综采工作面硫化氢气体防治技术应用研究.pdf

2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.014综采工作面硫化氢气体防治技术应用研究（霍州煤电集团晋北煤业有限公司，山西 忻州 035100）摘要 针对晋北煤业在 5-405 工作面开采过程中出现硫化氢气体异常的情况，通过建立预测预报制度、煤层压注氢氧化钠水溶液降低硫化氢浓度、加强通风系统管理、降低推进速度、健全安全保护机制等综合预防治理技术体系，采煤工作面的硫化氢气体浓度有了明显的下降。这表明所采取的措施技术可行、安全可靠、便于实施、效果显著，保障了工作面的安全回采。关键词 综采工作面；硫化氢；防治；安全生产中图分类号TD711文献标识码B文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0044蛳 030引言硫化氢是在煤炭成煤作用过程中形成的一种无色、具有臭鸡蛋气味的有毒有害气体，严重威胁着矿工们的生命健康安全。当硫化氢浓度较高时，会导致接触者咳嗽、眼睛强烈疼痛及红肿，当浓度达到 1 00010-6时，在数秒内会致人死亡咱员暂。此外，硫化氢气体化学活性强，易腐蚀煤矿井下采掘设备、监控监测设施（如 CO 传感器、O2传感器、CH4传感器等）等，增加煤矿设备维修保养成本，给煤矿生产带来严重的安全隐患咱2-3暂。近年来，随着我国煤矿开采强度的加大，生产过程中发生硫化氢异常聚集的现象也逐渐增多。据统计，我国山西、陕西、河南等省份的 100 多座煤矿均出现过硫化氢超标的现象。国内外专家学者对硫化氢的防治技术开展了研究，并取得了一定的成果咱4-5暂。霍州煤电集团晋北煤业有限公司（以下简称晋北煤业）在 5-405 工作面开采过程中，由于该煤系地层富集硫化氢（H2S），出现了硫化氢气体异常的情况，虽然硫化氢浓度较低，但存在对井下作业人员中枢神经系统和呼吸系统造成不可逆转损伤的风险。本文针对 5-405 工作面硫化氢气体异常涌出的现状，通过布设监测点对硫化氢气体浓度进行检测，建立了预测预报制度、煤层压注氢氧化钠水溶液、加强通风系统管理、降低煤层开采推进速度以及健全安全保护机制，显著降低了 5-405 工作面的硫化氢气体浓度，保障了工作面的正常回采，为我国煤矿硫化氢异常涌出的防治提供了有益借鉴。1硫化氢（H2S）气体异常涌出概况晋北煤业 5-405 综采工作面于 2022 年 3 月开始生产，工作面走向长度 436 m，切巷长度 235 m，煤层平均厚度 4.5 m，工作面采用“U”型通风方式，配风量为 1 246 m3/min。开采期间采煤机滚筒附近硫化氢最高浓度为 8.510-5，回风顺槽硫化氢浓度达 4.310-5，远高于 煤矿安全规程 规定的 6.610-6，对职工的生命健康和矿井安全生产造成了严重威胁。为掌握硫化氢涌出规律，分别在 5-405 工作面滚筒割煤处（编号）、滚筒割煤点下风侧 10 m 处（编号）、副巷端头（编号）、回风顺槽内（编号）、回风顺槽巷口（编号）设置了 5 个监测点对硫化氢气体浓度进行检测。监测点布置如图 1 所示；检测结果如表 1 所示。图 15-405 工作面硫化氢气体监测点布置表 15-405 综采工作面硫化氢气体检测数据单位：10-6检测次数测点编号备注第 1 次2.32.01.71.41.3不割煤时第 2 次4349587079割煤时第 3 次4047617685割煤时第 4 次4145627781割煤时测点测点测点测点测点5-405 工作面能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4442023 年 8 月Aug.,2023由表 1 分析可知，综采面硫化氢浓度受距离割煤地点远近的影响，呈现出距离割煤点越近，巷道风流中硫化氢浓度越高，反之越小。经分析，工作面在割煤期间，吸附在煤层中的硫化氢从新裸露煤壁和落煤中大量解析释放到工作面，造成风流流经巷道硫化氢气体超限，给安全生产造成很大的威胁。