一號煤礦硫化氫防治技術(shù)研究與探討

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，在受到攪動時(shí)又會釋放出來）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隨之涌出，同時(shí)硫化礦也會不斷地水解，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)每個孔壓注時(shí)壓力必須達(dá)到4MPa以上，壓注量每個孔在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。