急傾斜煤層綜放工作面H2S 治理技術與實踐

姬周飛

（神華新疆能源有限責任公司，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，當濃度過高還能夠燃燒爆炸，對礦井安全生產造成不利影響[1]。通過現場實測，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條件，根據H2S 氣體的賦存情況，烏東煤礦按照“注、抽、噴、灑、護”的H2S 治理技術路線，建立了高壓注堿性吸收液、各轉載落煤點噴堿性吸收液、巷道內灑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#煤層東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#煤層東翼綜采工作面采空區。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#煤門區域，在工作面割煤和架后放煤環節中涌出量較大，對安全生產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#煤層及采空區都含有H2S氣體成分。測得2#煤門10#鉆孔內H2S 氣體最高達到12 000 ppm，4#煤門孔內H2S 氣體濃度最高達到870～2500 ppm。工作面在生產的情況下，回風流中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流滾筒附近H2S 濃度達到500 ppm 左右。支架放煤時，其下風側鄰近支架后部、支架放煤及后部轉載機轉載落煤時隨風流擴散到上隅角的H2S 濃度更高，達到900 ppm 以上，而回風巷的H2S 濃度也達到200 ppm 以上。

2 綜放工作面H2S 治理技術應用

根據H2S 氣體的賦存情況，圍繞采煤工作面作業條件，烏東煤礦對H2S 氣體采取抽放和煤層注堿性溶液相結合的分區域治理方式。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

+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。該設計共計施工80 個觀測鉆孔，孔內氣體由相關工作人員定時取樣進行分析，并保留記錄。施工參數具體見表1。

（2）埋管及上隅角卸壓抽采治理H2S

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

目前+575 m 水平45#煤層東翼抽采主管路流量保持在65.1 m3/min，管內負壓9.3 kPa，管內H2S濃度30 ppm，未達到H2S 治理的預期效果。經生產期間對上隅角H2S 進行測定，H2S 濃度最高達到1200 ppm。鑒于以上數據分析，對現有埋管抽采方式進行調整。在深管、淺管抽采的基礎上，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，并根據實際抽采參數對主管路抽采量進行調整。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）回風隅角治理H2S

采用卸壓抽采措施后，預計將截斷一部分來自采空區及受采動影響煤體涌出的H2S 氣體。因此，繼續在工作面前、后溜落煤點及端頭支架以南中部設置高壓噴灑裝置，分別對落煤時隨風流擴散而來的H2S 及采空區涌出的殘余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置捕塵網來增大霧化斷面及效果，達到治理H2S的目的。回風隅角噴灑吸收液治理H2S 的系統布置示意圖如圖2 所示。

圖2 隅角噴吸收液布置示意圖

（4）回風巷治理H2S

根據對回風巷H2S 進行現場實測（見表2），回風巷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 以及由于自然風壓的變化造成的采空區內外存在壓差進而由采空區涌出的H2S，隨風流通過工作面進入回風巷[5]。

因此，回風巷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置為1.5～2.6 MPa 之間，噴灑吸收液濃度取1.2%。當開啟噴灑吸收液裝置時，擴散至回風巷的H2S 大大降低。回風巷噴灑吸收液裝置布置系統示意圖如圖3 所示。

表2 工作面生產過程H2S 測定參數

（5）煤門抽采及注堿液

在工作面回采期間（圖4），利用聯絡（2#、4#）煤門現有鉆孔接抽，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，當孔內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對弱面兩壁面的支撐作用可使煤層內部弱面發生變化（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 回風巷噴灑吸收液裝置布置系統示意圖

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風流中，在放煤時，風流中的H2S 濃度會成倍增加，嚴重威脅作業人員的安全。因此作業人員進入含H2S 氣體的工作環境中，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，根據氣體分析結果對埋管抽采管路進行調整。每天對該抽采管路流量、濃度、負壓、H2S 濃度等進行測定，重點關注管內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 為上隅角及回風巷H2S 主要來源。通過上述方法分區域采取措施對H2S 進行治理，在回風隅角及回風巷距工作面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 治理前后回風巷、回風隅角H2S 濃度變化

由圖5 可知，在綜放工作面H2S 治理技術運用之前，回風隅角和回風巷H2S 濃度普遍較高，最高分別接近1054 ppm 和118 ppm，回風隅角H2S 平均濃度可達964.4 ppm，回風巷H2S 平均濃度可達110 ppm。在實施防治措施后，各區域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#煤層綜放面經過“注、抽、噴、灑、護”的H2S 治理技術路線，大幅度降低該工作面H2S 濃度，有效遏制了H2S 的產生。

4 結論

（1）采用探孔監測、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。回風隅角H2S 由1054 ppm 降至164 ppm，降低效率為84.4%；回風巷H2S 由118 ppm 降至16 ppm，降低效率為86.4%。

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

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

（4）進入綜采工作面和回風巷內的人員必須佩帶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 氣體進行采前預抽，實現“一孔多用”。