煤矿硫化氢治理技术及实践

张天祥

(晋煤集团沁秀煤业有限公司，山西 晋城 048007)

·技术经验·

煤矿硫化氢治理技术及实践

张天祥

(晋煤集团沁秀煤业有限公司，山西 晋城 048007)

硫化氢是煤矿生产过程中从煤岩体中涌出的一种有毒、有害气体，在部分煤矿中这种气化含量远远超过国家有关规定，并具有对人体危害大、治理困难的特点。目前，全国尚无成熟有效的治理措施。晋煤集团凤凰山矿结合硫化氢的性质，通过一年多的不断探索与技术攻关，采用个体防护、加强通风、煤层注水、洒水喷雾等综合治理措施，取得了较好的效果，为保障安全生产起到积极的作用，也为煤矿硫化氢治理积累了较为成功的经验。

煤矿;硫化氢;治理

硫化氢是煤矿生产过程中从煤岩体涌出一种有毒、有害气体，在我国大部分煤矿中这种气体一般含量很低，处于《煤矿安全规程》要求范围之内，但在部分地区，由于成煤环境不同，煤层中硫化氢含量非常大，生产作业场所空气中硫化氢的含量远大于规程要求，对职工身体健康造成不利影响。

晋煤集团凤凰山矿15#煤首采面155301工作面开采过程中硫化氢涌出量很大，对生产造成很大影响，也对职工的身体健康带来威胁，通过一年多的专项治理，取得了较好的效果。

1 现场概况

凤凰山矿15#煤层首采工作面155301综采工作面于2009年3月份开始生产，该工作面煤厚2．3 m，配风量700 m3/min，生产过程中硫化氢涌出量异常，瞬间的回风巷硫化氢含量最大达到80×10－6，工作面局部地点硫化氢含量达到200×10－6以上，远远高于《煤矿安全规程》规定的6．6×10－6，对职工身体健康及安全生产造成了不利影响。工作面硫化氢浓度测试表见表1。

2 硫化氢的特性

硫化氢(H2S)为无色、有臭鸡蛋味、易燃、急性剧毒、酸性气体，别名氢硫酸。分子量为34．08，相对密度为(空气=1)1．19。易溶于水(常温下1体积水能溶解2．6 L硫化氢)，醇类、石油溶剂和原油。浓度低时带恶臭(气味如臭鸡蛋的味道)，浓度高时反而没有气味(因为浓度高时硫化氢的臭味可以麻痹嗅觉神经)。同时硫化氢是一种急性剧毒气体，吸入少量高浓度硫化氢可以短时间内致命。低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响。

表1 工作面硫化氢浓度测试表

3 治理措施

3．1 加强培训教育

对参与15#开采的人员，进行硫化氢基本知识包括硫化氢气体性质、毒害、防治及救护知识的普及教育，经考核合格后方可上岗作业，提高职工自身素质，加强硫化氢气体防范意识。

3．2 日常气体检测

完善对硫化氢气体的日常检测，掌握第一手资料，为相应的治理措施提供依据。建立硫化氢气体检测检查制度，对15#煤层所有生产作业地点均纳入检查范围，每班检查硫化氢浓度不少于2次。尤其是加强采煤机割煤时机身前后50 m范围内、回风巷、周期来压期间的监测，找出生产空间内硫化氢的分布规律，为下一步的治理提供准确依据。

3．3 个体防护

为了确保工作面职工不受硫化氢危害，该矿要求工作面一般作业人员要戴化学安全防护眼镜、戴橡胶耐油手套等个体防护措施;在采煤机附近及下风侧长时间作业的采煤机司机、移溜(拉架)工、电缆工等重点工种，除上述措施外，还要佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)的呼吸系统防护，防止发生硫化氢中毒现象。

3．4 加强通风

加强通风管理，增加风量配备，最大限度地稀释硫化氢，是治理硫化氢简单的方法，为此，将风量由原来的700 m3/min增加到1 000 m3/min。使回风流中硫化氢的含量由原来的80×10－6下降到55×10－6。但该方法一方面要求有足够的风量，同时，风速等方面不得超出《煤矿安全规程》要求。

3．5 煤层注水

煤层内浅孔注水是防治硫化氢的根本措施，基本原理是在煤层中，施工钻孔进行注水或注碱液，利用硫化氢易溶于水和氢硫酸(硫化氢溶于水的产物)可与碱性化合物反应的特性，溶解吸收硫化氢，从而达到防治硫化氢的目的。其化学反应离子方程式如下:

3．5．1 浅孔注水技术

1)注水系统构成及设备。

浅孔注水工艺过程包括注水钻孔施工和注水(或碱液)两个主要环节。用风煤钻或电煤钻配套直径42 mm的钻头，每隔一定间距施工一个垂直于工作面煤壁注水钻孔;打好钻孔后，用封孔器封孔，利用安设于进风顺槽的注水泵对钻孔注清水或饱和石灰水(碱液)，见图1。注水时，在流量和压力允许的条件下，可以采用单孔或多孔同注的注水方式，当顶板与煤层结合部、煤壁或相邻孔出现渗水现象时，终止注水。

图1 注水钻孔布置及设备连接方式

注水系统由注水泵、水箱、压力表、控制阀、高压管路和封孔器等组成，注水系统布置及设备安装连接如图1所示。根据注水实践经验，注水泵选用额定压力为20 MPa、额定流量为200 L/min、水箱容积不少于2 m3的乳化液泵。要求注水泵安装有压力表、水表及卸压阀门等附件，高压管路选用d25 mm高压胶管。浅孔注水所需设备见表2。

