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1、裂隙硫化氢防治技术应用,四川省鑫福矿业股份 广安煤业有限公司,1.绪 言,1.1 本课题的提出 广安煤矿为生产矿井。1987年10月开工，1995年10月投产，设计生产能力150kt/a，核定生产能力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。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。,历次裂隙硫化氢、甲烷喷出情况,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
2、闭。,历次裂隙硫化氢、甲烷喷出情况,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%，。,历次裂隙硫化氢、甲烷喷出情况,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%，。,历次裂隙硫化氢、甲烷喷出情况,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，给我们带来沉痛的教训。,为了消除裂隙硫化氢、甲烷
3、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。 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。,1.2 本课题研究内容和主要技术指标,在四川省鑫福矿业股份有限公司及下属子公司广安鑫福煤业有限公司的指导下，广安煤矿开展了“裂隙硫化氢防治技术应用”工作。从研究广安煤矿裂隙硫化氢的地质分布特征入手，调查相邻龙滩煤矿的裂隙硫化氢治理经验，结合本矿井的实际情况，提出裂隙硫化氢治理的技术方案并加以应用。,1.2.1 主要研究内容,1.2.1.1了解硫化氢的性质、危害及在矿井内的分布情况
4、; 1.2.1.2 硫化氢监测监控; 1.2.1.3提出裂隙硫化氢治理的技术方案，并加以应用。,1.2.2 主要技术经济指标,1.2.2.1 降低采掘工作面硫化氢浓度，不因硫化氢浓度超限而停产，实现安全生产; 1.2.2.2 不发生硫化氢中毒及伤亡事故。,2.硫化氢的性质和危害,硫化氢有强烈毒性。浓度越高则对中枢神经抑的制作用越明显，浓度相对较低时粘膜刺激作用明显。人吸入70150mg/m3（4598ppm）12小时，出现呼吸道及眼刺激症状；吸入25分钟后嗅觉疲劳,不再闻到臭气。,硫化氢的性质和危害,吸入300mg/m3(195ppm)， 68分钟出现眼急性刺激症状，稍长时间接触引起肺水肿。吸
5、入760 mg/m3(495ppm)1560分钟，发生肺水肿、支气管炎及肺炎,头痛、头昏、步态不稳、恶心、呕吐。吸入1000 mg/m3(650ppm)数秒钟，很快出现急性中毒,呼吸加快后呼吸麻痹而死亡。,3.裂隙硫化氢的生成原因,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。,裂隙硫化氢的生成原因,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
6、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”硫化氢中毒就是一个沉痛的教训。,4.裂隙硫化氢在矿区的分布情况,4.1 矿井地质特征及水文地质 本井田在新华厦系第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。,4.1 矿井地质特征及水文地质,在井田技术边界-100m标高以上范围内，一般为3047，煤层最大
7、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651.61m653.63m和583.21m558.17m处岩芯破碎，地层分别增厚18m和40m，推断分别存在一逆断层。,矿井地质特征及水文地质,井田内含煤13层，位于龙潭组的龙1地层中，自上而下依次为K2、K1、K0煤层。K2与K1间距3.157.34m，K1与K0间距1.045.93 m。 K1煤层位于龙潭组一段中部，全区可采。上距龙潭组二段灰岩1222m，平均19m；下距铝质泥岩1.0411.52m，平均6.73m；距茅口组灰岩
8、1.95 15.28m，平均9.2m。 煤层顶底板岩性情况见附图1。,煤层顶底板岩性情况见附图1,4.2 裂隙硫化氢的分布情况,广安煤矿在揭露K1煤层进入底板茅口组30m150m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。,裂隙硫化氢的分布情况,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1020PPm（硫化氢涌出量为1.53升/分钟）之间，正常情况下硫化氢的浓度在03PPm（硫化氢涌出量00.45升/分钟）之间，在保持正常通风的情况下对安全生产的影响比较
