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        一號煤礦硫化氫防治技術(shù)研究與探討

        2019-04-09 11:26:30李亞斌
        山東煤炭科技 2019年3期
        關(guān)鍵詞:回風(fēng)順氫氧化鈣硫化氫

        成 飛 李亞斌

        (黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦,陜西 延安 727307)

        關(guān)健詞 煤礦掘進(jìn) 硫化氫 防治技術(shù)

        1 工程概況

        黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦八盤區(qū)位于一號煤礦井田西南部,北鄰西一大巷,西、南、東均為井田邊界。803回風(fēng)順槽位于八盤區(qū)西南部,北鄰805進(jìn)風(fēng)順槽;東接八盤區(qū)回風(fēng)大巷;南為803進(jìn)風(fēng)順槽,已掘至設(shè)計(jì)位置;向西為井田邊界。803回風(fēng)順槽在掘進(jìn)過程中有大量硫化氫氣體涌出,涌出量最大達(dá)到0.02%,濃度達(dá)到92.9mg/m3,給職工身體造成傷害,嚴(yán)重影響了掘進(jìn)效率。

        2 硫化氫概況

        2.1 硫化氫的現(xiàn)狀

        803回風(fēng)順槽掘進(jìn)至300m時(shí)出現(xiàn)硫化氫氣體,主要為掘進(jìn)機(jī)割煤期間硫化氫較大,不生產(chǎn)時(shí)硫化氫較小,工作面前部硫化氫涌出最大達(dá)到0.02%,濃度達(dá)到92.9mg/m3;后巷硫化氫涌出量較小達(dá)到0.0001%,濃度達(dá)到0.19mg/m3。根據(jù)實(shí)際觀測,確定硫化氫含量來源于煤體賦存。

        圖1 803回風(fēng)順槽位置示意圖

        2.2 硫化氫的性質(zhì)

        硫化氫的化學(xué)分子式為H2S,相對分子質(zhì)量為34.09,是無色、微甜、略帶臭雞蛋味的劇毒性氣體,對空氣的相對密度為1.19,絕對密度1.52kg/m3,易溶于水(在常溫常壓下1體積的水中能溶解2.5體積的硫化氫,所以它可能積存在舊巷積水中,在受到攪動(dòng)時(shí)又會(huì)釋放出來)遇火后能燃燒和爆炸,當(dāng)濃度達(dá)4.3%~46%時(shí)具有爆炸性。

        2.3 硫化氫對人體的危害

        硫化氫有強(qiáng)烈的劇毒,能使人體血液缺氧中毒,對眼睛及呼吸道黏膜具有強(qiáng)烈的刺激作用,能引起鼻炎、氣管炎和肺水腫。當(dāng)空氣中其濃度達(dá)到0.0001%時(shí)可以嗅到臭雞蛋味,達(dá)0.02%時(shí),強(qiáng)烈刺激眼睛及喉嚨黏膜,感到頭痛、嘔吐、抽筋、瞳孔變大,甚至死亡。但當(dāng)濃度較高時(shí)(0.005~0.01%),因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹,臭味“減弱”或“消失”,反而嗅不到;達(dá)到0.1%時(shí),人在極短時(shí)間內(nèi)死亡。硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1所示。

        表1 硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系

        2.4 煤礦井下硫化氫的主要來源

        (1)坑木等有機(jī)物腐爛;

        (2)含硫礦物的水化(黃鐵礦、石膏等遇水分解)、燃燒和爆炸時(shí)(井下發(fā)生火災(zāi)后,所產(chǎn)生的氫氣遇黃鐵礦會(huì)生成硫化氫);

        (3)從老空區(qū)和廢舊巷道積水中放出;

        (4)從煤層和圍巖中放出或涌出;

        (5)爆破工作。

        2.5 一號煤礦803回風(fēng)順槽硫化氫來源

        一號煤礦2#煤中硫化氫氣體的形成與生物化學(xué)及熱化學(xué)相關(guān),在煤的形成過程中,硫化氫氣體和黃鐵礦結(jié)核及生物降解伴隨生成。由于硫化氫氣體分子的形變大,極化率高,很容易被煤體吸附。硫化氫一經(jīng)生成就很難向外擴(kuò)散,絕大部分都保留在煤體中。當(dāng)煤體被掘進(jìn)作業(yè)后,由于煤體受到破壞,必然引起煤體內(nèi)部硫化氫壓力的降低,破環(huán)了硫化氫存在的狀態(tài)和硫化礦水解的原有平衡,存在于煤體裂隙和空隙中的游離硫化氫便會(huì)隨之涌出,同時(shí)硫化礦也會(huì)不斷地水解,生成新的硫化氫氣體不斷涌出,給生產(chǎn)帶來了很大的安全隱患。

