[發明專利]高硫化氫煤層巷道掘進超前注堿工藝及堿液配方

在審

• 申請號: 201510095707.X
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104675430A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 蘆志剛;吳鑫;張永斌;劉照鵬;閆麗紅;郭秀廷;暴慶豐
• 申請（專利權）人: 山西潞安環保能源開發股份有限公司;四川師范大學
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00;E21D11/10;B01D53/78;B01D53/52
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種高硫化氫煤層在巷道掘進時的硫化氫治理工藝，尤其是通過掘進前預先注入一種堿液，以顯著減少采煤時硫化氫的涌出量，屬于含硫化氫煤層開采技術領域。

背景技術

硫化氫是一種無色，帶有臭雞蛋味的劇毒氣體，易溶于水。H₂S濃度為0.0001％時，就能嗅到臭雞蛋味，達到0.02％時，強烈刺激眼睛及喉嚨粘膜，并感到頭痛、嘔吐、乏力；達到0.05％時，經0.5h～1.0h就會嚴重中毒，失去知覺、抽筋、瞳孔變大，甚至死亡。硫化氫是一種神經毒劑，亦為窒息性和刺激性氣體，通過人的中樞神經系統和呼吸系統產生毒性作用。

目前煤礦H₂S的治理研究涉及得比較少，相關理論和工程措施還不夠完善。近年來，隨著開采范圍的擴大和開采深度的增加，不少煤礦瓦斯中H₂S氣體異常，嚴重影響到礦井煤炭資源的開發和工人的身體狀況，尤其是在煤層巷道掘進過程中出現硫化氫嚴重超標機率更大。

為治理含硫化氫煤層巷道掘進時硫化氫超標的現象，目前多采用加大通風、巷道內噴射堿液及撒石灰粉等措施，但均為硫化氫涌出后的被動式防護，效果有限，且堿液會對井下從業人員產生嚴重危害；采取硫化氫涌出前的主動式措施主要是抽硫化氫和注堿，由于硫化氫含量遠比瓦斯低，因此后者更為實用，以碳酸鈉堿溶液對硫化氫進行化學吸收為例，反應生成碳酸氫鈉，碳酸氫鈉也能吸收H₂S，反應式為：

H₂S+Na₂CO₃＝NaHS+NaHCO₃

NaHCO₃+H₂S＝NaHS+H₂O+CO₂

但實際工程中，HS^-可能重新寫成硫化氫從水中溢出，且注堿工藝、堿液種類、堿液配比等均無成熟方案。總體來說，目前巷道掘進過程中的硫化氫治理效果比較差，遇到硫化氫含量超標時只能撤人，這嚴重的影響了工程進度。

發明內容

本發明的目的在于克服目前高硫化氫煤層巷道掘進過程中產生的硫化氫超標問題，提供一種煤層巷道掘進的超前注堿工藝，以及所注堿液的配方，以便通過超前注堿在掘進巷道周圍一定距離形成安全帷幕，掘進時硫化氫涌出量可顯著減少。

本發明專利解決其技術問題所采用的技術方案如下。

高硫化氫煤層(硫化氫涌出量超過煤礦安全標準)巷道掘進超前注堿工藝，主要包括以下內容：

1)為確保掘進工作面注堿后，濕潤的煤體形成完整嚴實的帷幕，建立注堿效率模型，其中K為注漿效率(％)，n為注堿孔數量(個)，α為外傾角度(°)。根據注堿效率模型、經濟性及煤層滲透性，確定最優注堿孔數量、布置位置及傾斜角度。

2)一般煤層巷道(斷面面積10至16m²)可取8個注堿孔，沿工作面邊緣分三層布置，底層和層各3個，鉆孔方向相對井筒軸線外斜6°角。

3)每一個注堿開挖循環中，沿軸向方向注堿30m，然后開挖20m，確保掘進面前方至少有10m厚的注堿安全距離，接著在停挖面上噴射混凝土止漿墻，開始下一個注堿開挖循環。

4)注堿采用分段上行式注堿方式，一次性鉆孔到注堿終深，使用止漿塞進行自下而上的分段注堿，分3段、每段10m進行，即先注距離止漿墻20-30m段，然后調整止漿塞注10-20m段，最后注0-10m段。

5)注堿完成后可進行巷道掘進，在掘進全過程中使用硫化氫在線監測，除煤層預注堿技術外，根據開挖時硫化氫的濃度，還可以配合使用加強通風、噴射水幕等措施。

高硫化氫煤層巷道掘進超前注堿堿液配方如下：

1)堿液按照重量進行配比，根據實驗和現場條件綜合選用1％的碳酸鈉、0.1％十二烷基苯磺酸鈉以及0.1％次氯酸鈉進行配比，物料之間無副反應。在堿液中，碳酸鈉作為硫化氫的主吸收液，但在礦井水的稀釋以及水流的擾動作用下，會重新釋放出H₂S；加入次氯酸鈉能迅速地氧化碳酸鈉與硫化氫反應后生成的HS-，防止H₂S從水體中重新釋放；為增加堿液的擴散距離，以十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑，能降低堿液的表面張力，增加滲透距離，還可以提高碳酸鈉與硫化氫溶液的反應效率，提高硫化氫的去除率。