裂隙硫化氫防治技術(shù)應(yīng)用(新)

裂隙硫化氫防治(fángzhì)技術(shù)應(yīng)用

四川省鑫福礦業(yè)(kuàngyè)股份廣安煤業(yè)有限公司共四十頁(yè)1.緒言

1.1本課題的提出(tíchū)廣安煤礦為生產(chǎn)礦井。1987年10月開(kāi)工，1995年10月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150kt/a，核定生產(chǎn)能力210kt/a。礦井為平硐開(kāi)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。自建井以來(lái)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。共四十頁(yè)歷次(lìcì)裂隙硫化氫、甲烷噴出情況第一次是1991年11月在掘進(jìn)+590m下車場(chǎng)時(shí)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(fàngpào)后引起瓦斯燃燒，事后對(duì)該巷道進(jìn)行了永久性封閉。共四十頁(yè)歷次(lìcì)裂隙硫化氫、甲烷噴出情況第二次是2006年8月+500m西南(xīnán)巷掘進(jìn)至440m時(shí)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%，。共四十頁(yè)歷次裂隙(lièxì)硫化氫、甲烷噴出情況第三次是2009年6月+500m西北(xīběi)運(yùn)輸巷掘進(jìn)至350m時(shí)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%，。共四十頁(yè)歷次(lìcì)裂隙硫化氫、甲烷噴出情況第四次是2010年3月7日在+500m西北運(yùn)輸巷掘進(jìn)至720m時(shí)，發(fā)生裂隙(lièxì)硫化氫、甲烷噴出，據(jù)檢測(cè)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，給我們帶來(lái)沉痛的教訓(xùn)。共四十頁(yè)為了消除(xiāochú)裂隙硫化氫、甲烷對(duì)安全生產(chǎn)的威脅，廣安煤礦開(kāi)展了對(duì)裂隙硫化氫、甲烷的防治工作。鑒于目前國(guó)內(nèi)已有比較成熟的甲烷防治技術(shù)，本文重點(diǎn)闡述裂隙硫化氫防治技術(shù)的應(yīng)用。裂隙硫化氫、甲烷對(duì)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。共四十頁(yè)1.2本課題(kètí)研究?jī)?nèi)容和主要技術(shù)指標(biāo)在四川省鑫福礦業(yè)股份有限公司及下屬子公司廣安鑫福煤業(yè)有限公司的指導(dǎo)下，廣安煤礦開(kāi)展了“裂隙(lièxì)硫化氫防治技術(shù)應(yīng)用”工作。從研究廣安煤礦裂隙(lièxì)硫化氫的地質(zhì)分布特征入手，調(diào)查相鄰龍灘煤礦的裂隙(lièxì)硫化氫治理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本礦井的實(shí)際情況，提出裂隙(lièxì)硫化氫治理的技術(shù)方案并加以應(yīng)用。共四十頁(yè)1.2.1主要(zhǔyào)研究?jī)?nèi)容1.2.1.1了解硫化氫的性質(zhì)、危害(wēihài)及在礦井內(nèi)的分布情況;1.2.1.2硫化氫監(jiān)測(cè)監(jiān)控;1.2.1.3提出裂隙硫化氫治理的技術(shù)方案，并加以應(yīng)用。共四十頁(yè)1.2.2主要(zhǔyào)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.2.2.1降低采掘工作面硫化氫濃度，不因硫化氫濃度超限而停產(chǎn)(tínɡchǎn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);1.2.2.2不發(fā)生硫化氫中毒及傷亡事故。共四十頁(yè)2.硫化氫的性質(zhì)(xìngzhì)和危害硫化氫有強(qiáng)烈毒性。濃度越高則對(duì)中樞神經(jīng)抑的制作用越明顯，濃度相對(duì)較低時(shí)粘膜刺激作用明顯。人吸入70～150mg/m3（45～98ppm）1～2小時(shí)，出現(xiàn)呼吸道及眼刺激癥狀；吸入2～5分鐘后嗅覺(jué)疲勞(píláo),不再聞到臭氣。