斌郎煤礦高濃度氣體及突水災害治理實踐

2018-11-20 11:17:26李光榮

現代礦業 2018年10期

李光榮唐鋒李洪

(1.達竹煤電(集團)有限責任公司斌郎煤礦；2.山東科技大學泰安校區)

1 工程概況

2 災害氣體及突水治理

2.1 治理思路

根據川東石油集團公司在本井田內的天然氣鉆井資料，結合本區域含硫化氫天然氣藏的分布及地質地層等資料，分析認為0 m水平石門涌出的硫化氫和瓦斯氣體是通過裂隙來源于氣藏豐富的雷口坡巖層組的高含量硫化氫天然氣。因此，無法通過臨時抽放措施減少硫化氫及瓦斯涌出量，必須采取通風、引排、吸收、分解等綜合措施降低巷道中的硫化氫濃度，保證人員安全，從而實施帷幕注漿工程封堵涌水和伴隨的硫化氫、瓦斯氣體[1]。

2.2 氣體治理措施

針對斌郎煤礦災害氣體涌出的具體情況，提出了綜合治理方案，主要包括壓抽結合排除瓦斯和硫化氫；引導隔離排水，減少硫化氫釋放；吸收和分解空氣中殘留硫化氫；氧化還原處理流水，凈化水中硫化氫。

2.2.1 瓦斯和硫化氫壓抽結合排除

抽出式通風是解決掘進面硫化氫災害最有效的手段，考慮到0 m石門同時存在瓦斯災害，確定采用長抽長壓相結合的通風方案。

經測定，突水孔的瓦斯涌出量為1.71 m3/min，稀釋到安全濃度需要風量為324 m3/min，因此，0 m石門局部通風量確定為400 m3/min。由于隨著突水治理的開展，突水及瓦斯的流量會逐漸減少，需風量也會降低，為便于增減風量，安裝2臺壓入式風機，每臺風量為200 m3/min。另外，突水點硫化氫涌出量為0.014 m3/min，稀釋到安全濃度需要的風量為3 192 m3/min，斌郎煤礦0 m水平總回風量達到5 200 m3/min，可以滿足稀釋硫化氫氣體的要求。因此，采用抽出式局部風機把高濃度硫化氫抽到0 m 水平總回風巷進行稀釋，抽出式風機風量為400 m3/min。

當硫化氫濃度超過10×10-6時，抽出式和壓入式風機同時開啟，為了保證巷道中有200 m3/min的風量，壓入式風機只開啟一臺；當硫化氫濃度小于10×10-6，不開啟抽出式風機，只開壓入式風機，但如果瓦斯濃度高于1%時，壓入式風機開啟2臺，瓦斯濃度小于1%時，壓入式風機開啟1臺。壓抽結合的風機安設布置見圖1。

圖1 局部風機及水幕設置位置示意

2.2.2 硫化氫吸收

采用碳酸鈉溶液(蘇打水)噴霧的方法吸收空氣中殘留的硫化氫氣體[2]。根據實驗，碳酸鈉溶液濃度取3%～5%，不僅對硫化氫吸收效果好且副反應小。使用自動配比箱按比例配制3%～5%的蘇打液，清水泵加壓噴霧。設置3道噴霧水幕，第一道設在掘進巷道0 m水平石門中，第二道設置在抽出式風機排風口所處的總回風巷中，第三道設置在東翼大巷中。水幕設置位置見圖1。

2.2.3 涌水的排出及凈化

2.2.3.1 涌水的引導排放

對涌水或滲水點設導水管，將水集中導入水溝；并在水溝蓋板下鋪設風筒布進行密封處理，蓋板密封后在其上鋪一層2 cm厚的石灰，如密封效果好，也可不鋪石灰。

2.2.3.2 排水的凈化

采取硫酸亞鐵結合雙氧水對排放水中溶解的硫化氫凈化處理[3]。

取60 kg硫酸亞鐵加入藥箱后加水至500 L，攪拌溶解，配制成12%硫酸亞鐵溶液；取60 L雙氧水加入藥箱并加水至500 L，配制成12%雙氧水溶液。

將配制好的硫酸亞鐵和雙氧水溶液以8 L/min流量均勻分散地加入到水溝中，加藥點位于石門涌水處，加入過程中不進行攪拌，使其隨水流動混合。

2.3 帷幕注漿堵水

由于涌水與災害氣體有相伴性，堵水不僅能控制水害,亦能控制災害氣體。為此提出帷幕注漿堵水方案，并以80 m為一探水注漿循環段距劃分為若干段，一個循環結束后恢復掘進60 m，保留20 m的超前距。

2.3.1 鉆孔布置

為了保證巷道輪廓外圍加固圈厚5 m，設計3層鉆孔，第一層布置在掌子面上，鉆孔深80 m，布置11個；第二層布置在兩幫上，鉆孔深45 m，布置6個；第三層也布置在兩幫上，鉆層深25 m，布置6個。另外，每循環施工一個60 m檢測孔[4-5]。鉆孔布置見圖2。

圖2 鉆孔布置剖面

2.3.2 失控鉆孔的處理

要恢復掘進必須處理好失控鉆孔，由于前期安裝的閘閥銹蝕無法使用，現場在失控鉆孔周邊再施工一個鉆孔進行注漿試驗。試驗孔在38 m深度出水并伴有硫化氫氣體涌出，通過壓水試驗可以看出，該孔與失控鉆孔的連通性較為通暢。開始采用水泥單液漿進行注漿，但跑漿現象較為嚴重，失控鉆孔成為主要的漿液運移通道，在共注入35 t水泥后，添加鋸末、海帶、海綿等軟骨料構建裂隙通道的骨架，并改注水泥-水玻璃雙漿液，再注入60 t水泥，控制住跑漿，并且失控鉆孔出水也得到了控制。最后該孔向前施工至80 m深度未再見水，掘進頭硫化氫氣體濃度也隨之降至6×10-6以下，掘進頭恢復正常的壓入通風方式，為下一步全斷面帷幕注漿堵水創造安全施工的環境。

2.3.3 帷幕注漿

鉆孔孔口直徑為127 mm，終孔直徑為70 mm，孔口管埋設長度為14 m，注漿壓力為8 MPa。采用間隔施工的原則[5]，布置在掌子面上的第一層鉆孔向四周呈放射狀鉆進，終孔位置為孔深80 m。鉆孔采用兩級孔徑、一路套管的結構，套管試壓合格后方可繼續鉆進，采用下延式注漿方式，注漿后繼續鉆進，如此反復直至設計位置，遇水旋轉防噴裝置，阻止災害氣體逸出，連接注漿管注漿堵水。第二、第三層鉆孔在兩幫開辟鉆場，鉆孔終孔位置分別為前方25和45 m距離。

整個帷幕注漿堵水工程共實施6個循環，掘進360 m。工程量見表1。

表1 帷幕注漿堵水工程量

2.4 鉆探防噴治理

由于涌水伴隨硫化氫及瓦斯氣體逸出，為了防止鉆探時遇水噴出災害氣體，發生噴孔事故，開發加工了一種新型水氣害探測防噴封孔裝置(圖3)。該裝置由旋轉手柄、彈性膠圈及壓緊墊圈組成。工作時通過旋轉手柄向壓緊墊圈施加外力并傳遞給彈性膠圈，從而使耐壓膠圈和鉆桿完全密閉。在施工過程中突然發生噴孔現象時，不用退出鉆桿，通過旋轉手柄可輕松關閉封孔器，從而實現高壓水和氣體封堵。