急傾斜煤層綜放工作面H2S 治理技術(shù)與實(shí)踐

姬周飛

（神華新疆能源有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830027）

H2S 是一種煤礦井下常見(jiàn)的無(wú)色劇毒氣體，相對(duì)密度為1.19，易溶于水。H2S 氣體會(huì)對(duì)人體造成強(qiáng)烈刺激，使人感到頭痛、嘔吐、乏力甚至死亡，當(dāng)濃度過(guò)高還能夠燃燒爆炸，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成不利影響[1]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，烏東煤礦+575 m 水平45#煤層綜放面開(kāi)采擾動(dòng)時(shí)涌出的H2S 嚴(yán)重超規(guī)定的上限值6.6 ppm，威脅井下工人生命安全[2]。

圍繞烏東煤礦急傾斜煤層采煤工作面作業(yè)條件，根據(jù)H2S 氣體的賦存情況，烏東煤礦按照“注、抽、噴、灑、護(hù)”的H2S 治理技術(shù)路線，建立了高壓注堿性吸收液、各轉(zhuǎn)載落煤點(diǎn)噴堿性吸收液、巷道內(nèi)灑Na2CO3粉（或NaHCO3粉）及個(gè)體防護(hù)的綜合防治體系，降低礦井H2S 危害，提高礦井安全生產(chǎn)能力，保護(hù)工人身體健康。

1 礦井及工作面概況

+575 m 水平45#煤層?xùn)|翼綜采工作面位于副井以東2540 m，工作面西部為+575 m 水平45#煤層西翼綜采工作面，南部為45#煤層頂板，北部為45#煤層底板，上部存在+600 m 水平45#煤層?xùn)|翼綜采工作面采空區(qū)。工作面走向長(zhǎng)度2540 m，工作面平均寬度為40 m，階段高度為25 m，停采線位置為275 m，工作面回采長(zhǎng)度為2265 m。工作面目前已回采至1340 m。該工作面H2S 含量較高，主要集中在2、3、4、5#煤門區(qū)域，在工作面割煤和架后放煤環(huán)節(jié)中涌出量較大，對(duì)安全生產(chǎn)和工人健康帶來(lái)一定的影響。

從+575 m 水平45#煤層綜放工作面開(kāi)采過(guò)程中掌握的情況可知，45#煤層及采空區(qū)都含有H2S氣體成分。測(cè)得2#煤門10#鉆孔內(nèi)H2S 氣體最高達(dá)到12 000 ppm，4#煤門孔內(nèi)H2S 氣體濃度最高達(dá)到870～2500 ppm。工作面在生產(chǎn)的情況下，回風(fēng)流中H2S 氣體濃度最高達(dá)到200 ppm，上隅角H2S 氣體濃度最高達(dá)到1200 ppm。采煤機(jī)正常割煤時(shí)其下風(fēng)流滾筒附近H2S 濃度達(dá)到500 ppm 左右。支架放煤時(shí)，其下風(fēng)側(cè)鄰近支架后部、支架放煤及后部轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載落煤時(shí)隨風(fēng)流擴(kuò)散到上隅角的H2S 濃度更高，達(dá)到900 ppm 以上，而回風(fēng)巷的H2S 濃度也達(dá)到200 ppm 以上。

2 綜放工作面H2S 治理技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)H2S 氣體的賦存情況，圍繞采煤工作面作業(yè)條件，烏東煤礦對(duì)H2S 氣體采取抽放和煤層注堿性溶液相結(jié)合的分區(qū)域治理方式。將堿性溶液用水泵注入煤體，同時(shí)在工作面及其回風(fēng)巷拋灑Na2CO3粉末，其次建立堿性溶液配料點(diǎn)，實(shí)施堿性液體噴霧。

（1）探孔觀測(cè)

表1 煤體H2S 觀測(cè)孔施工參數(shù)

+575 m 水平45#東翼工作面回采期間，為更好掌握煤體中H2S 賦存情況，在工作面北巷1340 m處施工煤體H2S 觀測(cè)孔，由東向西每隔15 m 施工一個(gè)觀測(cè)孔，直至停采線。該設(shè)計(jì)共計(jì)施工80 個(gè)觀測(cè)鉆孔，孔內(nèi)氣體由相關(guān)工作人員定時(shí)取樣進(jìn)行分析，并保留記錄。施工參數(shù)具體見(jiàn)表1。