        3 硫化氫防治方案探究

        3.1 加強(qiáng)檢查,穩(wěn)定風(fēng)量

        (1)加強(qiáng)通風(fēng),保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,確保風(fēng)量滿足工作面要求。

        (2)工作面安排瓦檢員在開機(jī)期間負(fù)責(zé)對工作面范圍內(nèi)的硫化氫氣體監(jiān)測一次,監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在距離底板小于1.0m的風(fēng)流中。

        (3)803回風(fēng)順槽側(cè)向外10m處安裝硫化氫傳感器,并與礦井監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)超限斷電功能。傳感器應(yīng)安設(shè)在距離地面不大于1.0m的風(fēng)流中,并且進(jìn)氣口向下。

        3.2 堿性溶液噴霧法吸收硫化氫氣體

        (1)原理

        井下噴霧吸收硫化氫,主要是通過化學(xué)方法,利用酸堿中和反應(yīng)吸收去除巷道中的硫化氫氣體。

        碳酸鈉與硫化氫的反應(yīng)式為:

        Na2CO3+H2S=NaHCO3+NaHS

        (2)濃度配比與使用方法

        改裝綜掘機(jī)噴霧系統(tǒng),并在綜掘機(jī)安設(shè)硫化氫防治專用噴霧,割煤期間利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的碳酸鈉溶液作為噴霧藥劑應(yīng)用到噴霧上。

        3.3 撒石灰粉

        在803回風(fēng)順槽準(zhǔn)備不少于200kg的石灰粉末,當(dāng)工作面出現(xiàn)硫化氫氣體時(shí),立即噴灑石灰粉,以覆蓋工作面揭露煤巖,并使用水沖刷,降低硫化氫濃度。

        氫氧化鈣與硫化氫的反應(yīng)式為:

        H2S+Ca(OH)2→CaS+H2O

        3.4 壓注石灰水、堿水脫除硫化氫

        根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,目前一號煤礦八盤區(qū)已經(jīng)推進(jìn)到了硫化氫富集區(qū)域,通過試驗(yàn),目前已經(jīng)難以通過增加風(fēng)量的方式將硫化氫稀釋到安全濃度。此時(shí)應(yīng)采用化學(xué)吸收的方法進(jìn)行脫除。

        根據(jù)硫化氫氣體化學(xué)及物理性質(zhì)可知,硫化氫易為堿性溶液所吸收,可用堿溶液脫除硫化氫,通過對井下現(xiàn)場硫化氫涌出地點(diǎn)進(jìn)行觀測、取樣分析得出:硫化氫主要源于地下水富集且裂隙發(fā)育的煤層中,通過803回順鉆孔向工作面富水且裂隙發(fā)育的區(qū)域打鉆向煤層注堿性溶液的方法來脫除。由于礦井環(huán)境特殊,并且地質(zhì)條件非常復(fù)雜,可回收的脫硫工藝非常復(fù)雜,且難以實(shí)現(xiàn)。因此,實(shí)際應(yīng)用中吸固硫劑不回收。為了防止堿性溶液污染事件,并考慮到成本因素,選用氫氧化鈣和碳酸鈉相結(jié)合的復(fù)合硫化氫吸收劑,吸收硫化氫氣體。

        施工注硫化氫吸收劑鉆孔(利用瓦斯抽采鉆孔),深入到硫化氫來源的裂隙帶,將氫氧化鈣沿鉆孔注入含硫化氫較高的區(qū)域,使之與硫化氫反應(yīng),固定硫化氫:H2S+Ca(OH)2→CaS+H2O。

        當(dāng)對硫化氫的吸收進(jìn)行到一定程度,硫化氫大量被吸收,空氣中硫化氫濃度低于要求濃度后,向注氫氧化鈣鉆孔內(nèi)注碳酸鈉溶液,碳酸鈉溶液也是堿性溶液,對硫化氫也有吸收作用,并且可以與氫氧化鈣反應(yīng),生成不溶于水的碳酸鈣。使氫氧化鈣溶液盡快固定,還能消除其對環(huán)境的污染。CO2-3+Ca(OH)2→CaCO3+2HO-。

        圖2 壓注吸收劑消除硫化氫工藝示意圖

        壓注吸收劑脫除硫化氫的工藝主要適應(yīng)于局部硫化氫富集地帶。要求利用高壓注漿泵壓注氫氧化鈣或碳酸鈉溶液時(shí)每個(gè)孔壓注時(shí)壓力必須達(dá)到4MPa以上,壓注量每個(gè)孔在20~30m3左右,壓注的氫氧化鈣濃度控制在8%左右(經(jīng)試驗(yàn)氫氧化鈣在6%~8%時(shí)吸附硫化氫效果最佳),穩(wěn)定4~6h后又對每個(gè)孔壓注5%碳酸鈉溶液。

