CN104110270A - 一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法。本发明首先监测煤矿采挖工作面的硫化氢动态涌出规律，根据硫化氢涌出量计算治理硫化氢需要的注碱液量，然后采用钻机垂直巷道煤壁施工注碱钻孔，胶囊封孔器封孔，使用注浆泵动压脉冲向钻孔中注入碱液，注碱压力为3～6MPa，注碱量由区域煤层硫化氢吨煤含量、化学反应物质的量平衡和钻孔注碱的有效影响范围确定，注碱完成后，采煤机回采注碱区域煤层时，实时监测煤层回采过程中硫化氢涌出情况，调整注碱液量，进行后续煤层钻孔注碱。本发明采用煤层钻孔注碱中和煤层硫化氢，降低煤层硫化氢含量，能够改善井下作业环境，保护采煤工人健康，提高工人作业效率。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法。
背景技术
硫化氢是煤矿有毒有害气体之一，风流浓度达到100～150ppm时就会出现严重的中毒症状，达到700～1000ppm时，数秒内会致人死亡。随着国民经济增长，对煤炭资源的需求量日渐增大，近年来煤矿开采范围不断扩大、开采深度也逐年增加，硫化氢涌出异常的矿井也越来越多，一些未发生过硫化氢涌出的矿井开始检测出硫化氢异常涌出，有硫化氢涌出危害的矿井其涌出强度出现增大趋势，严重影响煤炭资源开发和井下作业工人身体健康，因此急需研究切实有效的煤层富集硫化氢矿井工作面硫化氢的治理方法。
国内外对于硫化氢治理方面的研究，油气井方面研究较早，煤矿存在硫化氢危害的案例不多，防治方面处于探索阶段。较早的研究见诸于前苏联，于20世纪50年代初对顿巴斯矿区出现的硫化氢涌出异常进行研究。中国在1958年对新疆西山煤矿的硫化氢危害进行研究治理，1966年对鹤壁矿务局四矿硫化氢异常情况进行研究治理。目前煤矿井下已有的硫化氢治理方法主要有加大工作面风量、喷洒碱石灰、屏蔽水幕、工作面钻孔注碱等治理措施和一些监测防护措施，尽管也取得了一定的成效，但是效果不够理想，相应技术的工艺参数提出缺乏科学的理论依据，因此急需研究切实有效的硫化氢治理方法来降低或消除矿井硫化氢危害。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法，通过监测煤层采动过程中硫化氢动态涌出规律，根据煤层中实际硫化氢含量动态设计调整注碱液量，在回采煤层不同区域相应注入不同体积的碱性溶液，中和煤层中的硫化氢，目的是有效降低煤层硫化氢含量，改善作业环境，提高生产率。
实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：
（1）监测煤矿采挖工作面的硫化氢动态涌出规律：
在采挖煤层过程中，采用硫化氢检测仪实时监测采煤工作面和回风巷道风流中硫化氢的浓度，根据采挖出的煤炭产量、风流中硫化氢的浓度及风量计算出不同区域硫化氢的吨煤含量，确定煤层不同区域硫化氢的赋存规律和涌出规律；
（2）煤层钻孔注碱液参数设计：
根据步骤（1）监测得到的硫化氢涌出规律，依据酸碱中和原理计算注碱液量，注碱液量根据区域煤层硫化氢吨煤含量和钻孔注碱的有效影响范围确定，同时确定其他注液参数；
（3）采用钻机垂直巷道煤壁施工注碱钻孔：
采用钻机，在硫化氢涌出的工作面前方区域，超前工作面一段距离的进风巷和回风巷巷帮相向打交叉钻孔，两个交叉钻孔长度之和大于工作面长度，钻孔方位垂直煤壁，钻孔间距根据采动卸压效果、煤层渗透率及注液压力确定；
（4）封孔：
采用水力膨胀式封孔器封闭钻孔，注浆管路和封孔器连接好后随封孔器伸入钻孔3-5m深，注碱后封孔器胶囊在注碱压力作用下充液膨胀，孔口封闭防止碱液溢漏；
