CN112546828B - 一种采煤工作面煤体中硫化氢气体治理装置 - Google Patents

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Abstract

一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，属于矿井安全生产领域，适用于矿山生产过程中所伴生的有害气体治理工作。在煤炭开采过程中，由于煤炭地质赋存原因吸附在煤体缝隙中的硫化氢气体因采动等因素而直接释放，硫化氢易燃，且毒性极大，浓度超过10mg/
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时即会威胁煤矿工人的健康，严重时危及生命，本发明其特征在于利用碱性水雾对煤矿井下硫化氢进行中和治理，过程中通过硫化氢检测装置根据其浓度对装置产生的碱性水雾浓度及流体冲击密度波气体形态进行自动调节，保证煤矿井下硫化氢浓度符合国家标准。通过智能化设备自动控制，在节省成本的同时对煤矿井下硫化氢气体进行高效治理。

Description

一种采煤工作面煤体中硫化氢气体治理装置
技术领域
本发明一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，属于矿井安全生产领域，适用于矿山生产过程中所伴生的有害气体治理工作。
背景技术：
在煤炭开采过程中，由于煤炭地质赋存原因吸附在煤体缝隙中的硫化氢气体因采 动等因素而直接释放，硫化氢易燃，且毒性极大，浓度超过10mg/
Figure 961254DEST_PATH_IMAGE001
时即会威胁煤矿工人 的健康，严重时危及生命。硫化氢不仅会麻痹人的嗅觉，影响人的中枢神经，造成人员伤亡， 其化学活性也非常大，容易腐蚀仪器与设备，降低其使用寿命。如何治理硫化氢气体，一直 是煤矿井下安全工作的重点与难点问题。
硫化氢虽然危害极大，但其相对密度低于空气，且极易溶于水形成氢硫酸溶液，因此，目前针对开采过程中产生的硫化氢气体，常采用加强通风、喷射水雾和石灰粉中和等手段进行治理。然而，上述手段在实际操作过程中效率不高。由于硫化氢为酸性气体，一种新的治理思路是可以利用碱性气体进行中和反应，达到高效治理的目的。
正如专利，发明名称——一种治理油井中硫化氢的方法，申请号：201710149121 .6，提出了一种治理油井中硫化氢的方法，包括以下步骤：（1）下硫化氢治理工艺管柱；（2）先用氢氧化钠溶液洗井，再用水洗井；（3）使用水试挤，18MPa下求吸水指数；（4）挤注硫酸盐还原菌抑制剂溶液，注入水顶替；油井的治理半径为2～4m；（5）挤注四羟甲基硫酸磷( THPS )杀菌剂溶液，注入水顶替；（6）关井反应10天，开井正常生产。该方法虽然可以有效进行硫化氢治理，但利用硫酸盐还原菌抑制剂增加了治理成本，且需要关井等待反应完成，影响正常的生产工作；
正如专利，发明名称——高硫化氢煤层巷道掘进超前注碱工艺及碱液配方，申请号：201510095707.X，涉及一种高硫化氢煤层巷道掘进时的硫化氢治理工艺，通过煤层预先注碱工艺治理煤层巷道掘进过程中的硫化氢超标问题，碱液配方为1％的碳酸钠、0.1％十二烷基苯磺酸钠以及0.1％次氯酸钠。该方案采用的超前注碱工艺可以能确保掘进巷道周围形成一定距离的、碱液润湿的安全帷幕，减少掘进时硫化氢的涌出量，由于该技术手段治理效果差，在开采时根据硫化氢浓度依然超标，即使配合喷射水雾、加强通风等治理手段，硫化氢气体涌出超标问题没有根本解决，治理还是不彻底。
因此，目前亟需一种高效、可靠的硫化氢治理装置，在治理硫化氢涌出的同时不影响生产活动，保证煤矿安全高效工作。
发明内容：
本发明一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，其目的在于利用碱性气雾流体快速中和硫化氢气体，通过智能化设备自动控制，克服现有技术中的不足，在节省成本的同时对煤矿井下硫化氢气体进行高效治理，提供一种结构简单、操作方便、可靠、动态碱性气体----工作面煤体中硫化氢气体治理装置。