（2）埋管及上隅角卸壓抽采治理H2S

+575 m水平45#煤層?xùn)|翼工作面尾巷埋管抽采。采空區(qū)瓦斯及H2S 在開(kāi)采過(guò)程中向回風(fēng)隅角涌出，易造成回風(fēng)隅角瓦斯及H2S 積聚，采用埋管抽采方式對(duì)采空區(qū)瓦斯及H2S 實(shí)施抽采，有效解決回風(fēng)隅角瓦斯及H2S 積聚問(wèn)題[3]。

目前+575 m 水平45#煤層?xùn)|翼抽采主管路流量保持在65.1 m3/min，管內(nèi)負(fù)壓9.3 kPa，管內(nèi)H2S濃度30 ppm，未達(dá)到H2S 治理的預(yù)期效果。經(jīng)生產(chǎn)期間對(duì)上隅角H2S 進(jìn)行測(cè)定，H2S 濃度最高達(dá)到1200 ppm。鑒于以上數(shù)據(jù)分析，對(duì)現(xiàn)有埋管抽采方式進(jìn)行調(diào)整。在深管、淺管抽采的基礎(chǔ)上，在上隅角處布置第三趟抽采管路，加工鴨嘴式抽采裝置與第三趟管路對(duì)接，對(duì)上隅角高濃度H2S 氣體進(jìn)行針對(duì)性治理，并根據(jù)實(shí)際抽采參數(shù)對(duì)主管路抽采量進(jìn)行調(diào)整。尾巷埋管及上隅角卸壓抽采示意圖如圖1所示。

圖1 尾巷埋管及上隅角卸壓抽采示意圖

（3）回風(fēng)隅角治理H2S

采用卸壓抽采措施后，預(yù)計(jì)將截?cái)嘁徊糠謥?lái)自采空區(qū)及受采動(dòng)影響煤體涌出的H2S 氣體。因此，繼續(xù)在工作面前、后溜落煤點(diǎn)及端頭支架以南中部設(shè)置高壓噴灑裝置，分別對(duì)落煤時(shí)隨風(fēng)流擴(kuò)散而來(lái)的H2S 及采空區(qū)涌出的殘余H2S 進(jìn)行稀釋，利用其形成的吸收液水霧對(duì)擴(kuò)散在斷面空間中的H2S 進(jìn)行攔截并吸收凈化[4]，并在端頭支架與南巷煤壁之間設(shè)置捕塵網(wǎng)來(lái)增大霧化斷面及效果，達(dá)到治理H2S的目的?；仫L(fēng)隅角噴灑吸收液治理H2S 的系統(tǒng)布置示意圖如圖2 所示。

圖2 隅角噴吸收液布置示意圖

（4）回風(fēng)巷治理H2S

根據(jù)對(duì)回風(fēng)巷H2S 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)（見(jiàn)表2），回風(fēng)巷H2S 來(lái)源主要是采煤機(jī)割煤及支架放煤過(guò)程中急傾斜煤層受到擾動(dòng)涌出的H2S 以及由于自然風(fēng)壓的變化造成的采空區(qū)內(nèi)外存在壓差進(jìn)而由采空區(qū)涌出的H2S，隨風(fēng)流通過(guò)工作面進(jìn)入回風(fēng)巷[5]。

因此，回風(fēng)巷H2S 的治理方式，分別在南巷距工作面30 m 處及裝載機(jī)布置上、下2 組全斷面噴霧，通過(guò)在回風(fēng)巷布置噴灑吸收液攔截裝置，對(duì)擴(kuò)散來(lái)的H2S 進(jìn)行噴灑吸收液捕捉凈化吸收。該點(diǎn)噴灑吸收液壓力設(shè)置為1.5～2.6 MPa 之間，噴灑吸收液濃度取1.2%。當(dāng)開(kāi)啟噴灑吸收液裝置時(shí)，擴(kuò)散至回風(fēng)巷的H2S 大大降低?；仫L(fēng)巷噴灑吸收液裝置布置系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

表2 工作面生產(chǎn)過(guò)程H2S 測(cè)定參數(shù)

（5）煤門抽采及注堿液

在工作面回采期間（圖4），利用聯(lián)絡(luò)（2#、4#）煤門現(xiàn)有鉆孔接抽，并在3#煤門布置鉆孔進(jìn)行接抽。每3 d 安排專人對(duì)2～4#煤層鉆孔進(jìn)行測(cè)定，當(dāng)孔內(nèi)H2S 濃度降至30 ppm 以下時(shí)，對(duì)該鉆孔進(jìn)行煤層高壓注液，使煤體中的H2S 中和。同時(shí)，將高壓水注入煤層后，借助流體在煤層各種弱面內(nèi)對(duì)弱面兩壁面的支撐作用可使煤層內(nèi)部弱面發(fā)生變化（張開(kāi)擴(kuò)展和延伸），增加了煤層透氣性，從而達(dá)到治理H2S 的同時(shí)提高煤層瓦斯（H2S）抽采效果的目的。

