一号煤矿硫化氢防治技术研究与探讨

成 飞 李亚斌

（黄陵矿业有限公司一号煤矿，陕西 延安 727307）

关健词 煤矿掘进 硫化氢 防治技术

1 工程概况

黄陵矿业有限公司一号煤矿八盘区位于一号煤矿井田西南部，北邻西一大巷，西、南、东均为井田边界。803回风顺槽位于八盘区西南部，北邻805进风顺槽；东接八盘区回风大巷；南为803进风顺槽，已掘至设计位置；向西为井田边界。803回风顺槽在掘进过程中有大量硫化氢气体涌出，涌出量最大达到0.02%，浓度达到92.9mg/m³，给职工身体造成伤害，严重影响了掘进效率。

2 硫化氢概况

2.1 硫化氢的现状

803回风顺槽掘进至300m时出现硫化氢气体，主要为掘进机割煤期间硫化氢较大，不生产时硫化氢较小，工作面前部硫化氢涌出最大达到0.02%，浓度达到92.9mg/m³；后巷硫化氢涌出量较小达到0.0001%，浓度达到0.19mg/m³。根据实际观测，确定硫化氢含量来源于煤体赋存。

图1 803回风顺槽位置示意图

2.2 硫化氢的性质

硫化氢的化学分子式为H2S，相对分子质量为34.09，是无色、微甜、略带臭鸡蛋味的剧毒性气体，对空气的相对密度为1.19，绝对密度1.52kg/m3，易溶于水（在常温常压下1体积的水中能溶解2.5体积的硫化氢，所以它可能积存在旧巷积水中，在受到搅动时又会释放出来）遇火后能燃烧和爆炸，当浓度达4.3%～46%时具有爆炸性。

2.3 硫化氢对人体的危害

硫化氢有强烈的剧毒，能使人体血液缺氧中毒，对眼睛及呼吸道黏膜具有强烈的刺激作用，能引起鼻炎、气管炎和肺水肿。当空气中其浓度达到0.0001%时可以嗅到臭鸡蛋味，达0.02%时，强烈刺激眼睛及喉咙黏膜，感到头痛、呕吐、抽筋、瞳孔变大，甚至死亡。但当浓度较高时（0.005～0.01%），因嗅觉神经中毒麻痹，臭味“减弱”或“消失”，反而嗅不到；达到0.1%时，人在极短时间内死亡。硫化氢的中毒程度与浓度的关系如表1所示。

表1 硫化氢的中毒程度与浓度的关系

2.4 煤矿井下硫化氢的主要来源

（1）坑木等有机物腐烂；

（2）含硫矿物的水化（黄铁矿、石膏等遇水分解）、燃烧和爆炸时（井下发生火灾后，所产生的氢气遇黄铁矿会生成硫化氢）；

（3）从老空区和废旧巷道积水中放出；

（4）从煤层和围岩中放出或涌出；

（5）爆破工作。

2.5 一号煤矿803回风顺槽硫化氢来源

一号煤矿2#煤中硫化氢气体的形成与生物化学及热化学相关，在煤的形成过程中，硫化氢气体和黄铁矿结核及生物降解伴随生成。由于硫化氢气体分子的形变大，极化率高，很容易被煤体吸附。硫化氢一经生成就很难向外扩散，绝大部分都保留在煤体中。当煤体被掘进作业后，由于煤体受到破坏，必然引起煤体内部硫化氢压力的降低，破环了硫化氢存在的状态和硫化矿水解的原有平衡，存在于煤体裂隙和空隙中的游离硫化氢便会随之涌出，同时硫化矿也会不断地水解，生成新的硫化氢气体不断涌出，给生产带来了很大的安全隐患。

3 硫化氢防治方案探究

3.1 加强检查，稳定风量

（1）加强通风，保证通风系统稳定可靠，确保风量满足工作面要求。

（2）工作面安排瓦检员在开机期间负责对工作面范围内的硫化氢气体监测一次，监测点应设置在距离底板小于1.0m的风流中。

（3）803回风顺槽侧向外10m处安装硫化氢传感器，并与矿井监控系统联网，实现超限断电功能。传感器应安设在距离地面不大于1.0m的风流中，并且进气口向下。

3.2 碱性溶液喷雾法吸收硫化氢气体

（1）原理

井下喷雾吸收硫化氢，主要是通过化学方法，利用酸碱中和反应吸收去除巷道中的硫化氢气体。

碳酸钠与硫化氢的反应式为：

Na2CO3+H2S=NaHCO3+NaHS

（2）浓度配比与使用方法

改装综掘机喷雾系统，并在综掘机安设硫化氢防治专用喷雾，割煤期间利用质量分数为5%的碳酸钠溶液作为喷雾药剂应用到喷雾上。

3.3 撒石灰粉

在803回风顺槽准备不少于200kg的石灰粉末，当工作面出现硫化氢气体时，立即喷洒石灰粉，以覆盖工作面揭露煤岩，并使用水冲刷，降低硫化氢浓度。

氢氧化钙与硫化氢的反应式为：

H2S+Ca(OH)2→CaS+H2O

3.4 压注石灰水、碱水脱除硫化氢

根据现场监测数据分析，目前一号煤矿八盘区已经推进到了硫化氢富集区域，通过试验，目前已经难以通过增加风量的方式将硫化氢稀释到安全浓度。此时应采用化学吸收的方法进行脱除。

