猶元成 劉益文 劉生龍 高奎

摘要：本文從研究廣安煤礦裂隙硫化氫的分布入手，采用監(jiān)測監(jiān)控、探鉆及抽放、加大工作面供風(fēng)量、加強裂隙硫化氫的管理等綜合防治技術(shù)對硫化氫進(jìn)行治理，成功控制了裂隙硫化氫對作業(yè)人員的危害，產(chǎn)生了較大的安全經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

Abstract： From the distribution of fracture sulfuretted hydrogen in Guang'an Coal Mine， through monitoring， exploration drilling and drainage， increasing the air flow for working face， enhancing the management of the fracture sulfuretted hydrogen and other comprehensive control technologies， the sulfuretted hydrogen is managed. The harm to workers by the fracture sulfuretted hydrogen is successfully controlled， the safety economic benefit and social benefit are produced.

關(guān)鍵詞：煤礦；裂隙硫化氫；綜合防治技術(shù)；應(yīng)用

Key words： coal mine；fracture sulfuretted hydrogen；comprehensive prevention and control technology；application

中圖分類號：TD711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0246-03

0 引言

在煤礦生產(chǎn)過程中有毒有害氣體對人的健康、生命造成危害。我國政府不但成立了專門的政府機構(gòu)，而且還相繼出臺并實施的《安全生產(chǎn)法》與《職業(yè)病防治法》等法津、法規(guī)，以保障職工的健康與安全，創(chuàng)造安全、健康的工作環(huán)境，防止各種傷害和爆炸事故，保護(hù)人民生命和健康安全[1]。硫化氫（H2S）是一種劇毒氣體，無色，有臭雞蛋氣味，相對密度為1.17，比空氣重。H2S易燃，燃燒時火焰為藍(lán)色，并產(chǎn)生另一種有毒氣體SO2。與空氣及氧氣混合后遇火星易發(fā)生爆炸，其爆炸極限為4.0%～46.0%。H2S極易溶于水，溶于水或在潮濕的環(huán)境下呈酸性，對有機質(zhì)和金屬化合物具有很高的活性和腐蝕性。人的嗅覺能夠感知硫化氫氣味的濃度下限為0.2～0.3ppm（1ppm=10-6）。當(dāng)硫化氫濃度為20～30ppm時就出現(xiàn)強烈臭雞蛋氣味；當(dāng)濃度為100～150ppm時，會使人嗅覺麻痹；當(dāng)濃度在10000ppm時，在數(shù)秒內(nèi)會致人死亡[2]?！睹旱V安全規(guī)程》第一百條規(guī)定，井下H2S氣體體積分?jǐn)?shù)不得超過6.6ppm。近年來，隨著開采范圍的擴大和開采深度的增加，一些煤礦中硫化氫問題越發(fā)突出。因此，煤礦硫化氫的防治對保障安全生產(chǎn)和工人身體健康具有重要的意義。

1 廣安煤礦基本情況[3]

四川省鑫福礦業(yè)股份有限公司廣安煤礦（以下簡稱廣安煤礦）1987年10月開工，1995年10月投產(chǎn)，現(xiàn)生產(chǎn)能力為210kt/a。礦井為平硐開拓，主平硐口標(biāo)高+497m，主要進(jìn)風(fēng)大巷和主要回風(fēng)大巷均布置在底板茅口灰?guī)r中。

煤礦井田在新華廈系第3沉降帶四川盆地內(nèi)，位于華鎣山復(fù)式褶皺帶的龍王洞背斜中段北端，井田走向北15°東，恰位于龍王洞背斜面向北傾伏又局部抬起的高點部位，屬傾伏狀背斜埋藏，煤層未出露地表。背斜似“S”形，北部狹窄，兩翼略寬，東翼稍陡，背斜南部寬闊呈箱狀，深部西翼近于直立，東翼傾角還不到50°。在井田邊界-100m標(biāo)高以上范圍內(nèi)，一般為30°～47°，煤層最大傾角約為70°，但范圍極小，僅存在11線～12線之間的+100m至-100m的標(biāo)高內(nèi)。井田內(nèi)構(gòu)造形態(tài)簡單，井田范圍內(nèi)地表未見斷層，僅在12-3號和19-2號鉆孔井深651.61m～653.63m和583.21m～558.17m處巖芯破碎，地層分別增厚18m和40m，推斷分別存在一逆斷層。

廣安煤礦在采礦許可證劃定的范圍內(nèi)允許開采K1煤層，K1煤層位于為二疊系龍?zhí)督M一段中部，層位穩(wěn)定，全區(qū)可采。K1煤層上距龍?zhí)督M二段灰?guī)r12.7～21.49m，平均16.28m；下距鋁質(zhì)泥巖0.7～14.84m，平均4.47m；距茅口組灰?guī)r3.24～16.49m，平均6.76m。純煤厚度0.70～2.85m，平均1.0m，屬薄煤層。由東向西，由北向南有逐漸增厚趨勢。煤層傾角變化較大，+600m標(biāo)高以上5°～20°，+600～+500m標(biāo)高為15°～30°。

