一號煤礦硫化氫防治技術研究與探討

成 飛 李亞斌

（黃陵礦業有限公司一號煤礦，陜西 延安 727307）

關健詞 煤礦掘進 硫化氫 防治技術

1 工程概況

黃陵礦業有限公司一號煤礦八盤區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回風順槽位于八盤區西南部，北鄰805進風順槽；東接八盤區回風大巷；南為803進風順槽，已掘至設計位置；向西為井田邊界。803回風順槽在掘進過程中有大量硫化氫氣體涌出，涌出量最大達到0.02%，濃度達到92.9mg/m3，給職工身體造成傷害，嚴重影響了掘進效率。

2 硫化氫概況

2.1 硫化氫的現狀

803回風順槽掘進至300m時出現硫化氫氣體，主要為掘進機割煤期間硫化氫較大，不生產時硫化氫較小，工作面前部硫化氫涌出最大達到0.02%，濃度達到92.9mg/m3；后巷硫化氫涌出量較小達到0.0001%，濃度達到0.19mg/m3。根據實際觀測，確定硫化氫含量來源于煤體賦存。

圖1 803回風順槽位置示意圖

2.2 硫化氫的性質

硫化氫的化學分子式為H2S，相對分子質量為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，在受到攪動時又會釋放出來）遇火后能燃燒和爆炸，當濃度達4.3%～46%時具有爆炸性。

2.3 硫化氫對人體的危害

硫化氫有強烈的劇毒，能使人體血液缺氧中毒，對眼睛及呼吸道黏膜具有強烈的刺激作用，能引起鼻炎、氣管炎和肺水腫。當空氣中其濃度達到0.0001%時可以嗅到臭雞蛋味，達0.02%時，強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。但當濃度較高時（0.005～0.01%），因嗅覺神經中毒麻痹，臭味“減弱”或“消失”，反而嗅不到；達到0.1%時，人在極短時間內死亡。硫化氫的中毒程度與濃度的關系如表1所示。

表1 硫化氫的中毒程度與濃度的關系

2.4 煤礦井下硫化氫的主要來源

（1）坑木等有機物腐爛；

（2）含硫礦物的水化（黃鐵礦、石膏等遇水分解）、燃燒和爆炸時（井下發生火災后，所產生的氫氣遇黃鐵礦會生成硫化氫）；

（3）從老空區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及熱化學相關，在煤的形成過程中，硫化氫氣體和黃鐵礦結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。硫化氫一經生成就很難向外擴散，絕大部分都保留在煤體中。當煤體被掘進作業后，由于煤體受到破壞，必然引起煤體內部硫化氫壓力的降低，破環了硫化氫存在的狀態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，給生產帶來了很大的安全隱患。

3 硫化氫防治方案探究

3.1 加強檢查，穩定風量

（1）加強通風，保證通風系統穩定可靠，確保風量滿足工作面要求。

（2）工作面安排瓦檢員在開機期間負責對工作面范圍內的硫化氫氣體監測一次，監測點應設置在距離底板小于1.0m的風流中。

（3）803回風順槽側向外10m處安裝硫化氫傳感器，并與礦井監控系統聯網，實現超限斷電功能。傳感器應安設在距離地面不大于1.0m的風流中，并且進氣口向下。

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，主要是通過化學方法，利用酸堿中和反應吸收去除巷道中的硫化氫氣體。

碳酸鈉與硫化氫的反應式為：

Na2CO3+H2S=NaHCO3+NaHS

（2）濃度配比與使用方法

改裝綜掘機噴霧系統，并在綜掘機安設硫化氫防治專用噴霧，割煤期間利用質量分數為5%的碳酸鈉溶液作為噴霧藥劑應用到噴霧上。

3.3 撒石灰粉

在803回風順槽準備不少于200kg的石灰粉末，當工作面出現硫化氫氣體時，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式為：

H2S+Ca(OH)2→CaS+H2O

3.4 壓注石灰水、堿水脫除硫化氫

根據現場監測數據分析，目前一號煤礦八盤區已經推進到了硫化氫富集區域，通過試驗，目前已經難以通過增加風量的方式將硫化氫稀釋到安全濃度。此時應采用化學吸收的方法進行脫除。

