煤矿裂隙硫化氢综合防治技术应用
2018-11-24 11:11 [科技论文] 来源于：互联网 作者：互联网
导读：摘要：本文从研究广安煤矿裂隙硫化氢的分布入手，采用监测监控、探钻及抽放、加大工作面供风量、加强裂隙硫化氢的管理等综合防治技术对硫化氢进行治理，成功控制了裂隙硫化氢对作业人员的危害，产生了较大的安全经济效益和社会效益。 Abstract： From the di
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摘要：本文从研究广安煤矿裂隙硫化氢的分布入手，采用监测监控、探钻及抽放、加大工作面供风量、加强裂隙硫化氢的管理等综合防治技术对硫化氢进行治理，成功控制了裂隙硫化氢对作业人员的危害，产生了较大的安全经济效益和社会效益。
Abstract： From the distribution of fracture sulfuretted hydrogen in Guang'an Coal Mine， through monitoring， exploration drilling and drainage， increasing the air flow for working face， enhancing the management of the fracture sulfuretted hydrogen and other comprehensive control technologies， the sulfuretted hydrogen is managed. The harm to workers by the fracture sulfuretted hydrogen is successfully controlled， the safety economic benefit and social benefit are produced.
关键词：煤矿；裂隙硫化氢；综合防治技术；应用
Key words： coal mine；fracture sulfuretted hydrogen；comprehensive prevention and control technology；application
中图分类号：TD711 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0246-03
0 引言
在煤矿生产过程中有毒有害气体对人的健康、生命造成危害。我国政府不但成立了专门的政府机构，而且还相继出台并实施的《安全生产法》与《职业病防治法》等法津、法规，以保障职工的健康与安全，创造安全、健康的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故，保护人民生命和健康安全[1]。硫化氢（H2S）是一种剧毒气体，无色，有臭鸡蛋气味，相对密度为1.17，比空气重。H2S易燃，燃烧时火焰为蓝色，并产生另一种有毒气体SO2。与空气及氧气混合后遇火星易发生爆炸，其爆炸极限为4.0%～46.0%。H2S极易溶于水，溶于水或在潮湿的环境下呈酸性，对有机质和金属化合物具有很高的活性和腐蚀性。人的嗅觉能够感知硫化氢气味的浓度下限为0.2～0.3ppm（1ppm=10-6）。当硫化氢浓度为20～30ppm时就出现强烈臭鸡蛋气味；当浓度为100～150ppm时，会使人嗅觉麻痹；当浓度在10000ppm时，在数秒内会致人死亡[2]。《煤矿安全规程》第一百条规定，井下H2S气体体积分数不得超过6.6ppm。近年来，随着开采范围的扩大和开采深度的增加，一些煤矿中硫化氢问题越发突出。因此，煤矿硫化氢的防治对保障安全生产和工人身体健康具有重要的意义。
1 广安煤矿基本情况[3]
四川省鑫福矿业股份有限公司广安煤矿（以下简称广安煤矿）1987年10月开工，1995年10月投产，现生产能力为210kt/a。矿井为平硐开拓，主平硐口标高+497m，主要进风大巷和主要回风大巷均布置在底板茅口灰岩中。
