姬周飛

（神華新疆能源有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830027）

H2S 是一種煤礦井下常見的無色劇毒氣體，相對密度為1.19，易溶于水。H2S 氣體會對人體造成強烈刺激，使人感到頭痛、嘔吐、乏力甚至死亡，當(dāng)濃度過高還能夠燃燒爆炸，對礦井安全生產(chǎn)造成不利影響[1]。通過現(xiàn)場實測，烏東煤礦+575 m 水平45#煤層綜放面開采擾動時涌出的H2S 嚴重超規(guī)定的上限值6.6 ppm，威脅井下工人生命安全[2]。

圍繞烏東煤礦急傾斜煤層采煤工作面作業(yè)條件，根據(jù)H2S 氣體的賦存情況，烏東煤礦按照“注、抽、噴、灑、護”的H2S 治理技術(shù)路線，建立了高壓注堿性吸收液、各轉(zhuǎn)載落煤點噴堿性吸收液、巷道內(nèi)灑Na2CO3粉（或NaHCO3粉）及個體防護的綜合防治體系，降低礦井H2S 危害，提高礦井安全生產(chǎn)能力，保護工人身體健康。

1 礦井及工作面概況

+575 m 水平45#煤層?xùn)|翼綜采工作面位于副井以東2540 m，工作面西部為+575 m 水平45#煤層西翼綜采工作面，南部為45#煤層頂板，北部為45#煤層底板，上部存在+600 m 水平45#煤層?xùn)|翼綜采工作面采空區(qū)。工作面走向長度2540 m，工作面平均寬度為40 m，階段高度為25 m，停采線位置為275 m，工作面回采長度為2265 m。工作面目前已回采至1340 m。該工作面H2S 含量較高，主要集中在2、3、4、5#煤門區(qū)域，在工作面割煤和架后放煤環(huán)節(jié)中涌出量較大，對安全生產(chǎn)和工人健康帶來一定的影響。

從+575 m 水平45#煤層綜放工作面開采過程中掌握的情況可知，45#煤層及采空區(qū)都含有H2S氣體成分。測得2#煤門10#鉆孔內(nèi)H2S 氣體最高達到12 000 ppm，4#煤門孔內(nèi)H2S 氣體濃度最高達到870～2500 ppm。工作面在生產(chǎn)的情況下，回風(fēng)流中H2S 氣體濃度最高達到200 ppm，上隅角H2S 氣體濃度最高達到1200 ppm。采煤機正常割煤時其下風(fēng)流滾筒附近H2S 濃度達到500 ppm 左右。支架放煤時，其下風(fēng)側(cè)鄰近支架后部、支架放煤及后部轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)載落煤時隨風(fēng)流擴散到上隅角的H2S 濃度更高，達到900 ppm 以上，而回風(fēng)巷的H2S 濃度也達到200 ppm 以上。

2 綜放工作面H2S 治理技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)H2S 氣體的賦存情況，圍繞采煤工作面作業(yè)條件，烏東煤礦對H2S 氣體采取抽放和煤層注堿性溶液相結(jié)合的分區(qū)域治理方式。將堿性溶液用水泵注入煤體，同時在工作面及其回風(fēng)巷拋灑Na2CO3粉末，其次建立堿性溶液配料點，實施堿性液體噴霧。

（1）探孔觀測

表1 煤體H2S 觀測孔施工參數(shù)

+575 m 水平45#東翼工作面回采期間，為更好掌握煤體中H2S 賦存情況，在工作面北巷1340 m處施工煤體H2S 觀測孔，由東向西每隔15 m 施工一個觀測孔，直至停采線。該設(shè)計共計施工80 個觀測鉆孔，孔內(nèi)氣體由相關(guān)工作人員定時取樣進行分析，并保留記錄。施工參數(shù)具體見表1。