2硫化氢（H2S）气体治理措施2.1建立预测预报制度根据 5-405 工作面硫化氢异常涌出情况，制定了硫化氢异常预测预报制度，禁止硫化氢气体超限作业。（1）在工作面安装了硫化氢传感器并接入矿井安全监控系统，实现 24 h 动态监控；工作面采煤司机、班组长、安全员以及回风巷的负荷中心司机人员必须携带硫化氢检测报警仪，气体超限时立即停机撤人。（2）将硫化氢气体检测纳入日常检查工作，在工作面设置专职瓦检员，专职瓦检员每隔 2 h 检测1 次硫化氢浓度并汇报通风调度，检查地点为滚筒割煤处、滚筒割煤点下风侧 10 m 处、副巷端头、回风顺槽内、回风顺槽巷口 5 个监测点，测定结果同时告知带班领导和现场施工人员，当整个巷道回风流中硫化氢浓度达到 6.610-6时，必须立即从现场撤离至进风巷。（3）每班由采煤机司机携带 1 台便携式硫化氢检测仪进行测定，仪器吊挂在硫化氢浓度较高的采煤机处，对可能发生硫化氢气体超限的重点区域进行实时监控，矿井通风区定期组织有关人员分析研判硫化氢的涌出情况。2.2煤层压注氢氧化钠水溶液降低硫化氢浓度硫化氢气体易溶于水，在煤层中预先打钻，利用注水泵注入 2%3%的氢氧化钠水溶液，降低煤体中硫化氢含量。在工作面进回风巷每隔 20 m 施工 1 个钻孔，钻孔深度 120 m、直径 75 mm。注完后采用封孔器配合水泥、速凝剂进行封孔，以防跑水漏水。因硫化氢与氢氧化钠的化学反应具有一定的可逆性，施工作业人员根据生产计划，提前 1 d 在煤体中注入氢氧化钠水溶液，提前时间最多不宜超过 2 d。根据对比分析现场实测数据，消除硫化氢效果明显，各测点硫化氢气体浓度降低了 90%以上，有效解决了工作面割煤期间硫化氢气体浓度超限的问题，取得了较好的治理效果。工作面注水钻孔布置如图 2 所示；注液前后硫化氢浓度对比如表 2所示。图 25-405 工作面注水钻孔布置表 2注液前后硫化氢浓度对比2.3加强通风系统管理加大综采面通风量能有效直接地稀释和排除硫化氢气体。5-405 综采工作面配风量为 1246m3/min，经过测算，在保证工作面风量符合规定的基础上，将工作面风量增加到 1 800 m3/min，加快了工作面风流速度，有效地稀释了硫化氢气体浓度，使工作面硫化氢气体的浓度得到有效地控制。2.4降低推进速度工作面开采时应降低推进速度。当硫化氢浓度较高时，实行间歇割煤的方式，减少硫化氢解析释放速度，硫化氢超限时必须停止作业。此外，采煤机上安设硫化氢检测仪，实时监控采煤机周围硫化氢气体浓度。采煤机割煤时，内外喷雾以及支架下风侧喷雾设施全部开启喷雾洒水，溶解部分硫化氢气体，降低其在工作面空气中的浓度。2.5健全安全保护机制强化员工培训教育，作业人员必须牢记硫化氢气体的危害和防治方法；在工作场所设置警示牌板，在割煤作业时设置警戒人员，防止人员进入硫化氢回风流中；现场作业人员必要时配备防毒面具、乳胶手套、毛巾等防护用品，并在 5-405 进风顺槽中设置专用水桶，便于工作人员及时清洗；合理组织生产作业，尽量缩短工作人员在硫化氢涌出地点及回风流中的暴露时间；针对井下硫化氢气体危害，定期对职工进行针对性的安全技术培训，掌握硫化氢气体灾害突发预兆，自觉做好个体防护工作，以降低硫化氢气体对作业人员的危害，提高职工的安全意识和自救互救能力。李先峰综采工作面硫化氢气体防治技术应用研究注浆前后浓度测点编号备注注液前平均值/10-641.34760.374.381.6割煤时注液后平均值/10-62.73.55.25.66.0割煤时平均降低/%93.492.591.392.492.6-5-4052 巷注水钻孔20 m20 m20 m5-4051 巷452023 年 8 月Aug.,2023（上接第 37 页）为 10 m，直径为 30 mm，柔性风筒延伸至上隅角处。（2）瓦斯传感器安装在上隅角内，主要检测上隅角瓦斯浓度，PLC 控制器分别与瓦斯传感器及风机电机连接，主要应用数据分析处理、指令发生等咱缘暂。