9、小。,裂隙硫化氢的分布情况,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1030PPm，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30150米处岩溶发育，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。,5.裂隙硫化氢防治技术,5.1硫化氢气体的监测监控 5.1.1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
10、感器显示超限时，监控值班员必须立即向矿调度员报告。,5.1硫化氢气体的监测监控,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工作面停工撤人。,硫化氢气体的监测监控,5.1.2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）和耙岩机前后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。,硫化氢气体的监测监控,5.1.3在距掘进工作面5m处的回风
11、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6.6ppm。,5.2.岩掘工作面裂隙硫化氢防治技术,5.2.1钻探技术 在岩石掘进工作面必须通过长探钻孔探明裂隙硫化氢赋存情况，坚持“先探后掘”的原则。即每隔150m在巷道两帮各施工一个钻场，用液压钻机施工超前探孔，每个钻场内施工2个探孔，探孔长度为160200m，其中1个上向孔、1个下向孔，探孔终孔位置距巷帮10m15m。当掘进碛头距探孔终孔位置10m时，必须再次施工钻场和超前钻孔探测裂隙硫化氢。,5.2.1钻探技术,在岩石掘进工作面必须通过长探钻
12、孔探明裂隙硫化氢赋存情况，坚持“先探后掘”的原则。即每隔150m在巷道两帮各施工一个钻场，用液压钻机施工超前探孔，每个钻场内施工2个探孔，探孔长度为160200m，其中1个上向孔、1个下向孔，探孔终孔位置距巷帮10m15m。当掘进碛头距探孔终孔位置10m时，必须再次施工钻场和超前钻孔探测裂隙硫化氢。,钻探技术,硬岩探孔长度不足160m时，必须提前施工钻场、探孔，探孔要始终保持至少有10m的超前距离。如超前钻孔遇有裂隙硫化氢时，现场作业人员必须立即停止作业、关闭封孔器截止阀、不得拔出钻杆，撤出人员、向调度室汇报，由救护队员戴机对其进行抽放施工。长探钻孔布置见附图2。,长探钻孔布置见附图2,5.2
13、.2钎探技术,掘进巷道前，先施工超前钎探孔，钎探孔数量3个（如果岩石层理不清、紊乱，可适当增加钎探孔个数），分别位于碛头的左、右两帮和巷顶部，钎探孔外岔角30。钎探孔长度4m，循环进度不大于1.4m，每一循环必须施工钎探孔。如超前钻孔未遇裂隙硫化氢，则可正常掘进，并在掘进工作面前方始终留足2.0m的安全屏障，再进行下一轮钎探。,钎探技术,如超前钎探孔遇有裂隙硫化氢时，现场作业人员必须立即停止作业、不得拔出钻杆、并立即撤出人员，向调度室汇报，由救护队员戴机对其进行处理。只有当巷道风流中硫化氢浓度降到6.6ppm以下时才准恢复掘进。,5.2.3防钻探喷孔技术,因钻探区域可能含高压力高浓度高含量的硫
14、化氢气体，所有超前长探钻孔施工均需安设防护装置，包括封孔器、截止阀等。 5.2.3.1开孔及固管。用75mm钻头开孔至孔深4m，再用115mm钻头扩孔，插入108mm无缝钢管制作的套管，并在管与孔壁间进行注浆密封和固定。,防钻探喷孔技术,5.2.3.2封孔器安装及试压。待固管砂浆凝固后，用直径75mm钻头清水钻进至孔深5m，安装封孔器及钻杆逆止阀，通过注浆管加压至5Mpa试压。合格后继续钻进。 5.2.3.3探钻时如遇裂隙硫化氢涌出，必须立即关闭截止阀，撤出人员，由救护队员安装管路进行抽放。,防钻探喷孔技术,5.2.3.4 裂隙硫化氢抽放 出现裂隙硫化氢气体后，当采取加大供风量、撒生石灰等措施
15、处理后，仍然降不到安全浓度以下时，必须采取抽放措施进行处理。抽放裂隙硫化氢必须编制专门的安全技术措施，由救护队员负责实施。,煤掘工作面裂隙硫化氢防治技术,5.3.1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。 5.3.2预抽硫化氢。预抽时间要尽量长，不得低于3个月。,采煤工作面硫化氢防治技术,5.4.1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。 5.4.2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。 5.4.4封堵技术 及
16、时封堵采空区及报废巷道。,6.本课题取得的成果和效益,6.1 通过硫化氢涌出情况的分析结合地质报告资料基本掌握了裂隙硫化氢气体的分布规律。 6.2 购置了重庆煤科院研制生产的便携式硫化氢检测仪器和硫化氢传感器，实现了硫化氢在线监测和传输。 6.3 采用钻探钎探、抽放、加强通风净化风流、洒水等措施消除了采掘工作面高浓度硫化氢对安全生产的影响。,本课题取得的成果和效益,6.4 运用上述防治技术和途径对裂隙硫化氢进行综合治理两年多来，未发生过裂隙硫化氢喷出和人员中毒及伤亡事故，为矿井安全生产创造了条件，取得了较大的安全经济效益和社会效益。,7.结束语,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，调查相邻煤矿的裂隙硫化氢治理经验，结合本矿井的实际情况，提出裂隙硫化氢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。,
