%、1.1%)條件下，降低工作面、上隅角以及回風(fēng)巷硫化氫效果試驗(yàn)測(cè)試；在采煤機(jī)割煤過程中，對(duì)回風(fēng)巷上方分別開啟1道、2道、3道攔截噴灑吸收液裝置時(shí)降低硫化氫濃度試驗(yàn)；在支架放煤過程中，對(duì)回風(fēng)巷上方分別開啟1道、2道、3道攔截噴灑吸收液裝置時(shí)降低硫化氫濃度試驗(yàn)。

圖1 噴灑吸收液治理采動(dòng)涌出硫化氫的系統(tǒng)布置示意圖

圖2 +575 m水平東翼45#煤層硫化氫抽放試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

2.2 硫化氫抽放半徑試驗(yàn)

根據(jù)烏東礦北采區(qū)工作面煤層瓦斯抽放情況，選擇在+575 m水平45°煤層?xùn)|翼綜放面的1#煤門與2#煤門之間未受瓦斯抽放影響的煤層開展煤體硫化氫抽放半徑試驗(yàn)、鉆孔硫化氫抽放濃度隨不同抽放負(fù)壓(28 kPa、26 kPa、24 kPa、18 kPa)變化規(guī)律試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)圖如圖2所示；在+575 m水平45°煤層?xùn)|翼綜放面對(duì)煤體硫化氫抽放效率進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試工作。

在噴灑吸收液治理技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用烏東礦KJ352監(jiān)控系統(tǒng)，建立了井下硫化氫氣體的監(jiān)測(cè)報(bào)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下硫化氫氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與超限報(bào)警(超限值9.2 mg/m3)。

3 硫化氫治理效果分析

綜合硫化氫降低效率及使用成本，研究得出適合+575 m水平東翼綜放面噴灑吸收液治理硫化氫的工藝技術(shù)參數(shù)為：噴液壓力為8 MPa，噴灑吸收液濃度為0.9%。采煤機(jī)割煤時(shí)硫化氫降低效率隨噴灑硫化氫吸收液濃度變化規(guī)律如圖3所示。采煤機(jī)滾筒處的噴液流量為150 L/min左右，下風(fēng)流適合開啟3道攔截噴霧裝置，其單道流量控制在20 L/min左右；放煤口噴霧流量為60 L/min左右，其下風(fēng)流方向上適合開啟3道攔截噴霧裝置，其單道噴霧流量為40 L/min左右，上隅角噴霧流量控制在70 L/min左右；回風(fēng)巷適合開啟2道噴霧裝置，單道噴霧流量控制在70 L/min左右。

采用噴灑吸收液技術(shù)措施前后，采煤機(jī)割煤時(shí)，司機(jī)處硫化氫由107 mg/m3降至16.7 mg/m3，降低效率為84.4%；運(yùn)輸平巷上方硫化氫由655 mg/m3降至88 mg/m3，降低效率為86.6%；回風(fēng)巷硫化氫由153 mg/m3降至21 mg/m3，降低效率為86.4%。支架放煤時(shí)，開啟放煤口噴霧及3道攔截噴霧裝置后，回風(fēng)巷上方硫化氫由1868 mg/m3降至260 mg/m3，降低效率為86.1%；回風(fēng)大巷硫化氫由194 mg/m3降至28 mg/m3，降低效率為85.6%。

圖3 采煤機(jī)割煤時(shí)硫化氫降低效率隨噴灑硫化氫吸收液濃度變化規(guī)律圖

根據(jù)對(duì)不同注液壓力、封孔深度以及注水中添加不同濃度濕潤(rùn)劑、吸收液條件下的煤體注水試驗(yàn)分析，綜合考慮煤體瓦斯抽放鉆孔、超前爆破孔設(shè)計(jì)以及使用成本，得出適合+575 m水平東翼綜放面開展煤層預(yù)注吸收液的工藝參數(shù)：在進(jìn)風(fēng)巷斷面煤壁布置8個(gè)注液孔，鉆孔排間距為4 m，封孔深度范圍為4～4.8 m，注吸收液壓力應(yīng)控制在4 MPa