共四十頁(yè)硫化氫的性質(zhì)(xìngzhì)和危害吸入300mg/m3(195ppm)，6～8分鐘出現(xiàn)眼急性刺激癥狀，稍長(zhǎng)時(shí)間接觸引起肺水腫。吸入760mg/m3(495ppm)15～60分鐘，發(fā)生肺水腫、支氣管炎及肺炎,頭痛、頭昏、步態(tài)(bùtài)不穩(wěn)、惡心、嘔吐。吸入1000mg/m3(650ppm)數(shù)秒鐘，很快出現(xiàn)急性中毒,呼吸加快后呼吸麻痹而死亡。共四十頁(yè)3.裂隙硫化氫的生成(shēnɡchénɡ)原因硫化氫是在煤炭生成過(guò)程中有機(jī)物的腐爛所產(chǎn)生的一種氣體。礦井開(kāi)采后，采空區(qū)有機(jī)物質(zhì)腐爛后也產(chǎn)生硫化氫。煤對(duì)硫化氫有很強(qiáng)的吸附能力(nénglì)。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(chǔ)存創(chuàng)造了條件。共四十頁(yè)裂隙(lièxì)硫化氫的生成原因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(méi)有通道，硫化氫呈高壓狀態(tài)封閉儲(chǔ)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(huì)造成(zàochénɡ)人員傷亡事故，2010年的“3.7”硫化氫中毒就是一個(gè)沉痛的教訓(xùn)。共四十頁(yè)4.裂隙(lièxì)硫化氫在礦區(qū)的分布情況4.1礦井(kuàngjǐng)地質(zhì)特征及水文地質(zhì)本井田在新華廈系第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(diǎn)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°。共四十頁(yè)4.1礦井(kuàngjǐng)地質(zhì)特征及水文地質(zhì)在井田技術(shù)邊界-100m標(biāo)高以上范圍內(nèi)，一般為30°～47°，煤層最大傾角(qīngjiǎo)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(jiǎn)單，井田范圍內(nèi)地表未見(jiàn)斷層，僅在12-3號(hào)和19-2號(hào)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。共四十頁(yè)礦井地質(zhì)(dìzhì)特征及水文地質(zhì)(dìzhì)井田(jǐnɡtián)內(nèi)含煤1～3層，位于龍?zhí)督M的龍1地層中，自上而下依次為K2、K1、K0煤層。K2與K1間距3.15～7.34m，K1與K0間距1.04～5.93m。K1煤層位于龍?zhí)督M一段中部，全區(qū)可采。上距龍?zhí)督M二段灰?guī)r12～22m，平均19m；下距鋁質(zhì)泥巖1.04～11.52m，平均6.73m；距茅口組灰?guī)r1.95～15.28m，平均9.2m。煤層頂?shù)装鍘r性情況見(jiàn)附圖1。共四十頁(yè)煤層(méicéng)頂?shù)装鍘r性情況見(jiàn)附圖1共四十頁(yè)4.2裂隙硫化氫的分布(fēnbù)情況廣安煤礦在揭露(jiēlù)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(yùn)輸大巷和+575m北、+590m南總回風(fēng)巷等巷道，釬探和鉆探時(shí)均遇到過(guò)裂隙構(gòu)造，噴出高壓硫化氫和甲烷氣體。共四十頁(yè)裂隙硫化氫的分布(fēnbù)情況在W55采區(qū)煤巷掘進(jìn)中也出現(xiàn)過(guò)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1.5～3升/分鐘）之間，正常情況下硫化氫的濃度在0～3PPm（硫化氫涌出量0～0.45升/分鐘）之間，在保持正常通風(fēng)(tōngfēng)的情況下對(duì)安全生產(chǎn)的影響比較小。共四十頁(yè)裂隙硫化氫的分布(fēnbù)情況在W5503和E5302采煤工作面局部區(qū)域出現(xiàn)過(guò)硫化氫涌出，有硫化氫涌出的區(qū)域放炮后濃度在10～30PPm，對(duì)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30～150米處巖溶發(fā)育，溶洞裂隙內(nèi)及其影響(yǐngxiǎng)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。