（2）埋管及上隅角卸壓抽采治理H2S

+575 m水平45#煤層?xùn)|翼工作面尾巷埋管抽采。采空區(qū)瓦斯及H2S 在開采過程中向回風(fēng)隅角涌出，易造成回風(fēng)隅角瓦斯及H2S 積聚，采用埋管抽采方式對采空區(qū)瓦斯及H2S 實施抽采，有效解決回風(fēng)隅角瓦斯及H2S 積聚問題[3]。

目前+575 m 水平45#煤層?xùn)|翼抽采主管路流量保持在65.1 m3/min，管內(nèi)負壓9.3 kPa，管內(nèi)H2S濃度30 ppm，未達到H2S 治理的預(yù)期效果。經(jīng)生產(chǎn)期間對上隅角H2S 進行測定，H2S 濃度最高達到1200 ppm。鑒于以上數(shù)據(jù)分析，對現(xiàn)有埋管抽采方式進行調(diào)整。在深管、淺管抽采的基礎(chǔ)上，在上隅角處布置第三趟抽采管路，加工鴨嘴式抽采裝置與第三趟管路對接，對上隅角高濃度H2S 氣體進行針對性治理，并根據(jù)實際抽采參數(shù)對主管路抽采量進行調(diào)整。尾巷埋管及上隅角卸壓抽采示意圖如圖1所示。

圖1 尾巷埋管及上隅角卸壓抽采示意圖

（3）回風(fēng)隅角治理H2S

采用卸壓抽采措施后，預(yù)計將截斷一部分來自采空區(qū)及受采動影響煤體涌出的H2S 氣體。因此，繼續(xù)在工作面前、后溜落煤點及端頭支架以南中部設(shè)置高壓噴灑裝置，分別對落煤時隨風(fēng)流擴散而來的H2S 及采空區(qū)涌出的殘余H2S 進行稀釋，利用其形成的吸收液水霧對擴散在斷面空間中的H2S 進行攔截并吸收凈化[4]，并在端頭支架與南巷煤壁之間設(shè)置捕塵網(wǎng)來增大霧化斷面及效果，達到治理H2S的目的?；仫L(fēng)隅角噴灑吸收液治理H2S 的系統(tǒng)布置示意圖如圖2 所示。

圖2 隅角噴吸收液布置示意圖

（4）回風(fēng)巷治理H2S

根據(jù)對回風(fēng)巷H2S 進行現(xiàn)場實測（見表2），回風(fēng)巷H2S 來源主要是采煤機割煤及支架放煤過程中急傾斜煤層受到擾動涌出的H2S 以及由于自然風(fēng)壓的變化造成的采空區(qū)內(nèi)外存在壓差進而由采空區(qū)涌出的H2S，隨風(fēng)流通過工作面進入回風(fēng)巷[5]。

因此，回風(fēng)巷H2S 的治理方式，分別在南巷距工作面30 m 處及裝載機布置上、下2 組全斷面噴霧，通過在回風(fēng)巷布置噴灑吸收液攔截裝置，對擴散來的H2S 進行噴灑吸收液捕捉凈化吸收。該點噴灑吸收液壓力設(shè)置為1.5～2.6 MPa 之間，噴灑吸收液濃度取1.2%。當(dāng)開啟噴灑吸收液裝置時，擴散至回風(fēng)巷的H2S 大大降低。回風(fēng)巷噴灑吸收液裝置布置系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

表2 工作面生產(chǎn)過程H2S 測定參數(shù)

（5）煤門抽采及注堿液

在工作面回采期間（圖4），利用聯(lián)絡(luò)（2#、4#）煤門現(xiàn)有鉆孔接抽，并在3#煤門布置鉆孔進行接抽。每3 d 安排專人對2～4#煤層鉆孔進行測定，當(dāng)孔內(nèi)H2S 濃度降至30 ppm 以下時，對該鉆孔進行煤層高壓注液，使煤體中的H2S 中和。同時，將高壓水注入煤層后，借助流體在煤層各種弱面內(nèi)對弱面兩壁面的支撐作用可使煤層內(nèi)部弱面發(fā)生變化（張開擴展和延伸），增加了煤層透氣性，從而達到治理H2S 的同時提高煤層瓦斯（H2S）抽采效果的目的。