井田內(nèi)水文地質(zhì)條件均屬巖溶裂隙充水礦床，井田內(nèi)最高山脊偏離背斜軸部，一般標(biāo)高+1000m左右，最高山峰四方山，標(biāo)高為+1139.5m，該山脊為地表的分水嶺。兩側(cè)順向沖溝發(fā)育，利于地表水的排泄，逕流條件好，并且無什么水體存在。大氣降水后部分流入落水洞或漏斗中。根據(jù)礦井多年的開采實踐，煤層采空區(qū)引起的頂板巖層坍塌帶和塌陷裂隙帶的高度，不會影響到長興石灰?guī)r含水層的水，因此對礦坑水也無威脅。井田內(nèi)水地質(zhì)條件簡單，地下水動水位埋藏較深，循環(huán)能力不強，對礦坑水影響甚弱。由于礦井煤層屬隱伏構(gòu)造，煤層地表無出露，故未受小窯開采影響。

廣安煤礦自建井以來有四次較嚴(yán)重的裂隙硫化氫、甲烷噴出，均發(fā)生在K1煤層底板茅口灰?guī)r掘進(jìn)工作面：第一次是1991年11月在掘進(jìn)+590m下車場時遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風(fēng)側(cè)硫化氫濃度達(dá)到16ppm，甲烷濃度達(dá)到2.6%，放炮后引起瓦斯燃燒，事后對該巷道進(jìn)行了永久性封閉；第二次是2006年8月+500m西南巷掘進(jìn)至440m時遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風(fēng)側(cè)硫化氫濃度達(dá)到28ppm，甲烷濃度達(dá)到7.0%；第三次是2009年6月+500m西北運輸巷掘進(jìn)至350m時遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風(fēng)側(cè)硫化氫濃度達(dá)到21ppm，甲烷濃度達(dá)到8.0%；第四次是2010年3月7日在+500m西北運輸巷掘進(jìn)至720m時，發(fā)生裂隙硫化氫、甲烷噴出，據(jù)檢測掘進(jìn)工作面硫化氫濃度為2500ppm，甲烷濃度為12%，事故造成3人死亡，給礦井帶來沉痛的教訓(xùn)。

裂隙硫化氫、甲烷對巖巷掘進(jìn)工作面以及其他采掘工作面安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重威脅。為了消除裂隙硫化氫、甲烷對安全生產(chǎn)的威脅，廣安煤礦開展了對裂隙硫化氫、甲烷的防治工作。鑒于目前國內(nèi)已有比較成熟的甲烷防治技術(shù)，本文重點闡述裂隙硫化氫防治技術(shù)的應(yīng)用。

2 裂隙硫化氫成因及分布情況

硫化氫是在煤炭生成過程中有機物的腐爛所產(chǎn)生的一種氣體。礦井開采后，采空區(qū)有機物質(zhì)腐爛后也產(chǎn)生硫化氫。煤對硫化氫有很強的吸附能力。煤礦硫化氫異常的主要原因在于硫化氫的保存條件，華鎣山礦區(qū)喀斯特地形比較發(fā)育，有大量的溶洞和裂隙存在，這就為硫化氫的儲存創(chuàng)造了條件。廣安煤礦為華鎣山龍王洞背斜北端的末端，呈隱伏廂狀，和地表沒有通道，硫化氫呈高壓狀態(tài)封閉儲存于溶洞和裂隙中。高壓狀態(tài)下的硫化氫噴出危害很大，如不采取措施或措施不到位，就會造成人員傷亡事故（2010年的“3.7”硫化氫中毒事故就是一個沉痛的教訓(xùn)）。

廣安煤礦在揭露K1煤層進(jìn)入底板茅口組30m～150m的黑色泥質(zhì)灰?guī)r中掘進(jìn)+500m西北、西南運輸大巷和+575m北、+590m南總回風(fēng)巷等巷道，釬探和鉆探時均遇到過裂隙構(gòu)造，噴出高壓硫化氫和甲烷氣體。

在W55采區(qū)煤巷掘進(jìn)中也出現(xiàn)過硫化氫，有硫化氫涌出的掘進(jìn)工作面放炮后硫化氫濃度在10～20ppm（硫化氫涌出量為1.5～3L/min）之間，正常情況下硫化氫的濃度在0～3ppm（硫化氫涌出量0～0.45L/min）之間，在保持正常通風(fēng)的情況下對安全生產(chǎn)的影響比較小。

在W5503和E5302采煤工作面局部區(qū)域出現(xiàn)過硫化氫涌出，有硫化氫涌出的區(qū)域放炮后濃度在10～30ppm，對安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

