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摘要：随着开采技术的提高及开采深度的增加，高硫煤在煤矿开采占比越来越大，而高硫煤开采过程中高浓度硫化氢气体含量较大。以隆博矿2-501综采工作面硫化氢气体超前治理为背景，采取对煤体硫化氢富集区压注溶质质量分数为15％的碱性混合液和采动时高压喷洒溶质质量分数为5％的碱性混合液两种措施进行气体治理，并对治理效果进行分析，确定了2-501综采工作面硫化氢综合治理技术。经现场实测，回采期间煤体硫化氢气体涌出量明显降低，治理效果良好。
关键词：硫化氢气体；超前压注；高压喷洒碱性混合液
0引言
随着隆博煤业开采范围的扩大和开采深度的增加，2号煤层五采区西翼出现H2S及瓦斯富集带、气体超标问题，严重影响矿井开采安全。工作面回采期间，硫化氢（H2S）气体超标对人员及设备危害大，回采困难，严重制约着生产安全[1-3]。因此，本文以隆博矿2-501综采工作面硫化氢气体综合治理为背景，运用不同浓度的碱性混合液对煤体赋存的H2S气体进行治理，确定合理超前降的注液浓度，并根据实际治理技术条件，确定科学的治理方案，保证矿井安全生产。
1硫化氢气体危害
硫化氢（H2S）气体是一种无色气体，具有爆炸风险。与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。并且硫化氢是一种神经毒剂，易引起人体中毒，导致麻痹和损坏中枢神经系统和呼吸系统。一般情况下，当人体持续1～2 min吸入质量浓度为70～150 mg/m3的硫化氢气体，就会出现呼吸道及眼刺激症状，吸入时间达到2～5 min，会出现嗅觉疲劳，闻不到臭气。当φ（H2S）=0.01％时，会导致呼吸困难，持续30 min，即可导致人员死亡[4-5]。
2工作面基本情况
2-501综采工作面主要开采2号煤层，2号煤层高度为3.4～4.2 m，平均采高为3.8 m，工作面采用U型通风，胶带巷进风和回风巷回风，工作面可采走向长度为1 057 m，工作面切眼长度为173 m，采用长壁后退式综采一次采全高综合机械化采煤工艺、顶板采用全部垮落法管理。
3 H2S气体来源及H2S赋存带分析
根据邻近工作面及本工作面进、回风顺槽掘进期间揭露显示，工作面切眼往外393 m段为H2S赋存段，掘进揭露期间φ（H2S）为0.000 5%～0.003%，硫化氢气体主要来源为本煤层涌出，2-501综采工作面硫化氢富集带气体浓度如图1所示。
4 2-501综采工作面硫化氢赋存特征
2-501综采工作面2号煤层中H2S的赋存状态为煤体吸附状态，通常情况下，原位温度和压力条件下，各相态处于动态平衡。但是，当外界条件发生改变时，游离状态与吸附状态就可以相互转化。当外界压力升高、温度降低时，H2S气体由游离状态改变为吸附状态。当外界压力降低、温度升高时，H2S由吸附状态转化为游离状态[6-8]。
在采掘过程中，当煤体受到破坏时，煤体内部H2S的压力就会自然降低，煤体中H2S存在的状态和硫化物的动态平衡将会被打破，此时，存在于煤体裂隙和孔隙中的H2S以及新生成的游离H2S就会大量涌向综采工作面空间内。
5 2-501综采工作面吨煤硫化氢含量计算
根据煤层掘进揭露期间的H2S气体涌出量，并结合风量，对2-501综采工作面煤层吨煤硫化氢含量进行计算。公式如下：
Q=qh/M.
式中：Q为硫化氢涌出量，m3/t；q为工作面配风量，453 m3/min；h为硫化氢体积分数，取掘进期间最大值0.003％；M为出煤量，0.47 t/min。
掘进期间吨煤硫化氢涌出量Q=453 m3/min×0.003％/0.47 t/min≈0.03 m3/t。通过计算，预计2-501采面硫化氢富集区吨煤硫化氢含量为0.03 m3/t。
6预注碱性混合液参数
6.1钻孔设计参数
钻孔设计参数如表1所示。
6.2注液量计算
钻孔注碱性混合液所治理10 m范围如式（1）：
Q=mLlρδ.（1）
式中：Q为长度10 m范围煤体硫化氢含量，m3；m为煤层高度，3.8 m；L为钻孔间距，10 m；l为切眼1/2长度，86.5 m；ρ为煤的密度，1.39 t/m3；δ为硫化氢含量，0.03 m3/t。计算得Q=138 m3。
将碱性液体与水配比后注入煤层中，根据硫化氢易溶于水的性质：1 m3水能吸收2.5 m3的硫化氢，则治理10 m范围硫化氢，需要用水138 m3÷2.5=55.2 m3。
6.3效果考察
不同浓度碱性混合液效果分析对比如图2所示。由图2可知，对煤体超前预注不同浓度的碱性混合液体，硫化氢气体呈现出不同程度的降低。其中，浓度达到15％时，治理效果最佳，硫化氢气体呈现显著降低。
7割煤过程中喷洒碱性混合液液
通过在2-501综采工作面远距离供液处安装喷雾泵，在泵箱中加入小苏打，利用采煤机加工的外喷雾喷洒浓度为5％的混合液，覆盖滚筒治理硫化氢气体，效果如图3和表2所示。
由图3和表2试验数据可以看出：在开启清水喷雾的情况下，测得在开启浓度为5％碱液喷雾的情况下，测得硫化氢含量较低，对人体无伤害性。碱性混合液溶质质量分数超过5％时，虽然治理效果更佳，但会对人体造成伤害。故采煤机喷雾喷洒溶质质量分数为5％的碱性混合液最为合理。
8结论
根据隆博煤业硫化氢吸附特性以及煤层开采时涌出硫化氢的分布规律，建立了煤层预注吸收液治理硫化氢和回采期间喷洒吸收液治理采动涌出硫化氢的关键工艺技术体系，并试验得出煤层注碱性吸收液防治硫化氢的最佳配比浓度为15％。预注碱性吸收液以后，煤层内硫化氢降低效率可达到60％以上。同时，结合回采期间采煤机喷雾喷洒浓度为5％的碱性混合液最为合理。
参考文献
[1]袁欣鹏，梁冰，孙维吉，等.煤层注碱治理矿井硫化氢涌出危害研究[J].中国安全科学学报，2015，25（5）：114－119.
[2]苗永春，付玉凯.煤矿硫化氢赋存机理及综合治理方法研究[J].煤炭技术，2015，34（3）：227－230.
[3]宋勇峰.采煤工作面H2S治理技术及实践[J].当代化工研究，2022（10）：104-106.
[4]王小卫.15号煤层防自燃技术措施研究[J].煤，2015，24（5）：74-76.
[5]牛文强，李晓斌.浅析综采工作面硫化氢气体防治技术[J].陕西煤炭，2015，34（2）：119-121.
[6]张斌.西曲矿12315工作面回采期间硫化氢防治技术研究[J].煤，2021，30（6）：79-80.
[7]马兴华，黄光利，陶恩生.井下废弃油井影响区域硫化氢综合治理技术研究[J].能源与环保，2019，41（12）：1-4.
[8]刘德成.煤矿井下综采工作面硫化氢气体防治技术研究[J].煤炭科技，2018（2）：26-28.
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