本发明一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，其特征在于是一种以硫化氢治理单元和硫化氢涌出引流口单元为核心组成结构，通过检测硫化氢的装置将从煤体中的硫化氢气体收集起来并检测浓度，以此为基准调节硫化氢治理单元生成的碱性气雾流体浓度，使碱性气雾流体与煤体中的硫化氢气体快速中和，实现自动化和高效率“以气治气”治理硫化氢气体的装置，该装置由设备车1、硫化氢涌出引流口检测装置2、气水预处理装置3、碱性液体在线添加器4、智能调节阀门5、气水快接软管6、射流生成扩散加速器7、硫化氢治理多功能孔8、碱性气雾流体9、控制线路10、硫化氢引流检测孔11、压力水12和压力气13组成，该装置使用的压力水12和压力气13分别通过气水快接软管6进入气水预处理装置3，气水预处理装置3将水、气中的杂质及压力予以清理和调节，其中压力水又通过气水快接软管6与碱性液体在线添加器4连接，实现碱性液体的在线添加，气水预处理装置3与碱性液体在线添加器4布置于设备车1上，通过气水快接软管6与智能调节阀门5相连，智能调节阀门又通过气水快接软管6与射流生成扩散加速器7相连，智能调节阀门还通过气水快接软管6与硫化氢涌出引流口检测装置2相连，将硫化氢涌出引流口中引出的硫化氢气体与碱性液体直接中和；其中气水预处理装置3将压力气预处理后又通过气水快接软管6直接连接于射流生成扩散加速器7，射流生成扩散加速器7生成以冲击密度波气体形态为特征的碱性气雾流体9，硫化氢涌出引流口检测装置2布置在硫化氢引流检测孔11中，通过控制线路10与智能调节阀门5连接，控制智能调节阀门5的打开程度，射流生成扩散加速器7布置在硫化氢治理多功能孔8中，产生碱性气雾流体9。
上述一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置的应用方法，其特征在于：
Ⅰ. 在需要治理硫化氢的区域于煤体中间距离顶部1500-2000mm，距离底板1500-2000mm位置，沿工作面回采方向在副巷中以10m-15m为间距布置打孔位置，并进行打孔，孔径为100-150mm，孔长为160-180m长；作为硫化氢治理多功能孔8，之后每两个硫化氢治理多功能孔8为一组，分别向其中布置射流生成扩散加速器7。随后在硫化氢治理多功能孔8一侧距离2m-10m处进行打孔，深度与硫化氢治理多功能孔8一致，10mm-100mm，作为硫化氢引流检测孔11，将打开硫化氢涌出引流口检测装置2布置于其中；
Ⅱ. 设备车1停靠在需要治理硫化氢的区域，通过气水快接软管6向气水预处理装置3中通入装置需要使用的工作压力为0.3-0.8MPa的压力空气与工作压力为0.2-0.5Mpa的压力水；
Ⅲ. 通过碱性液体在线添加器4向气水快接软管6中添加碱液，其中碱性物分别为：Na2CO3、NaHCO3或Ca(OH)2，使得压力水溶碱性液体工作浓度为5-35%；
Ⅳ. 打开射流生成扩散加速器7，向硫化氢治理多功能孔8中喷射碱性气雾流体9，射流生成扩散加速器可生成压力气与压力水溶碱性液体体积比为100：3---100：0.1的碱性气雾，碱性气雾流体9以冲击密度波气体形态，在硫化氢治理多功能孔8中流动并扩散到煤体中的裂隙中，与煤体裂隙中吸附的硫化氢气体分子发生中和反应，通过这种以气治气的方式使得煤体中赋存的硫化氢能被最大限度地中和，这样开采中游离态的硫化氢气体就被治理，达到预处理硫化氢的目的，在工作面开采煤炭时，硫化氢治理压力就会大大降低；
Ⅴ. 打开硫化氢涌出引流口检测装置2，通过检测硫化氢浓度调节智能调节阀门5的打开程度，控制碱性气雾流体9的浓度和流体冲击密度波气体形态，以便以最佳方式治理硫化氢气体。
本发明一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，其有点在于:本发明是一种以硫化氢治理单元和硫化氢涌出引流口单元为核心组成结构，通过检测硫化氢的装置将从煤体中的硫化氢气体收集起来并检测浓度，以此为基准调节硫化氢治理单元生成的碱性气雾流体浓度，使碱性气雾流体与煤体中的硫化氢气体快速中和，实现自动化和高效率“以气治气”，治理硫化氢气体的装置。该装置利用碱性水雾对煤矿井下硫化氢进行中和治理，过程中通过硫化氢检测装置根据其浓度对装置产生的碱性水雾浓度进行自动调节，保证煤矿井下硫化氢浓度符合国家标准，其工作原理是利用生成的碱性气雾流体，通过“以气治气”方式，快速中和煤中赋存的硫化氢气体，还可通过硫化氢涌出检测引流口硫化氢治理效果实时控制碱性气雾流体的浓度和气体动力特性，控制中和效果，保证硫化氢气体涌出浓度达标。本发明是通过碱性气雾流体快速中和煤体中的硫化氢气体，其核心组成单元为硫化氢治理单元和硫化氢涌出引流口检测装置，通过检测装置将从煤体中的硫化氢气体收集起来并检测浓度，以此为基准调节硫化氢治理单元生成的碱性气雾流体浓度，达到自动化、高效率治理硫化氢气体的目的，克服了一般治理手段需要专人看护、治理效率不高的缺点，保障了煤矿井下作业的安全进行与煤矿工人的身心健康。