左右，煤體不同孔深度試驗(yàn)記錄情況見表1。煤體不同注液條件下注水壓力、注水時(shí)間及注水量測(cè)試結(jié)果見表2，煤體注水中添加吸收液及濕潤(rùn)劑濃度分別為1.8%及0.2%，注水流量應(yīng)控制在20～22 L/min范圍內(nèi)，單孔注水時(shí)間控制在6 h左右，單孔注水量控制在7.89 m3左右。檢測(cè)孔煤體水分增量隨注水添加濕潤(rùn)劑濃度的變化規(guī)律如圖4所示。煤體注水中添加濕潤(rùn)劑后濕潤(rùn)半徑達(dá)2.5 m左右，比未添加時(shí)增加25%；同時(shí)由表2和圖4可以看出，煤層注水中添加硫化氫吸收液后，對(duì)煤體全水分增量及濕潤(rùn)半徑影響較小。

圖4 檢測(cè)孔煤體水分增量隨注水添加濕潤(rùn)劑濃度的變化規(guī)律

測(cè)試日期注液壓力/MPa封孔深度/m注水時(shí)間/min注液量/m3注液流量/L·min-1泵出口壓力/MPa出水情況71242～281633261987距注水孔約05m錨桿及本孔出水71343～382775632037距注水孔約2m錨桿及本孔出水71444～483557142017距注水孔約25m錨桿出水71574～4825154321610距注水孔約18m錨桿出水716104～4814435824912距注水孔約05m錨桿及本孔出水

表2 煤體不同注液條件下注水壓力、注水時(shí)間及注水量測(cè)試表

采用注/噴吸收液綜合治理硫化氫的試驗(yàn)分析表明，結(jié)合硫化氫降低效率及使用成本，得出適合+575 m試驗(yàn)工作面注吸收液濃度為1.8%，硫化氫治理效率達(dá)92%以上，取得良好的治理硫化氫效果。采用煤體注吸收液技術(shù)時(shí)，上隅角硫化氫由1364 mg/m3降至369 mg/m3，降低效率為73%，回風(fēng)巷硫化氫由193 mg/m3降至63 mg/m3，降低效率為67.6%；采用注/噴吸收液綜合技術(shù)時(shí)，上隅角硫化氫由1365 mg/m3降至42 mg/m3，降低效率為96.9%，回風(fēng)巷硫化氫由194 mg/m3降至15 mg/m3，降低效率為92.1%。注/噴吸收液降低上隅角和回風(fēng)巷硫化氫效率曲線如圖5所示。

圖5 注/噴吸收液降低上隅角和回風(fēng)巷硫化氫效率曲線圖

4 結(jié)論

(1)率先使用了噴灑吸收液治理采動(dòng)涌出硫化氫技術(shù)，完成了采煤機(jī)割煤時(shí)下工作面不同位置的噴灑吸收液裝置降低硫化氫濃度試驗(yàn)，建立了硫化氫氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與超限報(bào)警系統(tǒng)。

(2)研究了硫化氫綜合治理的效果，運(yùn)輸平巷

上方硫化氫降低效率為86.6%，回風(fēng)巷硫化氫降低效率為86.4%，回風(fēng)大巷硫化氫降低效率為85.6%，試驗(yàn)工作面注吸收液濃度為1.8%，硫化氫治理效率達(dá)92%以上，取得良好的治理硫化氫效果。

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(責(zé)任編輯 張艷華)

Research on hydrogen sulfide treatment application technology
for steep thick coal seam

Ji Min

(Chongqing Vocational Institute of Engineering, Jiangjin, Chongqing 402200, China)

Aiming at high concentrated hydrogen sulfide problem at steep thick coal seam of Wudong Mine, field test and intelligent system monitoring, using spraying absorption technique were conducted to carry out treatment management. The result showed that it could achieve hydrogen sulfide treatment rate more than 85% at headgate, tailgate and work face and gain positive effect of hydrogen sulfide treatment.

steep thick coal seam, spraying absorption technique, monitoring alarm platform, hydrogen sulfide, hydrogen sulfide treatment

季敏.急傾斜特厚煤層硫化氫治理應(yīng)用技術(shù)研究[J].中國(guó)煤炭，2017,43(3)：130-133.JiMin.Researchonhydrogensulfidetreatmentapplicationtechnologyforsteepthickcoalseam[J].ChinaCoal, 2017,43(3)：130-133.

TD

A

季敏(1985-)，女，碩士學(xué)歷，講師，從事工程管理方面研究。