圖3 回風(fēng)巷噴灑吸收液裝置布置系統(tǒng)示意圖

圖4 煤門注水鉆孔布置圖

（6）其他補(bǔ)充措施

① 拋灑堿性粉末。在工作面及其回風(fēng)巷拋灑碳酸鈉粉末治理H2S 氣體，主要拋灑地點(diǎn)有工作面后溜、架間、尾巷及回風(fēng)巷。

② 注意個(gè)體防護(hù)。在工作面回采過(guò)程中，H2S氣體會(huì)進(jìn)入巷道回風(fēng)風(fēng)流中，在放煤時(shí)，風(fēng)流中的H2S 濃度會(huì)成倍增加，嚴(yán)重威脅作業(yè)人員的安全。因此作業(yè)人員進(jìn)入含H2S 氣體的工作環(huán)境中，就必須佩戴防H2S 面具。

3 綜放工作面H2S 治理效果

每周周一、周三、周五對(duì)該抽采管路取樣送瓦斯實(shí)驗(yàn)室分析，根據(jù)氣體分析結(jié)果對(duì)埋管抽采管路進(jìn)行調(diào)整。每天對(duì)該抽采管路流量、濃度、負(fù)壓、H2S 濃度等進(jìn)行測(cè)定，重點(diǎn)關(guān)注管內(nèi)H2S 濃度變化情況。

煤體中的H2S 具有在開(kāi)采擾動(dòng)時(shí)才涌出的特點(diǎn)，采煤機(jī)滾筒割煤及支架放煤是工作面開(kāi)采擾動(dòng)涌出H2S 的主要工序，同時(shí)操作兩工序涌出H2S 為上隅角及回風(fēng)巷H2S 主要來(lái)源。通過(guò)上述方法分區(qū)域采取措施對(duì)H2S 進(jìn)行治理，在回風(fēng)隅角及回風(fēng)巷距工作面40 m 處布置測(cè)點(diǎn)，比較治理前后的H2S 濃度變化情況，如圖5 所示。

圖5 治理前后回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角H2S 濃度變化

由圖5 可知，在綜放工作面H2S 治理技術(shù)運(yùn)用之前，回風(fēng)隅角和回風(fēng)巷H2S 濃度普遍較高，最高分別接近1054 ppm 和118 ppm，回風(fēng)隅角H2S 平均濃度可達(dá)964.4 ppm，回風(fēng)巷H2S 平均濃度可達(dá)110 ppm。在實(shí)施防治措施后，各區(qū)域H2S 濃度得到有效遏制，H2S 濃度降低效率達(dá)到80%以上。烏東煤礦+575 m 水平45#煤層綜放面經(jīng)過(guò)“注、抽、噴、灑、護(hù)”的H2S 治理技術(shù)路線，大幅度降低該工作面H2S 濃度，有效遏制了H2S 的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

（1）采用探孔監(jiān)測(cè)、埋管及上隅角卸壓抽采、噴灑吸收液和注堿液等措施對(duì)烏東煤礦+575 m 水平45#煤層綜放面H2S 進(jìn)行治理，效果良好?；仫L(fēng)隅角H2S 由1054 ppm 降至164 ppm，降低效率為84.4%；回風(fēng)巷H2S 由118 ppm 降至16 ppm，降低效率為86.4%。

（2）在綜放工作面H2S 治理時(shí)需要合理調(diào)整工作面風(fēng)量，利用風(fēng)排和抽放相結(jié)合的方法，有效降低空氣中H2S 濃度。安排專人檢查瓦斯?jié)舛?，防止H2S 氣體傷人事故。充分利用瓦斯抽放鉆孔將采空區(qū)及煤體中的H2S 氣體抽出，保證礦井采掘作業(yè)安全。

（3）將Na2CO3粉末不定期拋灑在采煤工作面和回風(fēng)巷道、回風(fēng)隅角，將各個(gè)區(qū)域的H2S氣體中和，并利用巷道內(nèi)噴霧連接移動(dòng)注液系統(tǒng)，噴灑到巷道內(nèi)，稀釋風(fēng)流中H2S 氣體濃度。

（4）進(jìn)入綜采工作面和回風(fēng)巷內(nèi)的人員必須佩帶H2S 面罩，并定期更換藥盒，達(dá)到有效的防護(hù)作用。同時(shí)，利用瓦斯抽采孔對(duì)H2S 氣體進(jìn)行采前預(yù)抽，實(shí)現(xiàn)“一孔多用”。