附图说明：
图1为一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置示意图
设备车1、硫化氢涌出引流口检测装置2、气水预处理装置3、
碱性液体在线添加器4、智能调节阀门5、气水快接软管6、
射流生成扩散加速器7、硫化氢治理多功能孔8、
碱性气雾流体9、控制线路10、硫化氢引流检测孔11、
压力水12和压力气13
具体实施方式1：
一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，利用碱性水雾对煤矿井下硫化氢进行中和治理，过程中通过硫化氢检测装置根据其浓度对装置产生的碱性水雾浓度进行自动调节，保证煤矿井下硫化氢浓度符合国家标准。该装置使用的压力水12和压力气13分别通过气水快接软管6进入气水预处理装置3，气水预处理装置3将水、气中的杂质及压力予以清理和调节，其中压力水又通过气水快接软管6与碱性液体在线添加器4连接，实现碱性液体的在线添加，气水预处理装置3与碱性液体在线添加器4布置于设备车1上，通过气水快接软管6与智能调节阀门5相连，智能调节阀门又通过气水快接软管6与射流生成扩散加速器7相连，智能调节阀门还通过气水快接软管6与硫化氢涌出引流口检测装置2相连，将硫化氢涌出引流口中引出的硫化氢气体与碱性液体直接中和；其中气水预处理装置3将压力气预处理后又通过气水快接软管6直接连接于射流生成扩散加速器7，射流生成扩散加速器7生成以冲击密度波气体形态为特征的碱性气雾流体9。硫化氢涌出引流口检测装置2布置在硫化氢引流检测孔11中，通过控制线路10与智能调节阀门5连接，控制智能调节阀门5的打开程度，射流生成扩散加速器7布置在硫化氢治理多功能孔8中，产生碱性气雾流体9。
上述一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置的应用方法：
Ⅰ. 在需要治理硫化氢的区域于煤体中距离顶部1800mm，距离底板1800mm位置，沿工作面回采方向在副巷中以13m为间距布置打孔位置，并进行打孔，孔径为130mm，孔长为170m长；作为硫化氢治理多功能孔8，之后每两个硫化氢治理多功能孔8为一组，分别向其中布置射流生成扩散加速器7。随后在硫化氢治理多功能孔8一侧距离5m处进行打孔，深度与硫化氢治理多功能孔8一致，孔径50mm，作为硫化氢引流检测孔11，将打开硫化氢涌出引流口检测装置2布置于其中；
Ⅱ. 设备车1停靠在需要治理硫化氢的区域，通过气水快接软管6向气水预处理装置3中通入装置需要使用的工作压力为0.6MPa的压力空气与工作压力为0.3Mpa的压力水；
Ⅲ. 通过碱性液体在线添加器4向气水快接软管6中添加碱液，其中碱性物分别为：NaHCO3；
Ⅳ. 打开射流生成扩散加速器7，向硫化氢治理多功能孔8中喷射碱性气雾流体9，射流生成扩散加速器可生成压力气与压力水溶碱性液体体积比为100：2的碱性气雾，碱性气雾流体9以冲击密度波气体形态，在硫化氢治理多功能孔8中流动并扩散到煤体中的裂隙中，与煤体裂隙中吸附的硫化氢气体分子发生中和反应，通过这种以气治气的方式使得煤体中赋存的硫化氢能被最大限度地中和，这样开采中游离态的硫化氢气体就被治理，达到预处理硫化氢的目的，在工作面开采煤炭时，硫化氢治理压力就会大大降低；
Ⅴ. 打开硫化氢涌出引流口检测装置2，通过检测硫化氢浓度调节智能调节阀门5的打开程度，控制碱性气雾流体9的浓度和流体冲击密度波气体形态，以便以最佳方式治理硫化氢气体。
具体实施方式2：