煤矿井田在新华厦系第3沉降带四川盆地内，位于华蓥山复式褶皱带的龙王洞背斜中段北端，井田走向北15°东，恰位于龙王洞背斜面向北倾伏又局部抬起的高点部位，属倾伏状背斜埋藏，煤层未出露地表。背斜似“S”形，北部狭窄，两翼略宽，东翼稍陡，背斜南部宽阔呈箱状，深部西翼近于直立，东翼倾角还不到50°。在井田边界-100m标高以上范围内，一般为30°～47°，煤层最大倾角约为70°，但范围极小，仅存在11线～12线之间的+100m至-100m的标高内。井田内构造形态简单，井田范围内地表未见断层，仅在12-3号和19-2号钻孔井深651.61m～653.63m和583.21m～558.17m处岩芯破碎，地层分别增厚18m和40m，推断分别存在一逆断层。
广安煤矿在采矿许可证划定的范围内允许开采K1煤层，K1煤层位于为二叠系龙潭组一段中部，层位稳定，全区可采。K1煤层上距龙潭组二段灰岩12.7～21.49m，平均16.28m；下距铝质泥岩0.7～14.84m，平均4.47m；距茅口组灰岩3.24～16.49m，平均6.76m。纯煤厚度0.70～2.85m，平均1.0m，属薄煤层。由东向西，由北向南有逐渐增厚趋势。煤层倾角变化较大，+600m标高以上5°～20°，+600～+500m标高为15°～30°。
井田内水文地质条件均属岩溶裂隙充水矿床，井田内最高山脊偏离背斜轴部，一般标高+1000m左右，最高山峰四方山，标高为+1139.5m，该山脊为地表的分水岭。两侧顺向冲沟发育，利于地表水的排泄，迳流条件好，并且无什么水体存在。大气降水后部分流入落水洞或漏斗中。根据矿井多年的开采实践，煤层采空区引起的顶板岩层坍塌带和塌陷裂隙带的高度，不会影响到长兴石灰岩含水层的水，因此对矿坑水也无威胁。井田内水地质条件简单，地下水动水位埋藏较深，循环能力不强，对矿坑水影响甚弱。由于矿井煤层属隐伏构造，煤层地表无出露，故未受小窑开采影响。
广安煤矿自建井以来有四次较严重的裂隙硫化氢、甲烷喷出，均发生在K1煤层底板茅口灰岩掘进工作面：第一次是1991年11月在掘进+590m下车场时遇裂隙硫化氢、甲烷喷出，巷道回风侧硫化氢浓度达到16ppm，甲烷浓度达到2.6%，放炮后引起瓦斯燃烧，事后对该巷道进行了永久性封闭；第二次是2006年8月+500m西南巷掘进至440m时遇裂隙硫化氢、甲烷喷出，巷道回风侧硫化氢浓度达到28ppm，甲烷浓度达到7.0%；第三次是2009年6月+500m西北运输巷掘进至350m时遇裂隙硫化氢、甲烷喷出，巷道回风侧硫化氢浓度达到21ppm，甲烷浓度达到8.0%；第四次是2010年3月7日在+500m西北运输巷掘进至720m时，发生裂隙硫化氢、甲烷喷出，据检测掘进工作面硫化氢浓度为2500ppm，甲烷浓度为12%，事故造成3人死亡，给矿井带来沉痛的教训。 裂隙硫化氢、甲烷对岩巷掘进工作面以及其他采掘工作面安全生产造成了严重威胁。为了消除裂隙硫化氢、甲烷对安全生产的威胁，广安煤矿开展了对裂隙硫化氢、甲烷的防治工作。鉴于目前国内已有比较成熟的甲烷防治技术，本文重点阐述裂隙硫化氢防治技术的应用。
2 裂隙硫化氢成因及分布情况
硫化氢是在煤炭生成过程中有机物的腐烂所产生的一种气体。矿井开采后，采空区有机物质腐烂后也产生硫化氢。煤对硫化氢有很强的吸附能力。煤矿硫化氢异常的主要原因在于硫化氢的保存条件，华蓥山矿区喀斯特地形比较发育，有大量的溶洞和裂隙存在，这就为硫化氢的储存创造了条件。广安煤矿为华蓥山龙王洞背斜北端的末端，呈隐伏厢状，和地表没有通道，硫化氢呈高压状态封闭储存于溶洞和裂隙中。高压状态下的硫化氢喷出危害很大，如不采取措施或措施不到位，就会造成人员伤亡事故（2010年的“3.7”硫化氢中毒事故就是一个沉痛的教训）。
广安煤矿在揭露K1煤层进入底板茅口组30m～150m的黑色泥质灰岩中掘进+500m西北、西南运输大巷和+575m北、+590m南总回风巷等巷道，钎探和钻探时均遇到过裂隙构造，喷出高压硫化氢和甲烷气体。
在W55采区煤巷掘进中也出现过硫化氢，有硫化氢涌出的掘进工作面放炮后硫化氢浓度在10～20ppm（硫化氢涌出量为1.5～3L/min）之间，正常情况下硫化氢的浓度在0～3ppm（硫化氢涌出量0～0.45L/min）之间，在保持正常通风的情况下对安全生产的影响比较小。