根据硫化氢气体化学及物理性质可知，硫化氢易为碱性溶液所吸收，可用碱溶液脱除硫化氢，通过对井下现场硫化氢涌出地点进行观测、取样分析得出：硫化氢主要源于地下水富集且裂隙发育的煤层中，通过803回顺钻孔向工作面富水且裂隙发育的区域打钻向煤层注碱性溶液的方法来脱除。由于矿井环境特殊，并且地质条件非常复杂，可回收的脱硫工艺非常复杂，且难以实现。因此，实际应用中吸固硫剂不回收。为了防止碱性溶液污染事件，并考虑到成本因素，选用氢氧化钙和碳酸钠相结合的复合硫化氢吸收剂，吸收硫化氢气体。

施工注硫化氢吸收剂钻孔（利用瓦斯抽采钻孔），深入到硫化氢来源的裂隙带，将氢氧化钙沿钻孔注入含硫化氢较高的区域，使之与硫化氢反应，固定硫化氢：H2S+Ca(OH)2→CaS+H2O。

当对硫化氢的吸收进行到一定程度，硫化氢大量被吸收，空气中硫化氢浓度低于要求浓度后，向注氢氧化钙钻孔内注碳酸钠溶液，碳酸钠溶液也是碱性溶液，对硫化氢也有吸收作用，并且可以与氢氧化钙反应，生成不溶于水的碳酸钙。使氢氧化钙溶液尽快固定，还能消除其对环境的污染。CO2-3+Ca(OH)2→CaCO3+2HO-。

图2 压注吸收剂消除硫化氢工艺示意图

压注吸收剂脱除硫化氢的工艺主要适应于局部硫化氢富集地带。要求利用高压注浆泵压注氢氧化钙或碳酸钠溶液时每个孔压注时压力必须达到4MPa以上，压注量每个孔在20～30m³左右，压注的氢氧化钙浓度控制在8%左右（经试验氢氧化钙在6%～8%时吸附硫化氢效果最佳），稳定4～6h后又对每个孔压注5%碳酸钠溶液。

4 硫化氢治理现场保障措施

（1）对下井工人进行安全教育培训，增强安全生产意识，让职工了解井下作业可能导致硫化氢中毒的危害因素，掌握硫化氢中毒的特点和自救互救、自我保护知识等。

（2）工作面所有人员必须携带压缩氧自救器，并确保完好。

（3）施工单位必须负责给工作人员发放眼药水、风镜、口罩护垫等防护用品。

（4）在施工钻孔时，必须采取防治硫化氢措施，人员要位于进风流或新风的上风处，不得正对施工钻孔；现场通讯、救护设施、监测仪器等齐全可靠。发现出水、出气时人员立即撤出，不得拔出钻具。

（5）工作面现场所有人员在作业过程中，若闻到臭鸡蛋味，应及时联系现场瓦检员或汇报通风调度，经监测若发现巷道硫化氢气体持续上升，应将测定结果同时告知现场带班队干或班长及调度室，当回风流中硫化氢浓度达到6.6ppm（0.00066%）时，应立即停止作业并组织人员撤离现场至进风巷，撤离时，用湿毛巾捂住嘴鼻。

（6）硫化氢毒性极大，但硫化氢比空气重（相对密度为1.17）,且极易溶于水而形成氢硫酸，故地势低处危险性比较大，下风侧硫化氢浓度比较大，上风侧浓度低，故在有硫化氢涌出区域的作业人员应在其上风侧作业。

（7）有硫化氢气体涌出作业地点，该区域班组长（跟班队干）和瓦检员必须佩带硫化氢便携仪，瓦检员还必须携带硫化氢检测管，对风流中和抽采钻孔内气体进行定时检查。检测硫化氢气体时，检查地点应在上风侧、头部应高于巷道底板500mm的地方测定，防止中毒。

（8）严禁工作人员长时间停留在硫化氢积存范围内进行作业，应采取定期轮岗作业，确保作业人员安全。

5 硫化氢中毒的现场急救处理

（1）迅速脱离中毒现场至空气新鲜处，及时给予吸氧，保持呼吸道通畅。保持安静，进行休息，注意保暖，严密观察病情变化，严重的及时升井送往医院治疗。

（2）对呼吸、心跳骤停者，立即进行心肺复苏（忌用口对口人工呼吸，万不得已时与病人间隔以数层水湿的纱布）。对休克者应让其取平卧位，头稍低，对昏迷者应及时清除口腔内异物，保持呼吸道通畅，迅速升井送往医院抢救。

（3）有眼部损伤者，应尽快用清水反复冲洗，迅速升井送往医院进一步处理。

（4）救援人员必须佩戴个人防护器进入中毒环境，并留有危险区外监护人员，做好一切救护准备，以尽可能地减少人员中毒或伤亡。

6 结 语

（1）对硫化氢的性质、来源等进行了分析，通过试验提出了适合一号煤矿掘进工作面治理硫化氢的方法及工艺，为一号煤矿治理硫化氢技术奠定了良好的基础。

（2）应用综合的治理措施，采取严格的管理措施，有效地解决了掘进工作面硫化氢问题，将工作面的硫化氢浓度从92.9mg/m³降到18mg/m³以下，为职工创造了安全、健康的环境，保障了矿井安全生产。

（3）通过对硫化氢有效的控制，提高了掘进效率，为一号煤矿生产接续提供了保障。