（5）钻孔注碱：
使用注浆泵向钻孔中注入碱液，注碱压力是3～6 MPa，采用动态脉冲方式注入；
（6）注碱效果考察及注碱液参数调整：
碱完成后，采煤机回采注碱区域煤层时，实时监测煤层回采过程中硫化氢的涌出量，通过硫化氢检测仪测定回风流中硫化氢浓度，根据监测结果调整步骤（2）中的注碱量及其它注碱液参数，进行后续钻孔注碱，控制注碱区域煤层回采时涌出硫化氢体积浓度低于0.000 66%。
所述的钻孔注碱的有效影响半径是由钻孔注液半径试验和理论计算确定的。
所述的碱液是质量浓度为0.5～1%的小苏打溶液。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明提供了一种投资成本低、生产效率高，应用效果好的煤矿井下硫化氢治理方法，提出根据煤层区域硫化氢动态涌出规律，动态调整煤层钻孔注碱量。
与已有煤矿硫化氢治理方法相比，能够从源头上治理煤层硫化氢涌出，并且注碱所用的小苏打价格低廉，治理成本低。
本发明采用注碱中和煤层硫化氢，使得吨煤硫化氢含量有效降低，能够改善井下作业环境，控制注碱区域煤层回采时涌出硫化氢浓度低于《煤矿安全规程》要求的0.000 66%，降低对工人身体的伤害以及对机电设备的腐蚀，同时可减少硫化物的大气排放量，能够取得较好的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明实施例中对某个工作面注碱治理硫化氢的钻孔布置图；
图3是图2中A-A剖面图；
图中：1：采煤工作面；2：进风巷；3：回风巷；4：注碱钻孔；5：采空区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步描述。
本发明实施例中采用的硫化氢检测仪型号为：CLB100B；钻机型号为：ZYJ-420/200或ZLJ-350；封孔器型号为ZFⅡ-38；液体涡轮流量计型号为LWGY-15（JZ）/B1/05。
实施例1
一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法，如图1、2所示，按照以下步骤进行：
（1）监测煤矿采挖工作面的硫化氢动态涌出规律：
对某一典型有硫化氢涌出矿井，在采挖煤层过程中，采用硫化氢检测仪实时监测煤层某区域割煤时，采煤工作面1涌出硫化氢浓度为30ppm（0.003%），回风巷3风量为1 100m3/min，可以确定硫化氢涌出量为0.033 m3/min，根据采煤速度、截深和采高确定煤炭单位时间产量为4.3t/min，最终确定硫化氢吨煤含量为0.007 66 m3/t，换算成摩尔含量为0.342mol/t；
（2）煤层钻孔注碱液参数设计：
注碱量根据步骤（1）中的区域煤层硫化氢吨煤含量、化学反应物质的量平衡和钻孔注碱的有效影响范围确定，步骤（1）中吨煤硫化氢摩尔含量为0.342mol/t，当小苏打溶液质量浓度为0.5%、孔距为8m、孔长为75m、采高为1.3m时，单孔用碱量为26.81kg。
（3）采用钻机垂直巷道煤壁施工注碱钻孔：
采用钻机，在工作面1有硫化氢涌出的区域，超前工作面1一段距离的进风巷2和回风巷3巷帮相向打交叉钻孔，两个交叉钻孔长度之和大于工作面长度，钻孔方位垂直煤壁，钻孔间距根据采动卸压效果、煤层渗透率及注液压力确定，某工作面1长150m，经测定整个工作面煤层均含有硫化氢，预注水试验确定钻孔注液有效影响半径为4-5m，工作面超前支护距离为24m，采用钻机在超前工作面30m施钻，钻孔间距8m，钻孔方位垂直巷帮煤壁，钻孔长度75m，孔径65mm，进风巷、回风巷各配置一台钻机，同时作业；