根據硫化氫氣體化學及物理性質可知，硫化氫易為堿性溶液所吸收，可用堿溶液脫除硫化氫，通過對井下現場硫化氫涌出地點進行觀測、取樣分析得出：硫化氫主要源于地下水富集且裂隙發育的煤層中，通過803回順鉆孔向工作面富水且裂隙發育的區域打鉆向煤層注堿性溶液的方法來脫除。由于礦井環境特殊，并且地質條件非常復雜，可回收的脫硫工藝非常復雜，且難以實現。因此，實際應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合的復合硫化氫吸收劑，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域，使之與硫化氫反應，固定硫化氫：H2S+Ca(OH)2→CaS+H2O。

當對硫化氫的吸收進行到一定程度，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，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每個孔壓注時壓力必須達到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（經試驗氫氧化鈣在6%～8%時吸附硫化氫效果最佳），穩定4～6h后又對每個孔壓注5%碳酸鈉溶液。

4 硫化氫治理現場保障措施

（1）對下井工人進行安全教育培訓，增強安全生產意識，讓職工了解井下作業可能導致硫化氫中毒的危害因素，掌握硫化氫中毒的特點和自救互救、自我保護知識等。

（2）工作面所有人員必須攜帶壓縮氧自救器，并確保完好。

（3）施工單位必須負責給工作人員發放眼藥水、風鏡、口罩護墊等防護用品。

（4）在施工鉆孔時，必須采取防治硫化氫措施，人員要位于進風流或新風的上風處，不得正對施工鉆孔；現場通訊、救護設施、監測儀器等齊全可靠。發現出水、出氣時人員立即撤出，不得拔出鉆具。

（5）工作面現場所有人員在作業過程中，若聞到臭雞蛋味，應及時聯系現場瓦檢員或匯報通風調度，經監測若發現巷道硫化氫氣體持續上升，應將測定結果同時告知現場帶班隊干或班長及調度室，當回風流中硫化氫濃度達到6.6ppm（0.00066%）時，應立即停止作業并組織人員撤離現場至進風巷，撤離時，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，故地勢低處危險性比較大，下風側硫化氫濃度比較大，上風側濃度低，故在有硫化氫涌出區域的作業人員應在其上風側作業。

（7）有硫化氫氣體涌出作業地點，該區域班組長（跟班隊干）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，對風流中和抽采鉆孔內氣體進行定時檢查。檢測硫化氫氣體時，檢查地點應在上風側、頭部應高于巷道底板500mm的地方測定，防止中毒。

（8）嚴禁工作人員長時間停留在硫化氫積存范圍內進行作業，應采取定期輪崗作業，確保作業人員安全。

5 硫化氫中毒的現場急救處理

（1）迅速脫離中毒現場至空氣新鮮處，及時給予吸氧，保持呼吸道通暢。保持安靜，進行休息，注意保暖，嚴密觀察病情變化，嚴重的及時升井送往醫院治療。

（2）對呼吸、心跳驟停者，立即進行心肺復蘇（忌用口對口人工呼吸，萬不得已時與病人間隔以數層水濕的紗布）。對休克者應讓其取平臥位，頭稍低，對昏迷者應及時清除口腔內異物，保持呼吸道通暢，迅速升井送往醫院搶救。

（3）有眼部損傷者，應盡快用清水反復沖洗，迅速升井送往醫院進一步處理。

（4）救援人員必須佩戴個人防護器進入中毒環境，并留有危險區外監護人員，做好一切救護準備，以盡可能地減少人員中毒或傷亡。

6 結 語

（1）對硫化氫的性質、來源等進行了分析，通過試驗提出了適合一號煤礦掘進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奠定了良好的基礎。

（2）應用綜合的治理措施，采取嚴格的管理措施，有效地解決了掘進工作面硫化氫問題，將工作面的硫化氫濃度從92.9mg/m3降到18mg/m3以下，為職工創造了安全、健康的環境，保障了礦井安全生產。

（3）通過對硫化氫有效的控制，提高了掘進效率，為一號煤礦生產接續提供了保障。