钼矿钻探有毒有害气体检测与防范

2015-05-07郝越进李毓军詹求杰

华北科技学院学报 2015年1期

郝越进，李毓军，郭欣，詹求杰

(1.安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安 237010;2.内蒙古兰太资源开发有限责任公司，内蒙古阿拉善盟 750300;3.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

0 引言

近些年来，随着我国矿业的发展，钻探开采的深度不断加深，H2S、CO等气体也经常出现，影响现场施工进度和人员安全。《地质勘探安全规程》中明确规定:作业现场有害气体超标，严禁作业。我国一些矿井也在打钻过程中发生过H2S和CO超标致人死亡事件。本次检测实验就是为了确定沙坪沟钼矿钻探过程中是否会产生大量的H2S、CO等有毒有害气体，确定毒害气体的主要成分并研究它们的成因，进而从根源上加以防治，对钼矿安全生产有重要的现实意义。由于特殊的地理环境，在钻探过程中可能也会存在氡气，这种气体是现代生活中诱发肺癌的主要罪魁祸首之一，其危害性远远超过抽烟对人体的损害，所以也是本次检测的目标气体之一。

1 地质条件

安徽省金寨县地处大别山北麓，大地构造位置处于中国东部钼成矿域东秦岭～大别山钼成矿带东段，北部为华北地台南缘，南部为桐柏～大别造山带，是安徽省重要的钼多金属矿化集中区。沙坪沟钼矿床位于秦岭大别造山带的东部，桐(柏)桐(城)断裂带北侧的北淮阳成矿带，属东秦岭大别钼成矿带东段的南成矿亚带。该成矿亚带位于桐柏桐城断裂带内，主要产出受中生代火山岩盆地或其边缘隆起区控制的与火山次火山作用有关的矿床。北淮阳构造带夹持于华北地块与桐柏大别造山带之间，桐柏桐城断裂和六安断裂构成其南北边界，西至南阳盆地，东止于郯庐断裂。区域内岩浆岩较发育，在秦岭大别造山带东段，与之对应出现的火山旋回为碱性岩石系列，形成于陆壳拉张环境。断裂之间的围岩内，派生有杂乱且密集的节理、裂隙，这些断裂和裂隙内绝大多数沉淀有辉钼矿，最终形成了巨大的钼矿体［1］。

矿床位于中低山区，地形有利于自然排水，最低排水标高255m，矿体赋存标高153.24m～－800m，位于自然排水标高之下，且位于当地侵蚀基准以下。地下水补迳排条件主要受地形控制，补给、迳流、排泄途经很短，通常接受大气降水的补给，向下运移过程中沿沟谷排泄，沟谷源头地下水常以下降泉(沟头滳水)的形式出露地表，沿途流量不断增加。矿体及围岩富水性弱，充水岩层富水性弱，构造破碎带富水性中等，矿坑主要充水水源来自围岩裂隙含水岩组和构造破碎带［2］。

2 有毒有害气体检测

2.1 样本采集

在矿山主井、副井和通风井三个钻孔抽取气样，将橡胶管深入钻孔约12m以下，抽取待检验气体于准备好的气袋中，主井、副井、通风井钻孔各采取气样2袋，同时各抽取钻孔水一罐。

图1 样本采集

2.2 检测方法与检测设备［3］

在华北科技学院气相、液相色谱实验室对气体主要组分进行检测;在北京煤炭科学研究总院对氡气含量进行检测。

1)气相色谱仪:气相色谱仪是对气体物质或在一定温度下可以转化为气体的物质进行检测分析。由于物质的物性不同，其试样中各组分在气相和固定液相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，虽然载气流速相同，各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定时间的流动后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。根据出峰位置，确定组分的名称，根据峰面积确定浓度大小。

气相色谱仪检测法:它是以气体为流动相采用冲洗法的柱色谱技术。在分析样品前，先把载气调到所需流速，把汽化室、色谱柱和检测器升到所需要的操作温度。被分析样品从取样器进到汽化室后，立即被汽化并由载气带入色谱柱进行分离。分离后的各组分顺序进入检测器，产生的电讯号经放大后，由记录器自动记录下来。

2)液相色谱仪:液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱(固定相)内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动时，经过反复多次的吸附－解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来高效液相色谱仪主要有进样系统、输液系统、分离系统、检测系统和数据处理系统。

液相测谱仪检测法:打开电脑主机预热，进入仪器工作站，联机并设定仪器使用方法及仪器参数，之后启动泵的动力系统与处理，激活操作方法进行样品分析。

3)RAD7－氡气检测仪:RAD7－氡气检测仪是用来测试具有放射性的氡气的一种仪器，它的的抽气功能可连续抽入样本气体，气体经过初级过滤器后，灰尘被过滤，进入到一定容积的干燥室，在这里样本气体的湿度被降低到9% －10%以下，然后样本在经过一个特制的过滤器，样本中已有的氡衰变产物将会被过滤掉，最后进入到探测器内的只有氡气。

华北科技学院实验室检测现场见图2所示:

由于华北科技学院实验室仪器出现故障，课题组到中国煤炭科学研究总院完成了氡气测定。采用RAD－7电子连续测氡仪对氡气含量进行测试。

图2 试验现场

图3 RAD－7氡气检测仪

2.3 检测结果

《工业场所有害因素职业接触限值》(GBZ2－2007)中规定:一氧化碳PC－TWA(时间加权平均容许浓度)为20mg/m3，PC－STEL(短时间接触容许浓度)为30mg/m3;二氧化硫PC－TWA为5mg/m3，PC －STEL 为10mg/m3;硫化氢 MAC(最高允许浓度)为10mg/m3。