（3）当上隅角瓦斯浓度达 0.8%时，瓦斯传感器及时将收集数据上传至 PLC 控制器内，控制器通过数据分析处理后对风流引射器下达“开启”指令，风流引射器开启对上隅角供风排瓦斯。3.4实际应用效果分析截止到 2021-07-12，103 工作面回采结束。通过对工作面上隅角采取联合瓦斯治理技术后，工作面在后期回采中上隅角瓦斯浓度得到了有效控制。通过现场监测发现，后期回采过程中过断层区时上隅角瓦斯浓度控制在 0.7%左右，过断层后上隅角瓦斯浓度控制在 0.3%以下，未出现上隅角瓦斯超限断电现象。4结论（1）对采空区采取埋管瓦斯抽采，可减少上隅角侧采空区瓦斯积聚，降低采空区积聚瓦斯在负压作用下向上隅角涌入，同时施工隔离墙可以阻断瓦斯涌入通道。（2）对工作面顶板裂隙布置高位钻孔后，能够对裂隙带富含的高浓度瓦斯进行提前预抽，减少了顶板垮落后裂隙瓦斯涌出量，而且采用高位钻孔进行瓦斯抽采时，可与工作面回采同步施工，对工作面回采影响小，实用性强。（3）通过对端头处设置风障后，减少了采空区漏风量，降低了风阻，在降低工作面配风量的前提下，增加了工作面实际风量，提高了上隅角自然风压排瓦斯效果；同时对上隅角安装风流引射器后，实现了瓦斯自动排除，提高了瓦斯排除自动化水平。参考文献1李明文.采煤工作面上隅角瓦斯治理方案探讨 J.设备管理与维修，2022（8）：139-140.2韩海军.低瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯治理技术 J.煤，2022，31（4）：46-47.3李小超，周中立，王永帅，等.综采工作面上隅角瓦斯治理技术应用 J.内蒙古煤炭经济，2022（2）：142-144.4范家文，刘沂星，梁小刚.大直径定向钻孔以孔代巷上隅角瓦斯治理研究 J.能源与节能，2022（1）：127-128.5李云.青岗坪煤矿上隅角瓦斯治理效果评价 J.能源技术与管理，2021，46（6）：124-125.作者简介潘少斐（1994-），男，助理工程师，毕业于临汾职业技术学院矿井通风与安全专业，主要从事通风安全技术管理工作。收稿日期：2022-11-293综合效果分析晋北煤业通过建立预测预报制度、煤层压注氢氧化钠水溶液降低硫化氢浓度、加强通风系统管理、降低推进速度、健全安全保护机制等综合预防治理体系，采煤工作面的硫化氢气体浓度有了明显的下降。通过对 5 个监测点硫化氢监测数据对比分析，各测点硫化氢气体浓度降低 90%以上，硫化氢浓度控制在 煤矿安全规程 规定的 6.610-6以下，有效地降低和消除了硫化氢的危害。4结语大量的工程实践表明，采用单一的硫化氢气体治理措施，往往不能有效地降低和消除硫化氢的危害，必须采用综合治理技术。本文采用的综合预防治理体系中，煤层压注氢氧化钠水溶液降低硫化氢浓度和健全安全保护机制是主要措施，起到了关键作用；建立预测预报制度、加强通风系统管理、降低推进速度是辅助措施。实践证明，该技术体系合理可行、安全可靠、方法简单、成本低、效果显著，保障了工作面的正常回采，对促进安全生产、保障职工生命健康意义重大，具有广阔的推广应用前景。参考文献1孙维吉，袁欣鹏，梁冰，等.煤层注 NaHCO3溶液防治 H2S方法及效果研究 J.中国安全科学学报，2016，26（1）：104-108.2周伟，郝蕴，郭欣.海上油田硫化氢生成原因及应对措施研究 J.中国造船，2019，60（增刊 1）：282-285.3林海飞，张静非，李树刚，等.煤矿硫化氢异常富集主控因素的广义灰色关联分析 J.中国安全生产科学技术，2017，13（6）：27-33.4魏俊杰，邓奇根，刘明举.煤矿硫化氢的危害与防治 J.煤炭技术，2014（10）：269-272.5刘明举，李国旗，刘彦伟，等.煤矿硫化氢气体成因类型探讨 J.煤炭学报，2011，36（6）：978-983.作者简介李先峰（1982-），男，工程师，毕业于山西大同大学采矿工程专业，长期从事矿井通风与安全等相关工作。收稿日期：2023-03-15能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.446