煤巷超前预注浆治理H2S施工技术

田茂长+唐广辉+杨孝军

摘要：利用工作面打钻超前预注浆，压注石灰水溶液（或碳酸钠溶液）到掘进工作面迎头煤体内，使溶液与硫化氢反应生成理化性能稳定的硫氢化物或硫化物，工作面并备足量的生石灰，抛洒迎头及巷道两帮，综掘机前方至煤壁间加装一道全断面喷雾，降低其逸出浓度，同时加强通风，多种举措，降低煤层中硫化氢含量。

关键词：超前预注浆；石灰水溶液；降低硫化氢含量

中图分类号：TD74 文献标识码：A

1 概述

矿井井下有毒有害气体除瓦斯外，还有硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）等有毒有害气体。硫化氢是一种无色，具有臭鸡蛋气味，有剧毒的可燃气体，矿井硫化氢的主要来源有：有机物腐烂、含硫矿物遇水分解从老空区和旧巷积水中放出，爆破工作中产生等。H2S气体的最低沸点高于CO2、CH4 、N2等气体，煤对其具有很强的吸附能力。煤层赋存的大量硫化氢由于采用综掘机截割煤，割煤速度快，煤层破碎，吸附状态转化为游离状态释放出来，极易导致顺槽迎头及回风流中硫化氢气体超限，硫化氢（ H2S）比空气重（相对密度为1.17），且极易溶于水而形成氢硫酸。地势低处危险性比高处大，下风向硫化氢浓度大，上风向则浓度低。硫化氢（ H2S）具有强烈毒性，能使人的血液中毒，对眼睛、粘膜以及呼吸系统有强烈的刺激作用，严重制约矿井安全生产。

2 工程概况。新疆焦煤集团阜康气煤公司一号煤矿，位于阜康市三湾乡。阜康一矿11A221工作面回风顺槽设计为矩形巷道，设计掘进面积为14m2，净断面积14m2，掘进宽度4000mm，巷道掘进高度3500mm，支护方式为锚网支护。当巷道掘进至开口点65m处，硫化氢平均浓度值为2ppm，最大值49ppm。

3 施工方案。《煤矿安全规程》规定硫化氢最高允许浓度0.0066%（6.6ppm）。当硫化氢浓度超限后，对作业人员造成巨大危害。考虑到硫化氢气体的物理、化学性质和危害，采取加强通风、预注浆吸附、迎头溶解等措施共同降低煤层硫化氢含量。

3.1通风。（1）根据掘进期间风量计算，该工作面目前需风348m3/min，实际风量560m3/min；目前工作面硫化氢平均浓度2ppm，因此保证工作面实际供风量不低于500m3/min，即可确保工作面硫化氢平均浓度在安全范围内；（2）工作面风机实现“三专两闭锁”，加强风机、风量、风筒的日常监管。

3.2钻孔施工。硫化氢气体易溶于水，水与硫化氢溶解体积比为1:2.6，硫化氢气体溶于水后生成氢硫酸，能够和生石灰水溶液反应生成硫化钙和水；因此预先布置钻孔在预掘煤体内注入1%的生石灰水溶液可有效的溶解煤吸附的硫化氢。

根据现场实际及硫化氢涌出情况，在11A221回风顺槽工作面迎头布置钻孔。硫化氢治理措施孔终孔横向间距为2m，纵向间距1.88m，顺槽左帮控制到巷道轮廓线外3m，底板控制到巷道轮廓线外2m，由于巷道沿煤层底板掘进，右帮轮廓线落在煤层底板上，故右帮控制到巷道轮廓线上，沿巷道掘进方向控制50m。回风顺槽第一次治理在距开口65m处实施，使用750D钻机施工钻孔。

3.3预注浆施工。待钻孔按照设计的施工参数施工完毕后，使用2m长的4分镀锌管加装阀门，镀锌管上捆扎马丽散进行封孔，要求镀锌管外露10cm。使用注浆泵及注浆软管对钻孔注入1%生石灰水溶液。

3.4掘进施工。待硫化氢治理施工结束，施工一验证钻孔，用于测定工作面的瓦斯及硫化氢含量。若满足掘进要求，则采用综掘机进行掘进施工，在综掘机前方至煤壁间加装一道全断面喷雾，巷道掘进时必须开启喷雾，且将工作面、回风流的全断面喷雾均开启。

3.5迎头溶解。工作面应备足量的生石灰（CaO），每班接班时由施工队人员负责在巷道内抛洒一遍，对于本班内新掘进段煤壁、落煤处及硫化氢异常区域及时抛洒，使其溶解硫化氢气体，降低其浓度。生石灰抛洒应覆盖落煤区域，且应尽量向煤壁、巷帮抛洒。

4 技术特点分析

煤巷超前预注浆压注石灰水到掘进工作面迎头煤体内，使溶液与硫化氢反应生成性能稳定的硫氢化物或硫化物，极大降低煤层硫化氢含量，避免了综掘掘进时煤层赋存的大量硫化氢迅速转化为游离状态释放出来，导致工作面迎头及回风流中硫化氢气体超限，使工作面丧失了安全作业环境。所需用的主要设备操作简单、安全可靠、效率高，所用材料来源丰富、价格低廉。节省了大量通风设施投入费用，也避免了硫化氢气体排放所带来的环境污染。

结语

本次煤巷超前预注浆治理硫化氢气体，注浆后综掘机恢复掘进，65~115m掘进时未出现硫化氢超限现象。

实践证明，煤巷超前预注浆治理硫化氢施工技术是煤矿过硫化氢富含区域一项比较实用、安全的技术。通过压注石灰水到掘进工作面迎头煤体内，使溶液与硫化氢反应生成性能稳定的硫氢化物或硫化物，可极大降低煤层硫化氢含量，大大提高了施工安全可靠性。

参考文献

[1]煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

[2]张广太.煤矿硫化氢赋存机理及治理研究[C].太原理工大学硕士毕业论文，2007.

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