实验室检测结果见表1所示。通过检测分析，采集样本有害气体主要成分含有微量一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和氡气等气体，均符合国家职业卫生标准。

由于氡气这种气体的半衰期为3.82天，即气样采集3.82天后会有部分氡气衰变为其它产物，因此本次测试结果值会偏低。

表1 气样检测结果

PPM:百万分比浓度，即1PPM=1/1000000。

3 有毒有害气体来源分析

3.1 氡气

沙坪沟矿区内出露的地层为中元古界庐镇关(岩)群变火山沉积岩，出露于矿区的西部和北部，强烈的岩浆侵入作用使该套地层被肢解呈残留体产出。沙坪沟钼矿床位于秦岭大别造山带的东部，桐(柏)－桐(城)断裂带北侧的北淮阳成矿带，属东秦岭大别钼成矿带东段的南成矿亚带。该成矿亚带位于桐柏桐城断裂带内，主要产出受中生代火山岩盆地或其边缘隆起区控制的与火山次火山作用有关的矿床［4］。氡是由放射性元素镭、钍衰变产生，镭又是由放射性元素铀衰变而来，铀起了一个氡的永久源作用。泥土发出氡气的量随土壤类型和表面铀含量而改变。经研究，溪中若含有较高浓度的氡，就意味着附近有地下水的注入。地质断层上方的氡浓度较高，所以通过测量氡在土壤中的浓度，可以测绘地表断层地图。同样，氡浓度可以用来测量温度梯度。特殊的地质断层是氡气产生的地质条件。由于特殊的断裂构造，这是氡气产生的地质条件，另外大别山地区降水充沛，地下水资源丰富，也是氡气产生的条件。

鉴于此，本次检测的主要有害气体之一为氡气，其主要来源于火山岩断层带，在钻探过程中被析出。氡可以溶于水，丰富的地下水环境也为氡气提供了存在条件。

3.2 含硫气体

沙坪沟隐伏斑岩体为中酸性花岗岩，矿区内的赋矿岩石为石英正长岩、黑云母正长岩、中细粒二长花岗岩、花岗斑岩，这些岩石脆性强，受岩浆底劈作用和断裂构造活动及热流体穿插的影响，使岩石中产生大量的节理、裂隙，大大提高了岩石的渗透性，对流体的迁移和聚积起了积极作用，最终使成矿物质以硫化物如石英(钾长石)和绢云母脉的形式得以赋存［5－6］。因此，硫化氢是本次有毒有害气体检测的主要目标，实验过程中确实检测到H2S和SO2。

鉴于此，二氧化硫和硫化氢的产生与矿区内岩体组分与性质有关，它们可由岩层中逸出。硫化氢易溶于水，其主要来源于有机物腐烂和含硫矿物的水解。硅酸盐岩的主要挥发份主要有二氧化碳、二氧化硫，它们在钻探过程中逸出。

3.3 一氧化碳气体

硅酸盐岩的挥发份中一氧化碳的析出，钻探作业中岩层有机物的氧化和不完全燃烧以及岩层中发生的爆炸都是一氧化碳气体的主要来源。

4 钻探过程中有毒有害气体的防范措施［7］

硫化氢是强烈的神经毒物，对粘膜亦有明显的刺激作用。较低浓度，即可引起呼吸道及眼粘膜的局部刺激作用;浓度愈高，全身性作用愈明显，表现为中枢神经系统症状和窒息症状。一氧化碳是危险的有毒气体，由于它无色、无臭、无味，不易觉察，所以被称作"隐身杀手"。在封闭的空间里，即使很少量一氧化碳的聚积也会对人体产生很大的危害。二氧化硫是无色气体，室温下具有强烈刺激气味。短期暴露，吸入刺激鼻、咽喉，出现流涕、呼吸困难、气阻、咳嗽、肺水肿、胸闷、肺炎，直至死亡。

因此有毒有害气体始终是钻探安全作业中一大心腹之患，要充分认识有毒有害气体的严重性和危害性，切实做到思想认识上警钟长鸣、制度保证上严密有效、监督检查上严格细致，尤其是在技术支撑上要坚强有力，作业人员要切实掌握有毒有害气体的安全防护、监测、应急处置等方面的基本知识［8］。严格要求做到以下几点:

1)严格遵守操作规程。进入有有毒有害气体逸出而又通风不良的场所之前，应证实安全后方可工作，绝对禁止单独进入高浓度区，对可能发生中毒事故场所，应根据标准划分各类危险区，以采取预防措施［8］。

2)加强个人防护，凡进入危险工作区时，须佩戴合宜的防毒器材，如口罩、面罩、面具等。

3)接触有毒有害气体的工人不应从事其它非生产性活动［9］。

4)钻探过程中，打开工硫化氢油气层验收时，作业人员应配备好正压式空气呼吸器及与空气呼吸器气瓶压力相应的空气压缩机，呼吸器和压缩机应落实专人管理。

5)钻探队生产班每人配备一套正压式空气呼吸器，另配一定数量的公用正压式空气呼吸器。其他作业现场作业队也应每人配备一套正压式空气呼吸器。

6)井场应配备一定数量的备用空气钢瓶并充满压缩空气，以作快速充气用。

7)制定中毒事故现场应急预案，并按规定进行演练，并视现场条件变化而及时修订。

［1］张红，孙卫东，杨晓勇，等.安徽省金寨县沙坪沟斑岩钼矿床地球化学特征及成矿机理［J］.地质学报，2011，(12).

［2］杜建国.大别造山带中生代岩浆作用与成矿地球化学研究［D］.合肥:合肥工业大学.

［3］陈安之.作业环境空气检测技术［M］.北京:中国劳动社会保障出版社，1991.

［4］余恒昌.矿山地热与热害治理［M］.北京:煤炭工业出版社，1991.