綜上所述，廣安煤礦在K1煤層底板茅口灰?guī)r中距K1煤層層間距30～150m處巖溶發(fā)育，溶洞裂隙內(nèi)及其影響區(qū)域富含高壓力高濃度高含量的硫化氫；在K1煤層局部區(qū)域富含硫化氫氣體。

3 裂隙硫化氫綜合防治技術(shù)

3.1 硫化氫氣體的監(jiān)測監(jiān)控

①在有硫化氫氣體涌出的采煤、掘進(jìn)工作面、采區(qū)回風(fēng)巷、一翼回風(fēng)大巷、+818總回風(fēng)斜井安裝硫化氫傳感器，安裝位置符合《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029—2007）標(biāo)準(zhǔn)中甲烷傳感器安裝位置要求，實現(xiàn)對硫化氫氣體的連續(xù)在線實時監(jiān)測。當(dāng)硫化氫傳感器顯示超限時，監(jiān)控值班員必須立即向礦調(diào)度員報告。安監(jiān)員和掘進(jìn)工作面的瓦檢員配備便攜式硫化氫氣體檢測儀檢測硫化氫，濃度超限時，及時向礦調(diào)度室匯報。調(diào)度員接到硫化氫超限報告后，要及時組織硫化氫超限區(qū)域停工撤人。

②硫化氫檢測地點和次數(shù)。超前巖巷掘進(jìn)工作面每班分別在工作面（拱頂、腰線、底板）和裝巖機前后10m范圍內(nèi)中下部及回風(fēng)風(fēng)流進(jìn)行詳細(xì)檢測。各班進(jìn)班時、裝藥前和放炮后均必須檢測硫化氫濃度。其他掘進(jìn)工作面每班檢測一次。

③在距掘進(jìn)工作面5m處的回風(fēng)側(cè)安裝一臺硫化氫傳感器，在鉆場鉆機處安裝一臺硫化氫傳感器，并對巷道內(nèi)所有電氣設(shè)備進(jìn)行硫化氫電閉鎖。硫化氫電閉鎖斷電濃度為≥6.6ppm，復(fù)電濃度為<6.6ppm。

3.2 巖巷掘工作面裂隙硫化氫防治技術(shù)

3.2.1 鉆探技術(shù)

在巖巷掘進(jìn)工作面必須通過長探鉆孔探明裂隙硫化氫賦存情況，堅持“先探后掘”的原則。長探鉆孔施工布置如圖1。

①每隔150m在巷道兩幫各施工一個鉆場，用液壓鉆機施工超前探孔，每個鉆場內(nèi)施工2個探孔，探孔長度為160～200m，其中1個上向孔、1個下向孔，探孔終孔位置距巷幫10m～15m。②當(dāng)掘進(jìn)工作面距探孔終孔位置10m時，必須再次施工鉆場和超前鉆孔探測裂隙硫化氫。硬巖探孔長度不足160m時，必須提前施工鉆場、探孔，探孔要始終保持至少有10m的超前距離。③鉆孔方位角根據(jù)巷道方位角確定。鉆孔相對于巷道的傾角、偏角均為3.9°。2#和4#鉆孔開口位置距底板高1.0m，1#和3#鉆孔開口位置距底板高1.4m。1#和3#孔為上向孔，2#和4#孔為下向孔。鉆孔孔口距巷幫1.0m。④如超前鉆孔遇有裂隙硫化氫時，現(xiàn)場作業(yè)人員必須立即停止作業(yè)、關(guān)閉封孔器截止閥、不得拔出鉆桿，撤出人員、向調(diào)度室匯報，由救護(hù)隊員負(fù)責(zé)對其進(jìn)行抽放施工。

3.2.2 釬探技術(shù)

掘進(jìn)巷道前，先施工超前釬探孔，釬探孔數(shù)量3個（如果巖石層理不清、紊亂，可適當(dāng)增加釬探孔個數(shù)），分別位于磧頭的左、右兩幫和巷頂部，釬探孔外岔角30°（見圖2）。釬探孔長度4m，循環(huán)進(jìn)度不大于1.4m，每一循環(huán)必須施工釬探孔。如超前鉆孔未遇裂隙硫化氫，則可正常掘進(jìn)，并在掘進(jìn)工作面前方始終留足2.0m的安全屏障，再進(jìn)行下一輪釬探。如超前釬探孔遇有裂隙硫化氫時，現(xiàn)場作業(yè)人員必須立即停止作業(yè)、不得拔出鉆桿、并立即撤出人員，向調(diào)度室匯報，由救護(hù)隊員負(fù)責(zé)對其進(jìn)行處理。只有當(dāng)巷道風(fēng)流中硫化氫濃度降到6.6ppm以下時才準(zhǔn)恢復(fù)掘進(jìn)。