表2 工作面浅孔注水所需设备清单

2)注水孔布置及注水参数。

浅孔注水技术关键在于注水参数的选用。注水基本参数包括钻孔直径、钻孔间距、注水孔布置、钻孔长度、封孔深度、注水压力、注水量和注水时间等，结合155301工作面的实际情况，选取注水参数如下:

a)钻孔直径:用d42 mm钻头和麻花钻杆施工，钻孔成孔直径为d50 mm。

b)钻孔间距:通常根据注水有效影响半径确定钻孔间距，一般注水有效影响半径2．0～2．5 m，孔间距取1．8～2．0倍为宜，据此确定注水孔间距4．0 m。

c)注水孔布置:要能够控制整个煤层厚度;注水有效影响半径2．0 ～2．5 m，平均煤厚2．3 m，单排孔布置，钻孔位置距煤层顶、底板各为煤层厚度的1/2，约为1．2 m。见表3、图2。

表3 浅孔注水钻孔布置参数表

图2 工作面浅孔注水钻孔布置图

d)钻孔长度:按正规循环作业确定;工作面采取“四六”制劳动组织，每天三班生产(进尺7．2 m/d)、一班检修，检修班注水，一次注水宽度要能满足一天的生产需要，因此，选择钻孔长度为8 m。

e)封孔深度:随钻孔长度而异，同时和煤壁所能承受的注水压力有关，合理的封孔深度应使孔口附近煤壁不发生泄水，煤壁的深部和浅部湿润均匀，一般为1．0～2．0 m即可满足注水要求，选取封孔深度为1．5 m。当煤层特别松软时，可以改用2．0 m的封孔深度。

f)注水量:参照注水防尘要求，注水量按下式计算:

式中:Qd—每孔注水量，L/孔;

k1—漏水系数，取 1．2;Lz—钻孔长度，m，取8;Lj—钻孔间距，m，取 4;

hm—煤层厚度，平均2．3 m;

qi—每立方米煤体的注水量，L/m3，取10～15;按上式计算得，单孔注水量为883～1 324 L。

g)注水压力:以满足注水流量和不造成煤壁泄水为确定依据，由于是动压注水，中压注水效果较好，一般地取注水压力为3～6 MPa;如果煤层透水系数特别小，注水压力可以提高到3～8 MPa。

h)注水时间:平均单孔注水量满足要求(需要20～30 min)时，可以结束注水;一旦钻孔所在地点的顶板与煤层结合部或煤壁出现渗水现象，也可以终止该钻孔注水。

3)注水孔施工注意事项。

a)注水压力突然降低，且降压幅度达到或超过30%时，终止注水。

b)平均单孔注水量满足注水量要求(需要20～30 min)时，结束注水。

c)钻孔所在地点的顶板与煤层结合部或煤壁出现渗水现象，终止注水。

3．5．2 深孔注水

受煤层结构、夹矸、地质构造等因素影响，工作面浅孔注水往往存在注水不均、治理效果差的问题。采用深孔注水，对浅孔注水进行补充，可提高治理效果。

注水孔布置:在工作面两顺槽煤壁上距顶板1．0 m处垂直打眼，孔径视封孔器型号而定，一般不超过100 mm，眼距20 m，眼深根据工作面切眼长度而定，终孔距另一顺槽15～30 m。

注水要求:与工作面浅孔注水不同，顺槽深孔注水要至少超前工作面30 m，注水压力一般控制在2 MPa左右，注水时间不小于24 h。

3．6 喷雾洒水

1)由于采煤机滚筒截割过程对煤体的破碎作用，会造成硫化氢气体的集中涌出，尽管采取浅孔注水措施，采煤机上风侧0～10 m、下风侧0～50 m的区域硫化氢气体浓度仍然可能超限。因此，采煤机上风侧10 m至下风侧50 m的区域是硫化氢防治的重点位置。

喷雾洒水是将压力水通过喷嘴在旋转或冲击作用下，使水流雾化成细散的水滴喷射于空气中。喷雾洒水防治硫化氢气体的作用主要体现在水雾喷洒范围内，能够溶解吸收硫化氢，如果喷洒碱液则发生化学反应消除硫化氢，从而降低硫化氢的浓度。

利用采煤机内、外喷雾装置进行喷雾洒水是降低采煤机附近硫化氢的主要措施。因此，要求采煤机截煤时内、外喷雾装置必须全部打开喷雾降尘，内喷雾压力不得小于2 MPa，外喷雾压力不得小于1．5 MPa，喷雾流量应尽可能地大。

条件具备时，可以采取落煤喷淋、煤壁冲刷措施，尽可能溶解硫化氢，减少硫化氢气体涌出。

2)为了降低风流中硫化氢气体浓度，保证回风巷人员安全，需在工作面上出口外15 m处和在距回风巷口20 m处分别安设1道风流净化水幕，水幕应能全断面控制巷道，达到风流与水充分混合，溶解硫化氢气体，进一步降低其浓度。

4 效果分析

通过采取上述措施，各测点的硫化氢浓度基本控制在25×10－6以内，其中回风巷硫化氢浓度降到了20×10－6以内，降低了50%以上。存在的主要问题是注水不均，影响治理效果，需进一步采取措施，提高煤层注水量，以改善治理效果。

［1］张少杰，田水承．煤矿硫化氢成因及综合治理技术［J］．陕西煤炭，2011(5):77－79，84．

［2］戴金星，胡见义，贾承造，等．科学安全勘探开发高硫化氢天然气田的建议［J］．石油勘探与开发，2004，31(2):1－4．

［3］ 戴金星，戚厚发，宋岩，等．我国煤层气组分、碳同位素类型及其成因和意义［J］．中国科学(B辑)，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

张天祥(1970—)，男，山西临猗人，1993年毕业于淮南矿业学院，工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作(E －mail)506623917@qq．com