硫化氢现场治理方案

新疆龙煤能源有限责任公司

科技计划现场实施方案

项目名称：新疆龙煤能源有限责任公司西山煤矿硫化

氢气体富集机理与防治技术研究

组织单位：新疆龙煤能源有限责任公司

项目承担单位：河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心

新疆工业高等专科学校

新疆龙煤能源有限责任公司西山煤矿

起止年限：2012年6月至2013年10月

河南理工大学

煤矿安全工程技术研究中心

2013年4月

一、矿井概况

西山煤矿原隶属于新疆天发西山矿业有限责任公司。2008年《新疆煤炭工业“十一五”结构调整规划》将该矿列入45万吨/年改扩建矿井。2009年12月29日，新疆龙煤集团将该矿收购。目前矿井正处于改扩建工程施工建设时期。

本地区含煤地层属侏罗系中统西山窑组，共含煤层22～34层，煤层总厚36.16m，可采和局部可采的有22层，总厚34.10m，可采煤层总平均厚度为23.72m，主要集中在下段。其中主要可采煤层为B7、B8、B10、B11、B12、B13、B14、B15、B16、B17-18，除B17-18煤层外，其余各煤层含硫量均低于1.2%，属中、低硫煤层，而B17-18煤层含硫量为3.19%，属高硫煤。

据该矿区地质报告显示，该区内共有6个含水层。其中，第Ⅰ含水层组位于B7～B8煤层间，厚度20～30m，以中、细粒砂岩为主，水质属硫酸盐、氯化物～钾钠类型，矿化度高达6144mg/L。第Ⅱ含水层组位于B14～B16煤层间，厚度20～30m，以细、中、粗砂岩为主。第Ⅲ含水层组位于中侏罗统西山窑组中段（J2x2）底部，厚度40～60m，中、粗粒砂岩、砂砾岩为主，该组渗透性较强。而第Ⅳ含水层组、第Ⅴ含水层组、第Ⅵ含水层组水质属氯化物、硫酸盐、重炭酸盐～钾、钠类型，其矿化度分别达1530mg/L、5940mg/L、1840mg/L。可见该区域内水质为高矿化度、高硫酸根型。

西山煤矿自1958年开始对煤矿的硫化氢进行研究和治理，且取得了良好的效果，但目前B8煤层在开采过程中，硫化氢气体异常涌出任居高不下，炮后1小时风量中的硫化氢气体浓度高达100ppm。2011年11月5日零点班，轨道上山工作面打眼放炮后，由于受到冲击振动影响，突然从B19号煤层顶板及四周涌出大量积水和有害气体。硫化氢浓度高达400ppm，瓦斯浓度高达19.5%。在2011年11月8号再次发生类似的硫化氢涌出现象。对井下作业工人的职业健康和生命安全构成的重大威胁。因此，开展西山煤矿硫化氢气体异常富集机

理与防治技术研究，对西山煤矿的安全发展战略有重要意义，另外，通过参与该项目的研究，可为西山煤矿培养一批技术人员，提高煤层硫化氢气体防治水平。

二、矿井硫化氢治理方案

西山煤矿掘进头硫化氢治理主要采用预抽与预注化学药剂技术相结合技术。

其中预抽技术采用目前已有的挂耳瓦斯抽采方案。

预注化学药剂技术的核心为用煤层注水的方式将化学药剂溶液注入煤体，让化学药剂溶液浸入煤的层理、节理和微小的孔隙中。根据本技术的要求，选用的化学药剂应满足以下三个条件：一是在水中的溶解度满足要求；二是能够中和煤体内的硫化氢气体；三是对工作面环境、设施、设备和煤质无不利影响或影响极小。基于硫化氢的水溶液为弱酸，以及硫化氢还具有还原性化学性质，碱液吸收硫化氢的方法是煤矿井下工作面治理硫化氢的可行方法。可供选择的化学药剂有纯碱(Na2CO3)、小苏打(NaHCO3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)等。

以下是使用不同化学药剂时的反应方程式：

(1)使用纯碱时的反应方程式：

Na2CO3+H2S=Na2S+H2O+CO2(1)

(2)使用碳酸氢钠时反应方程式：

2NaHCO3+H2S=Na2S+2H2O+2CO2(2)

(3)使用氢氧化钙时的反应方程式为：

Ca(OH)2+H2S=CaS+2H2O(3)根据实验情况，对化学药剂的可选性分析如下：

(1)氢氧化钙(Ca(OH)2)成本较低，效果较好，但由于氢氧化钙(Ca(OH)2)溶解度小，与水混合后易形成固液混合物，其中固体颗粒可对泵和封孔器产生破坏作用，而且一般来说固体微粒的粒径远远大于煤体孔隙，所以易出现堵塞现象，影响注液效果。

(2)NaHCO3俗称小苏打。它是白色粉末，在水中的溶解度比碳

酸钠略小，水溶液呈微碱性，固体碳酸氢钠受热即分解。

(3)纯碱(Na2CO3)又称苏打，为白色粉末或颗粒，无气味，有碱味，有吸湿性易溶于水，溶解时放热。露置空气中逐渐吸收lmol/L水分(约15％)。易溶于水，水溶液呈强碱性。

纯碱(Na2CO3)、小苏打(NaHCO3)溶解度大，不仅在水中常温常压下的溶解度可以满足注液要求，在其他方面也都满足注液要求，而且来源广，成本低。

结合西山煤矿的实际情况、注液要求以及成本要求，由于纯碱(Na2CO3)相对价廉易得，用纯碱(Na2CO3)溶液吸收处理硫化氢具有广阔的应用前景。综合考虑，选择纯碱(Na2CO3)作为注入煤体用化学药剂。

1、参数设计：

在迎头钻场，打一排注浆孔每排3个，平行巷道一个，倾角向上60o一个，倾角向下60o一个（需要跟矿方结合，确定钻孔布置及参数）。如下图所示。

℃

巷道迎头

℃

孔深55-60m，孔径65mm；

水泥砂浆封孔，封孔深度5-6m；

碳酸钠浓度为1-1.5%；

注水压力：5-7MPa；

单孔注水时间：一般为2～3h，当有煤壁渗水现象时，终止注水；

工艺组织：单孔注水，三班连续注水。

化学药剂的配备方案如下图所示：

(1)按化学药剂配制比例，先向水箱l中加入化学药剂，然后打开供水管截止阀放入适量的水，将水箱中的溶液配制成所需的浓度。当配制完水箱l中溶液后，将注液端的截止阀打开开始注液。

(2)在注液同时配制水箱2中的溶液，当水箱l中化学药剂注完时即打开水箱2的截止阀注液，并配制水箱1中溶液，如此循环作业，以保证注液能正常进行。

2、设备及耗材：

设备简图如下图所示。主要包括：

液压钻机一台；