（4）封孔：
采用水力膨胀式封孔器封闭钻孔，注浆管路和封孔器连接好后随封孔器伸入钻孔3-5m深，注碱后封孔器胶囊在注碱压力作用下充液膨胀，孔口封闭防止碱液溢漏。为防止封孔器从钻孔中脱落以及封孔不严，在封孔器外侧缠绕纱布增加摩擦力，同时起到防漏水作用；
（4）钻孔注碱：
使用注浆泵动压向钻孔中注入质量浓度为0.5～1%的小苏打溶液，注碱压力为3～6 MPa，采用动态脉冲方式注入，在注浆管上连接液体涡轮流量计进行流量监测；
（6）注碱效果考察及注碱液参数调整：
注碱完成后，采煤机回采注碱区域煤层时，实时监测煤层回采过程中硫化氢的涌出量，通过硫化氢检测仪测定回风流中硫化氢浓度，根据监测结果调整步骤（2）中的注碱量及其它注碱液参数后，进行后续钻孔注碱，控制注碱区域煤层回采时涌出硫化氢体积浓度低于0.000 66%，以此降低煤层硫化氢含量。
本发明已在国内某有硫化氢涌出的井工开采煤矿得到了实际应用，根据煤层采动过程中硫化氢涌出的区域差异，提出了工作面煤层注碱方案，经过注碱治理硫化氢浓度由30ppm降低到了5.3ppm，提高了煤炭生产效率，同时降低了采煤中的煤尘浓度，与该矿前期加大风量、撒碱石灰的治理方法相比，从源头上降低了硫化氢涌出，减小了通风压力，降低治理成本，改善了井下作业环境，机电设备没有发生因硫化氢腐蚀引起的损坏，硫化氢的大气排放量降低，取得了较好的经济和社会效益。
Claims (3)
1.一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）监测煤矿采挖工作面的硫化氢动态涌出规律：
在采挖煤层过程中，采用硫化氢检测仪实时监测采煤工作面和回风巷道风流中硫化氢的浓度，根据采挖出的煤炭产量、风流中硫化氢的浓度及风量计算出不同区域硫化氢的吨煤含量，确定煤层不同区域硫化氢的赋存规律和涌出规律；
（2）煤层钻孔注碱液参数设计：
根据步骤（1）监测得到的硫化氢涌出规律，依据酸碱中和原理计算注碱液量，注碱液量根据区域煤层硫化氢吨煤含量和钻孔注碱的有效影响范围确定，同时确定其他注液参数；
（3）采用钻机垂直巷道煤壁施工注碱钻孔：
采用钻机，在硫化氢涌出的工作面前方区域，超前工作面一段距离的进风巷和回风巷巷帮相向打交叉钻孔，两个交叉钻孔长度之和大于工作面长度，钻孔方位垂直煤壁，钻孔间距根据采动卸压效果、煤层渗透率及注液压力确定；
（4）封孔：
采用水力膨胀式封孔器封闭钻孔，注浆管路和封孔器连接好后随封孔器伸入钻孔3-5m深处，注碱后封孔器胶囊在注碱压力作用下充液膨胀，孔口封闭防止碱液溢漏；
（5）钻孔注碱：
使用注浆泵向钻孔中注入碱液，注碱压力是3～6 MPa，采用动态脉冲方式注入；
（6）注碱效果考察及注碱液参数调整：
注碱完成后，采煤机回采注碱区域煤层时，实时监测煤层回采过程中硫化氢的涌出量，通过硫化氢检测仪测定回风流中硫化氢浓度，根据监测结果调整步骤（2）中的注碱量及其它注碱液参数，注碱参数调整后进行后续钻孔注碱，控制注碱区域煤层回采时涌出硫化氢体积浓度低于0.000 66%。
2.根据权利要求1所述的一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法，其特征在于所述的钻孔注碱的有效影响半径是由钻孔注液半径试验和理论计算确定的。
3.根据权利要求1所述的一种动态注碱治理煤层硫化氢的方法，其特征在于所述的碱液是质量浓度为0.5～1%的小苏打溶液。
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