一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，利用碱性水雾对煤矿井下硫化氢进行中和治理，过程中通过硫化氢检测装置根据其浓度对装置产生的碱性水雾浓度进行自动调节，保证煤矿井下硫化氢浓度符合国家标准。该装置使用的压力水12和压力气13分别通过气水快接软管6进入气水预处理装置3，气水预处理装置3将水、气中的杂质及压力予以清理和调节，其中压力水又通过气水快接软管6与碱性液体在线添加器4连接，实现碱性液体的在线添加，气水预处理装置3与碱性液体在线添加器4布置于设备车1上，通过气水快接软管6与智能调节阀门5相连，智能调节阀门又通过气水快接软管6与射流生成扩散加速器7相连，智能调节阀门还通过气水快接软管6与硫化氢涌出引流口检测装置2相连，将硫化氢涌出引流口中引出的硫化氢气体与碱性液体直接中和；其中气水预处理装置3将压力气预处理后又通过气水快接软管6直接连接于射流生成扩散加速器7，射流生成扩散加速器7生成以冲击密度波气体形态为特征的碱性气雾流体9。硫化氢涌出引流口检测装置2布置在硫化氢引流检测孔11中，通过控制线路10与智能调节阀门5连接，控制智能调节阀门5的打开程度，射流生成扩散加速器7布置在硫化氢治理多功能孔8中，产生碱性气雾流体9。
上述一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置的应用方法：
Ⅰ. 在需要治理硫化氢的区域于煤体中间距离顶部2000mm，距离底板2000mm位置，沿工作面回采方向在副巷中以15m为间距布置打孔位置，并进行打孔，孔径为150mm，孔长为180m长；作为硫化氢治理多功能孔8，之后每两个硫化氢治理多功能孔8为一组，分别向其中布置射流生成扩散加速器7。随后在硫化氢治理多功能孔8一侧距离10m处进行打孔，深度与硫化氢治理多功能孔8一致，其孔径100mm，作为硫化氢引流检测孔11，将打开硫化氢涌出引流口检测装置2布置于其中；
Ⅱ. 设备车1停靠在需要治理硫化氢的区域，通过气水快接软管6向气水预处理装置3中通入装置需要使用的工作压力为0.8MPa的压力空气与工作压力为0.5Mpa的压力水；
Ⅲ. 通过碱性液体在线添加器4向气水快接软管6中添加碱液，其中碱性物分别为：Ca(OH)2；
Ⅳ. 打开射流生成扩散加速器7，向硫化氢治理多功能孔8中喷射碱性气雾流体9，射流生成扩散加速器可生成压力气与压力水溶碱性液体体积比为100：0.1的碱性气雾，碱性气雾流体9以冲击密度波气体形态，在硫化氢治理多功能孔8中流动并扩散到煤体中的裂隙中，与煤体裂隙中吸附的硫化氢气体分子发生中和反应，通过这种以气治气的方式使得煤体中赋存的硫化氢能被最大限度地中和，这样开采中游离态的硫化氢气体就被治理，达到预处理硫化氢的目的，在工作面开采煤炭时，硫化氢治理压力就会大大降低；
Ⅴ. 打开硫化氢涌出引流口检测装置2，通过检测硫化氢浓度调节智能调节阀门5的打开程度，控制碱性气雾流体9的浓度和流体冲击密度波气体形态，以便以最佳方式治理硫化氢气体。
具体实施方式3：
一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，利用碱性水雾对煤矿井下硫化氢进行中和治理，过程中通过硫化氢检测装置根据其浓度对装置产生的碱性水雾浓度进行自动调节，保证煤矿井下硫化氢浓度符合国家标准。该装置由设备车1、硫化氢涌出引流口检测装置2、气水预处理装置3、碱性液体在线添加器4、智能调节阀门5、气水快接软管6、射流生成扩散加速器7、硫化氢治理多功能孔8、碱性气雾流体9、控制线路10、硫化氢引流检测孔11、压力水12和压力气13组成，该装置使用的压力水12和压力气13分别通过气水快接软管6进入气水预处理装置3，气水预处理装置3将水、气中的杂质及压力予以清理和调节，其中压力水又通过气水快接软管6与碱性液体在线添加器4连接，实现碱性液体的在线添加，气水预处理装置3与碱性液体在线添加器4布置于设备车1上，通过气水快接软管6与智能调节阀门5相连，智能调节阀门又通过气水快接软管6与射流生成扩散加速器7相连，将硫化氢涌出引流口中引出的硫化氢气体与碱性液体直接中和；其中气水预处理装置3将压力气预处理后又通过气水快接软管6直接连接于射流生成扩散加速器7，射流生成扩散加速器7生成以冲击密度波气体形态为特征的碱性气雾流体9。硫化氢涌出引流口检测装置2布置在硫化氢引流检测孔11中，通过控制线路10与智能调节阀门5连接，控制智能调节阀门5的打开程度，射流生成扩散加速器7布置在硫化氢治理多功能孔8中，产生碱性气雾流体9。