共四十頁(yè)5.裂隙硫化氫防治(fángzhì)技術(shù)5.1硫化氫氣體的監(jiān)測(cè)監(jiān)控5.1.1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AQ1029-2007標(biāo)準(zhǔn)中甲烷傳感器安裝位置要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化氫氣體的連續(xù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)硫化氫傳感器顯示(xiǎnshì)超限時(shí)，監(jiān)控值班員必須立即向礦調(diào)度員報(bào)告。共四十頁(yè)5.1硫化氫氣體的監(jiān)測(cè)(jiāncè)監(jiān)控

當(dāng)硫化氫傳感器顯示超限時(shí)，監(jiān)控值班員必須立即向礦調(diào)度員報(bào)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(cè)(jiǎncè)儀檢測(cè)(jiǎncè)硫化氫，濃度超限時(shí)，及時(shí)向礦調(diào)度室匯報(bào)。調(diào)度員接到硫化氫超限報(bào)告后，要及時(shí)組織硫化氫超限工作面停工撤人。共四十頁(yè)硫化氫氣體的監(jiān)測(cè)(jiāncè)監(jiān)控

5.1.2硫化氫檢測(cè)地點(diǎn)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）和耙?guī)r機(jī)前后10m范圍內(nèi)中下部及回風(fēng)風(fēng)流進(jìn)行詳細(xì)(xiángxì)檢測(cè)。各班進(jìn)班時(shí)、裝藥前和放炮后均必須檢測(cè)硫化氫濃度。其他掘進(jìn)工作面每班檢測(cè)一次。共四十頁(yè)硫化氫氣體的監(jiān)測(cè)(jiāncè)監(jiān)控

5.1.3在距掘進(jìn)工作面5m處的回風(fēng)側(cè)安裝一臺(tái)硫化氫傳感器，在鉆場(chǎng)鉆機(jī)處安裝一臺(tái)硫化氫傳感器，并對(duì)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(duàndiàn)濃度為≥6.6ppm，復(fù)電濃度為＜6.6ppm。共四十頁(yè)5.2.巖掘工作面裂隙(lièxì)硫化氫防治技術(shù)

5.2.1鉆探技術(shù)在巖石掘進(jìn)工作面必須通過(guò)(tōngguò)長(zhǎng)探鉆孔探明裂隙硫化氫賦存情況，堅(jiān)持“先探后掘”的原則。即每隔150m在巷道兩幫各施工一個(gè)鉆場(chǎng)，用液壓鉆機(jī)施工超前探孔，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)施工2個(gè)探孔，探孔長(zhǎng)度為160～200m，其中1個(gè)上向孔、1個(gè)下向孔，探孔終孔位置距巷幫10m～15m。當(dāng)掘進(jìn)磧頭距探孔終孔位置10m時(shí)，必須再次施工鉆場(chǎng)和超前鉆孔探測(cè)裂隙硫化氫。共四十頁(yè)5.2.1鉆探(zuāntàn)技術(shù)

在巖石掘進(jìn)工作面必須通過(guò)長(zhǎng)探鉆孔探明裂隙硫化氫賦存情況，堅(jiān)持“先探后掘”的原則。即每隔150m在巷道兩幫各施工(shīgōng)一個(gè)鉆場(chǎng)，用液壓鉆機(jī)施工(shīgōng)超前探孔，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)施工(shīgōng)2個(gè)探孔，探孔長(zhǎng)度為160～200m，其中1個(gè)上向孔、1個(gè)下向孔，探孔終孔位置距巷幫10m～15m。當(dāng)掘進(jìn)磧頭距探孔終孔位置10m時(shí)，必須再次施工(shīgōng)鉆場(chǎng)和超前鉆孔探測(cè)裂隙硫化氫。共四十頁(yè)鉆探(zuāntàn)技術(shù)