3.2.3 防鉆探噴孔技術(shù)

因鉆探區(qū)域可能含高壓力高濃度高含量的硫化氫氣體，所有超前長探鉆孔施工均需安設(shè)防護(hù)裝置，包括封孔器、截止閥等。

①開孔及固管。用Φ75mm鉆頭開孔至孔深4m，再用Φ115mm鉆頭擴孔，插入Φ108mm無縫鋼管制作的套管，并在管與孔壁間進(jìn)行注漿密封和固定。②封孔器安裝及試壓。待固管砂漿凝固后，用Φ75mm鉆頭清水鉆進(jìn)至孔深5m，安裝封孔器及鉆桿逆止閥，通過注漿管加壓至5MPa試壓。合格后繼續(xù)鉆進(jìn)。③探鉆時如遇裂隙硫化氫涌出，必須立即關(guān)閉截止閥，撤出人員，由救護(hù)隊員安裝管路進(jìn)行抽放。④裂隙硫化氫抽放。出現(xiàn)裂隙硫化氫氣體后，當(dāng)采取加大供風(fēng)量、撒生石灰等措施處理后，仍然降不到安全濃度以下時，必須采取抽放措施進(jìn)行處理。抽放裂隙硫化氫必須編制專門的安全技術(shù)措施，由救護(hù)隊員負(fù)責(zé)實施。

3.3 煤巷掘進(jìn)工作面裂隙硫化氫防治技術(shù)

①加大工作面風(fēng)量。選用FBD5.6對旋式局部通風(fēng)機替換原11kW局部通風(fēng)機，將工作面有效風(fēng)量由110m3/min提高到180m3/min，掘進(jìn)工作面硫化氫稀釋到安全濃度。②預(yù)抽硫化氫。預(yù)抽時間要盡量長，不得低于3個月。

3.4 采煤工作面硫化氫防治技術(shù)

①加強通風(fēng)。采煤工作面實行分區(qū)通風(fēng)，加大工作面風(fēng)量，將硫化氫濃度稀釋到安全濃度。

②預(yù)抽硫化氫。預(yù)抽時間不得低于3個月，順層抽放孔孔間距3m。

③加強勞動組織。1）攉煤、支護(hù)、打眼放炮必須堅持兩人一組作業(yè)，互相監(jiān)護(hù)安全，搞好自主保安和互助保安工作。2）在攉煤前及攉煤過程中，作業(yè)人員必須利用乳化液系統(tǒng)的液壓槍，對煤炭噴灑清水進(jìn)行濕潤，利用硫化氫溶于水的特性降低煤體中的硫化氫濃度。3）攉煤人員應(yīng)先在基本支柱的第一排與第二排之間攉煤壁側(cè)煤炭，經(jīng)安檢員檢測硫化氫濃度在安全規(guī)定范圍內(nèi)，在煤壁側(cè)煤炭攉至平刮板機中部槽后，方能進(jìn)入煤壁側(cè)攉基本柱內(nèi)的煤炭。

④及時封堵采空區(qū)及報廢巷道。

3.5 個體防護(hù)

①進(jìn)入采掘工作面的所有員工必須隨身攜帶好壓縮氧自救器，并達(dá)到應(yīng)知應(yīng)會，知道原理會使用，發(fā)現(xiàn)硫化氫異常時，迅速佩戴好自救器，撤離工作面到進(jìn)風(fēng)巷道。為避免硫化氫對眼睛刺激造成傷害，應(yīng)佩戴護(hù)目鏡。②在工作面機、風(fēng)巷距安全出口30m處安裝壓風(fēng)自救裝置，壓風(fēng)自救裝置數(shù)量應(yīng)滿足該工作面最多工作人數(shù)需要，壓風(fēng)管徑、風(fēng)壓、風(fēng)量符合國家相關(guān)要求。當(dāng)工作面硫化氫濃度超過規(guī)程要求時，撤到進(jìn)風(fēng)巷的人員利用壓風(fēng)自救裝置自救。③設(shè)置避災(zāi)硐室，避災(zāi)硐室符合國家相關(guān)要求。避災(zāi)硐室作為發(fā)爆器起爆位置，放炮時作業(yè)人員進(jìn)入避災(zāi)硐室躲避。

4 結(jié)語

本文從分析研究廣安煤礦裂隙硫化氫噴出特點和裂隙硫化氫的地質(zhì)分布特征入手，結(jié)合本礦井的實際情況，提出裂隙硫化氫綜合治理的技術(shù)方案并在現(xiàn)場實際應(yīng)用，初步控制了底板巖巷掘進(jìn)工作面揭穿巖溶噴出硫化氫、采煤工作面異常涌出硫化氫災(zāi)害和硫化氫中毒事故的發(fā)生，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，取得了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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