上述一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置的应用方法：
Ⅰ. 在需要治理硫化氢的区域于煤体中间距离顶部1500毫米，距离底板1500毫米位置，沿工作面回采方向在副巷中以10m为间距布置打孔位置，并进行打孔，孔径为100m，孔长为160m长；作为硫化氢治理多功能孔8，之后每两个硫化氢治理多功能孔8为一组，分别向其中布置射流生成扩散加速器7。随后在硫化氢治理多功能孔8一侧距离2m处进行打孔，深度与硫化氢治理多功能孔8一致，其孔径10mm，作为硫化氢引流检测孔11，将打开硫化氢涌出引流口检测装置2布置于其中；
Ⅱ. 设备车1停靠在需要治理硫化氢的区域，通过气水快接软管6向气水预处理装置3中通入装置需要使用的工作压力为0.3MPa的压力空气与工作压力为0.2Mpa的压力水；
Ⅲ. 通过碱性液体在线添加器4向气水快接软管6中添加碱液，其中碱性物分别为：Na2CO3；
Ⅳ. 打开射流生成扩散加速器7，向硫化氢治理多功能孔8中喷射碱性气雾流体9，射流生成扩散加速器可生成压力气与压力水溶碱性液体体积比为100：3的碱性气雾，碱性气雾流体9以冲击密度波气体形态，在硫化氢治理多功能孔8中流动并扩散到煤体中的裂隙中，与煤体裂隙中吸附的硫化氢气体分子发生中和反应，通过这种以气治气的方式使得煤体中赋存的硫化氢能被最大限度地中和，这样开采中游离态的硫化氢气体就被治理，达到预处理硫化氢的目的，在工作面开采煤炭时，硫化氢治理压力就会大大降低；
Ⅴ. 打开硫化氢涌出引流口检测装置2，通过检测硫化氢浓度调节智能调节阀门5的打开程度，控制碱性气雾流体9的浓度和流体冲击密度波气体形态，以便以最佳方式治理硫化氢气体。

Claims (1)

1.一种工作面煤体中硫化氢气体治理装置，其特征在于是一种以硫化氢治理单元和硫化氢涌出引流口单元为核心组成结构，通过检测硫化氢的装置将从煤体中的硫化氢气体收集起来并检测浓度，以此为基准调节硫化氢治理单元生成的碱性气雾流体浓度，使碱性气雾流体与煤体中的硫化氢气体快速中和，实现自动化和高效率“以气治气”，治理硫化氢气体的装置，该装置由设备车(1)、硫化氢涌出引流口检测装置(2)、气水预处理装置(3)、碱性液体在线添加器(4)、智能调节阀门(5)、气水快接软管(6)、射流生成扩散加速器(7)、硫化氢治理多功能孔(8)、碱性气雾流体(9)、控制线路(10)和硫化氢引流检测孔（11）组成，该装置使用的气、水通过气水快接软管(6)进入气水预处理装置(3)，气水预处理装置(3)又通过气水快接软管(6)与碱性液体在线添加器(4)连接，气水预处理装置(3)与碱性液体在线添加器(4)布置于设备车(1)上，使得压力水溶碱性液体工作浓度为5-35%，通过气水快接软管(6)与智能调节阀门(5)相连，智能调节阀门又通过气水快接软管(6)与射流生成扩散加速器(7)相连，硫化氢涌出引流口检测装置(2)布置在硫化氢引流检测孔(11)中，通过控制线路(10)与智能调节阀门(5)连接，控制智能调节阀门(5)的打开程度，射流生成扩散加速器(7)布置在硫化氢治理多功能孔(8)中；
设备车（1）停靠在需要治理硫化氢的区域，通过气水快接软管（6）向气水预处理装置（3）中通入装置需要使用的工作压力为0.3-0.8MPa的压力空气与工作压力为0.2-0.5Mpa的压力水；
通过碱性液体在线添加器（4）向气水快接软管（6）中添加碱液，其中碱性物分别为：Na2CO3、NaHCO3或Ca(OH)2，使得压力水溶碱性液体工作浓度为5-35%；
打开射流生成扩散加速器（7），向硫化氢治理多功能孔（8）中喷射碱性气雾流体（ 9） ，射流生成扩散加速器（7）生成压力气与压力水溶碱性液体体积比为100：3---100：0.1的碱性气雾，碱性气雾流体（9）以冲击密度波气体形态，在硫化氢治理多功能孔（8）中流动并扩散到煤体中的裂隙中，与煤体裂隙中吸附的硫化氢气体分子发生中和反应，通过这种以气治气的方式使得煤体中赋存的硫化氢能被最大限度地中和。
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