圖3 回風(fēng)巷噴灑吸收液裝置布置系統(tǒng)示意圖

圖4 煤門注水鉆孔布置圖

（6）其他補充措施

① 拋灑堿性粉末。在工作面及其回風(fēng)巷拋灑碳酸鈉粉末治理H2S 氣體，主要拋灑地點有工作面后溜、架間、尾巷及回風(fēng)巷。

② 注意個體防護。在工作面回采過程中，H2S氣體會進入巷道回風(fēng)風(fēng)流中，在放煤時，風(fēng)流中的H2S 濃度會成倍增加，嚴重威脅作業(yè)人員的安全。因此作業(yè)人員進入含H2S 氣體的工作環(huán)境中，就必須佩戴防H2S 面具。

3 綜放工作面H2S 治理效果

每周周一、周三、周五對該抽采管路取樣送瓦斯實驗室分析，根據(jù)氣體分析結(jié)果對埋管抽采管路進行調(diào)整。每天對該抽采管路流量、濃度、負壓、H2S 濃度等進行測定，重點關(guān)注管內(nèi)H2S 濃度變化情況。

煤體中的H2S 具有在開采擾動時才涌出的特點，采煤機滾筒割煤及支架放煤是工作面開采擾動涌出H2S 的主要工序，同時操作兩工序涌出H2S 為上隅角及回風(fēng)巷H2S 主要來源。通過上述方法分區(qū)域采取措施對H2S 進行治理，在回風(fēng)隅角及回風(fēng)巷距工作面40 m 處布置測點，比較治理前后的H2S 濃度變化情況，如圖5 所示。

圖5 治理前后回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角H2S 濃度變化

由圖5 可知，在綜放工作面H2S 治理技術(shù)運用之前，回風(fēng)隅角和回風(fēng)巷H2S 濃度普遍較高，最高分別接近1054 ppm 和118 ppm，回風(fēng)隅角H2S 平均濃度可達964.4 ppm，回風(fēng)巷H2S 平均濃度可達110 ppm。在實施防治措施后，各區(qū)域H2S 濃度得到有效遏制，H2S 濃度降低效率達到80%以上。烏東煤礦+575 m 水平45#煤層綜放面經(jīng)過“注、抽、噴、灑、護”的H2S 治理技術(shù)路線，大幅度降低該工作面H2S 濃度，有效遏制了H2S 的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

（1）采用探孔監(jiān)測、埋管及上隅角卸壓抽采、噴灑吸收液和注堿液等措施對烏東煤礦+575 m 水平45#煤層綜放面H2S 進行治理，效果良好。回風(fēng)隅角H2S 由1054 ppm 降至164 ppm，降低效率為84.4%；回風(fēng)巷H2S 由118 ppm 降至16 ppm，降低效率為86.4%。

（2）在綜放工作面H2S 治理時需要合理調(diào)整工作面風(fēng)量，利用風(fēng)排和抽放相結(jié)合的方法，有效降低空氣中H2S 濃度。安排專人檢查瓦斯?jié)舛?，防止H2S 氣體傷人事故。充分利用瓦斯抽放鉆孔將采空區(qū)及煤體中的H2S 氣體抽出，保證礦井采掘作業(yè)安全。

（3）將Na2CO3粉末不定期拋灑在采煤工作面和回風(fēng)巷道、回風(fēng)隅角，將各個區(qū)域的H2S氣體中和，并利用巷道內(nèi)噴霧連接移動注液系統(tǒng)，噴灑到巷道內(nèi)，稀釋風(fēng)流中H2S 氣體濃度。

（4）進入綜采工作面和回風(fēng)巷內(nèi)的人員必須佩帶H2S 面罩，并定期更換藥盒，達到有效的防護作用。同時，利用瓦斯抽采孔對H2S 氣體進行采前預(yù)抽，實現(xiàn)“一孔多用”。