在W5503和E5302采煤工作面局部区域出现过硫化氢涌出，有硫化氢涌出的区域放炮后浓度在10～30ppm，对安全生产构成威胁。
综上所述，广安煤矿在K1煤层底板茅口灰岩中距K1煤层层间距30～150m处岩溶发育，溶洞裂隙内及其影响区域富含高压力高浓度高含量的硫化氢；在K1煤层局部区域富含硫化氢气体。
3 裂隙硫化氢综合防治技术
3.1 硫化氢气体的监测监控
①在有硫化氢气体涌出的采煤、掘进工作面、采区回风巷、一翼回风大巷、+818总回风斜井安装硫化氢传感器，安装位置符合《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029―2007）标准中甲烷传感器安装位置要求，实现对硫化氢气体的连续在线实时监测。当硫化氢传感器显示超限时，监控值班员必须立即向矿调度员报告。安监员和掘进工作面的瓦检员配备便携式硫化氢气体检测仪检测硫化氢，浓度超限时，及时向矿调度室汇报。调度员接到硫化氢超限报告后，要及时组织硫化氢超限区域停工撤人。
②硫化氢检测地点和次数。超前岩巷掘进工作面每班分别在工作面（拱顶、腰线、底板）和装岩机前后10m范围内中下部及回风风流进行详细检测。各班进班时、装药前和放炮后均必须检测硫化氢浓度。其他掘进工作面每班检测一次。
③在距掘进工作面5m处的回风侧安装一台硫化氢传感器，在钻场钻机处安装一台硫化氢传感器，并对巷道内所有电气设备进行硫化氢电闭锁。硫化氢电闭锁断电浓度为≥6.6ppm，复电浓度为 ①加大工作面风量。选用FBD5.6对旋式局部通风机替换原11kW局部通风机，将工作面有效风量由110m3/min提高到180m3/min，掘进工作面硫化氢稀释到安全浓度。②预抽硫化氢。预抽时间要尽量长，不得低于3个月。
3.4 采煤工作面硫化氢防治技术
①加强通风。采煤工作面实行分区通风，加大工作面风量，将硫化氢浓度稀释到安全浓度。
②预抽硫化氢。预抽时间不得低于3个月，顺层抽放孔孔间距3m。
③加强劳动组织。1）攉煤、支护、打眼放炮必须坚持两人一组作业，互相监护安全，搞好自主保安和互助保安工作。2）在攉煤前及攉煤过程中，作业人员必须利用乳化液系统的液压枪，对煤炭喷洒清水进行湿润，利用硫化氢溶于水的特性降低煤体中的硫化氢浓度。3）攉煤人员应先在基本支柱的第一排与第二排之间攉煤壁侧煤炭，经安检员检测硫化氢浓度在安全规定范围内，在煤壁侧煤炭攉至平刮板机中部槽后，方能进入煤壁侧攉基本柱内的煤炭。
④及时封堵采空区及报废巷道。
3.5 个体防护
①进入采掘工作面的所有员工必须随身携带好压缩氧自救器，并达到应知应会，知道原理会使用，发现硫化氢异常时，迅速佩戴好自救器，撤离工作面到进风巷道。为避免硫化氢对眼睛刺激造成伤害，应佩戴护目镜。②在工作面机、风巷距安全出口30m处安装压风自救装置，压风自救装置数量应满足该工作面最多工作人数需要，压风管径、风压、风量符合国家相关要求。当工作面硫化氢浓度超过规程要求时，撤到进风巷的人员利用压风自救装置自救。③设置避灾硐室，避灾硐室符合国家相关要求。避灾硐室作为发爆器起爆位置，放炮时作业人员进入避灾硐室躲避。
4 结语
本文从分析研究广安煤矿裂隙硫化氢喷出特点和裂隙硫化氢的地质分布特征入手，结合本矿井的实际情况，提出裂隙硫化氢综合治理的技术方案并在现场实际应用，初步控制了底板岩巷掘进工作面揭穿岩溶喷出硫化氢、采煤工作面异常涌出硫化氢灾害和硫化氢中毒事故的发生，达到预期目标，为矿井安全生产创造了条件，取得了较好的安全经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]窦红卫.浅谈煤矿井下有害气体及防治[J].淮南职业技术学院学报，2007，4（7）：87-89.
[2]张少杰，田水承，刘文永，等.煤矿硫化氢成因及综合治理技术[J].陕西煤炭，2011（5）：77-79.
[3]高奎，何兴国，吴开双，等.广安鑫福煤业有限公司（广安煤矿）裂隙瓦斯硫化氢防治方案[R].广安：广安煤矿，2010.
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