硬巖探孔長(zhǎng)度不足160m時(shí)，必須提前施工鉆場(chǎng)、探孔，探孔要始終保持至少有10m的超前距離。如超前鉆孔(zuànkǒnɡ)遇有裂隙硫化氫時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)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(bào)，由救護(hù)隊(duì)員戴機(jī)對(duì)其進(jìn)行抽放施工。長(zhǎng)探鉆孔(zuànkǒnɡ)布置見(jiàn)附圖2。

共四十頁(yè)長(zhǎng)探鉆孔(zuànkǒnɡ)布置見(jiàn)附圖2共四十頁(yè)5.2.2釬探技術(shù)(jìshù)掘進(jìn)巷道前，先施工超前釬探孔，釬探孔數(shù)量3個(gè)（如果巖石層理不清、紊亂，可適當(dāng)增加釬探孔個(gè)數(shù)），分別位于磧頭的左、右兩幫和巷頂部，釬探孔外岔角30°。釬探孔長(zhǎng)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(ānquán)屏障，再進(jìn)行下一輪釬探。共四十頁(yè)釬探技術(shù)(jìshù)如超前釬探孔遇有裂隙硫化氫時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)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(bào)，由救護(hù)隊(duì)員戴機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理(chǔlǐ)。只有當(dāng)巷道風(fēng)流中硫化氫濃度降到6.6ppm以下時(shí)才準(zhǔn)恢復(fù)掘進(jìn)。共四十頁(yè)5.2.3防鉆探(zuāntàn)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(zhǎng)探鉆孔施工均需安設(shè)防護(hù)裝置，包括封孔器、截止閥等。5.2.3.1開(kāi)孔及固管。用∮75mm鉆頭開(kāi)孔至孔深4m，再用∮115mm鉆頭擴(kuò)孔，插入∮108mm無(wú)縫鋼管制作的套管(tàoɡuǎn)，并在管與孔壁間進(jìn)行注漿密封和固定。共四十頁(yè)防鉆探(zuāntàn)噴孔技術(shù)5.2.3.2封孔器安裝及試壓。待固管砂漿(shājiāng)凝固后，用直徑75mm鉆頭清水鉆進(jìn)至孔深5m，安裝封孔器及鉆桿逆止閥，通過(guò)注漿管加壓至5Mpa試壓。合格后繼續(xù)鉆進(jìn)。5.2.3.3探鉆時(shí)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(duì)員安裝管路進(jìn)行抽放。共四十頁(yè)防鉆探(zuāntàn)噴孔技術(shù)5.2.3.4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(yǐxià)時(shí)，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(mén)的安全技術(shù)措施，由救護(hù)隊(duì)員負(fù)責(zé)實(shí)施。共四十頁(yè)煤掘工作面裂隙(lièxì)硫化氫防治技術(shù)

5.3.1加大工作面風(fēng)量。選用FBD5.6對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)替換(tìhuàn)原11KW局部通風(fēng)機(jī)，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。5.3.2預(yù)抽硫化氫。預(yù)抽時(shí)間要盡量長(zhǎng)，不得低于3個(gè)月。共四十頁(yè)采煤工作面硫化氫防治(fángzhì)技術(shù)

5.4.1加強(qiáng)通風(fēng)。采煤工作面實(shí)行分區(qū)通風(fēng)，加大工作面風(fēng)量，將硫化氫濃度(nóngdù)稀釋到安全濃度(nóngdù)。5.4.2預(yù)抽硫化氫。預(yù)抽時(shí)間不得低于3個(gè)月，順層抽放孔孔間距3m。5.4.4封堵技術(shù)及時(shí)封堵采空區(qū)及報(bào)廢巷道。共四十頁(yè)6.本課題(kètí)取得的成果和效益6.1通過(guò)硫化氫涌出情況的分析結(jié)合地質(zhì)報(bào)告資料基本掌握了裂隙硫化氫氣體的分布規(guī)律。6.2購(gòu)置了重慶煤科院