        4 硫化氫治理現(xiàn)場保障措施

        (1)對下井工人進(jìn)行安全教育培訓(xùn),增強(qiáng)安全生產(chǎn)意識,讓職工了解井下作業(yè)可能導(dǎo)致硫化氫中毒的危害因素,掌握硫化氫中毒的特點(diǎn)和自救互救、自我保護(hù)知識等。

        (2)工作面所有人員必須攜帶壓縮氧自救器,并確保完好。

        (3)施工單位必須負(fù)責(zé)給工作人員發(fā)放眼藥水、風(fēng)鏡、口罩護(hù)墊等防護(hù)用品。

        (4)在施工鉆孔時(shí),必須采取防治硫化氫措施,人員要位于進(jìn)風(fēng)流或新風(fēng)的上風(fēng)處,不得正對施工鉆孔;現(xiàn)場通訊、救護(hù)設(shè)施、監(jiān)測儀器等齊全可靠。發(fā)現(xiàn)出水、出氣時(shí)人員立即撤出,不得拔出鉆具。

        (5)工作面現(xiàn)場所有人員在作業(yè)過程中,若聞到臭雞蛋味,應(yīng)及時(shí)聯(lián)系現(xiàn)場瓦檢員或匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度,經(jīng)監(jiān)測若發(fā)現(xiàn)巷道硫化氫氣體持續(xù)上升,應(yīng)將測定結(jié)果同時(shí)告知現(xiàn)場帶班隊(duì)干或班長及調(diào)度室,當(dāng)回風(fēng)流中硫化氫濃度達(dá)到6.6ppm(0.00066%)時(shí),應(yīng)立即停止作業(yè)并組織人員撤離現(xiàn)場至進(jìn)風(fēng)巷,撤離時(shí),用濕毛巾捂住嘴鼻。

        (6)硫化氫毒性極大,但硫化氫比空氣重(相對密度為1.17),且極易溶于水而形成氫硫酸,故地勢低處危險(xiǎn)性比較大,下風(fēng)側(cè)硫化氫濃度比較大,上風(fēng)側(cè)濃度低,故在有硫化氫涌出區(qū)域的作業(yè)人員應(yīng)在其上風(fēng)側(cè)作業(yè)。

        (7)有硫化氫氣體涌出作業(yè)地點(diǎn),該區(qū)域班組長(跟班隊(duì)干)和瓦檢員必須佩帶硫化氫便攜儀,瓦檢員還必須攜帶硫化氫檢測管,對風(fēng)流中和抽采鉆孔內(nèi)氣體進(jìn)行定時(shí)檢查。檢測硫化氫氣體時(shí),檢查地點(diǎn)應(yīng)在上風(fēng)側(cè)、頭部應(yīng)高于巷道底板500mm的地方測定,防止中毒。

        (8)嚴(yán)禁工作人員長時(shí)間停留在硫化氫積存范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè),應(yīng)采取定期輪崗作業(yè),確保作業(yè)人員安全。

        5 硫化氫中毒的現(xiàn)場急救處理

        (1)迅速脫離中毒現(xiàn)場至空氣新鮮處,及時(shí)給予吸氧,保持呼吸道通暢。保持安靜,進(jìn)行休息,注意保暖,嚴(yán)密觀察病情變化,嚴(yán)重的及時(shí)升井送往醫(yī)院治療。

        (2)對呼吸、心跳驟停者,立即進(jìn)行心肺復(fù)蘇(忌用口對口人工呼吸,萬不得已時(shí)與病人間隔以數(shù)層水濕的紗布)。對休克者應(yīng)讓其取平臥位,頭稍低,對昏迷者應(yīng)及時(shí)清除口腔內(nèi)異物,保持呼吸道通暢,迅速升井送往醫(yī)院搶救。

        (3)有眼部損傷者,應(yīng)盡快用清水反復(fù)沖洗,迅速升井送往醫(yī)院進(jìn)一步處理。

        (4)救援人員必須佩戴個(gè)人防護(hù)器進(jìn)入中毒環(huán)境,并留有危險(xiǎn)區(qū)外監(jiān)護(hù)人員,做好一切救護(hù)準(zhǔn)備,以盡可能地減少人員中毒或傷亡。

        6 結(jié) 語

        (1)對硫化氫的性質(zhì)、來源等進(jìn)行了分析,通過試驗(yàn)提出了適合一號煤礦掘進(jìn)工作面治理硫化氫的方法及工藝,為一號煤礦治理硫化氫技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。

        (2)應(yīng)用綜合的治理措施,采取嚴(yán)格的管理措施,有效地解決了掘進(jìn)工作面硫化氫問題,將工作面的硫化氫濃度從92.9mg/m3降到18mg/m3以下,為職工創(chuàng)造了安全、健康的環(huán)境,保障了礦井安全生產(chǎn)。

        (3)通過對硫化氫有效的控制,提高了掘進(jìn)效率,為一號煤礦生產(chǎn)接續(xù)提供了保障。

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