一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于煤礦開(kāi)采【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法。本發(fā)明首先監(jiān)測(cè)煤礦采挖工作面的硫化氫動(dòng)態(tài)涌出規(guī)律，根據(jù)硫化氫涌出量計(jì)算治理硫化氫需要的注堿液量，然后采用鉆機(jī)垂直巷道煤壁施工注堿鉆孔，膠囊封孔器封孔，使用注漿泵動(dòng)壓脈沖向鉆孔中注入堿液，注堿壓力為3～6MPa，注堿量由區(qū)域煤層硫化氫噸煤含量、化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的量平衡和鉆孔注堿的有效影響范圍確定，注堿完成后，采煤機(jī)回采注堿區(qū)域煤層時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤層回采過(guò)程中硫化氫涌出情況，調(diào)整注堿液量，進(jìn)行后續(xù)煤層鉆孔注堿。本發(fā)明采用煤層鉆孔注堿中和煤層硫化氫，降低煤層硫化氫含量，能夠改善井下作業(yè)環(huán)境，保護(hù)采煤工人健康，提高工人作業(yè)效率。
【專利說(shuō)明】一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦開(kāi)采【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 硫化氫是煤礦有毒有害氣體之一，風(fēng)流濃度達(dá)到100?150ppm時(shí)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的 中毒癥狀，達(dá)到700?lOOOppm時(shí)，數(shù)秒內(nèi)會(huì)致人死亡。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，對(duì)煤炭資源的 需求量日漸增大，近年來(lái)煤礦開(kāi)采范圍不斷擴(kuò)大、開(kāi)采深度也逐年增加，硫化氫涌出異常的 礦井也越來(lái)越多，一些未發(fā)生過(guò)硫化氫涌出的礦井開(kāi)始檢測(cè)出硫化氫異常涌出，有硫化氫 涌出危害的礦井其涌出強(qiáng)度出現(xiàn)增大趨勢(shì)，嚴(yán)重影響煤炭資源開(kāi)發(fā)和井下作業(yè)工人身體健 康，因此急需研究切實(shí)有效的煤層富集硫化氫礦井工作面硫化氫的治理方法。
[0003] 國(guó)內(nèi)外對(duì)于硫化氫治理方面的研究，油氣井方面研究較早，煤礦存在硫化氫危害 的案例不多，防治方面處于探索階段。較早的研究見(jiàn)諸于前蘇聯(lián)，于20世紀(jì)50年代初對(duì)頓 巴斯礦區(qū)出現(xiàn)的硫化氫涌出異常進(jìn)行研究。中國(guó)在1958年對(duì)新疆西山煤礦的硫化氫危害 進(jìn)行研究治理，1966年對(duì)鶴壁礦務(wù)局四礦硫化氫異常情況進(jìn)行研究治理。目前煤礦井下已 有的硫化氫治理方法主要有加大工作面風(fēng)量、噴灑堿石灰、屏蔽水幕、工作面鉆孔注堿等治 理措施和一些監(jiān)測(cè)防護(hù)措施，盡管也取得了一定的成效，但是效果不夠理想，相應(yīng)技術(shù)的工 藝參數(shù)提出缺乏科學(xué)的理論依據(jù)，因此急需研究切實(shí)有效的硫化氫治理方法來(lái)降低或消除 礦井硫化氧危咅。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法，通 過(guò)監(jiān)測(cè)煤層采動(dòng)過(guò)程中硫化氫動(dòng)態(tài)涌出規(guī)律，根據(jù)煤層中實(shí)際硫化氫含量動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)調(diào)整注 堿液量，在回采煤層不同區(qū)域相應(yīng)注入不同體積的堿性溶液，中和煤層中的硫化氫，目的是 有效降低煤層硫化氫含量，改善作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)率。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行： (1) 監(jiān)測(cè)煤礦采挖工作面的硫化氫動(dòng)態(tài)涌出規(guī)律： 在采挖煤層過(guò)程中，采用硫化氫檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤工作面和回風(fēng)巷道風(fēng)流中硫化氫 的濃度，根據(jù)采挖出的煤炭產(chǎn)量、風(fēng)流中硫化氫的濃度及風(fēng)量計(jì)算出不同區(qū)域硫化氫的噸 煤含量，確定煤層不同區(qū)域硫化氫的賦存規(guī)律和涌出規(guī)律； (2) 煤層鉆孔注堿液參數(shù)設(shè)計(jì)： 根據(jù)步驟（1)監(jiān)測(cè)得到的硫化氫涌出規(guī)律，依據(jù)酸堿中和原理計(jì)算注堿液量，注堿液量 根據(jù)區(qū)域煤層硫化氫噸煤含量和鉆孔注堿的有效影響范圍確定，同時(shí)確定其他注液參數(shù)； (3) 采用鉆機(jī)垂直巷道煤壁施工注堿鉆孔： 采用鉆機(jī)，在硫化氫涌出的工作面前方區(qū)域，超前工作面一段距離的進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷 巷幫相向打交叉鉆孔，兩個(gè)交叉鉆孔長(zhǎng)度之和大于工作面長(zhǎng)度，鉆孔方位垂直煤壁，鉆孔間 距根據(jù)采動(dòng)卸壓效果、煤層滲透率及注液壓力確定； (4) 封孔： 采用水力膨脹式封孔器封閉鉆孔，注漿管路和封孔器連接好后隨封孔器伸入鉆孔3-5m 深，注堿后封孔器膠囊在注堿壓力作用下充液膨脹，孔口封閉防止堿液溢漏； (5) 鉆孔注堿： 使用注漿泵向鉆孔中注入堿液，注堿壓力是3?6 MPa，采用動(dòng)態(tài)脈沖方式注入； (6) 注堿效果考察及注堿液參數(shù)調(diào)整： 堿完成后，采煤機(jī)回采注堿區(qū)域煤層時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤層回采過(guò)程中硫化氫的涌出量，通 過(guò)硫化氫檢測(cè)儀測(cè)定回風(fēng)流中硫化氫濃度，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整步驟（2)中的注堿量及其它 注堿液參數(shù)，進(jìn)行后續(xù)鉆孔注堿，控制注堿區(qū)域煤層回采時(shí)涌出硫化氫體積濃度低于〇. 〇〇〇 66%。
[0006] 所述的鉆孔注堿的有效影響半徑是由鉆孔注液半徑試驗(yàn)和理論計(jì)算確定的。
[0007] 所述的堿液是質(zhì)量濃度為0. 5?1%的小蘇打溶液。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是： 本發(fā)明提供了一種投資成本低、生產(chǎn)效率高，應(yīng)用效果好的煤礦井下硫化氫治理方法， 提出根據(jù)煤層區(qū)域硫化氫動(dòng)態(tài)涌出規(guī)律，動(dòng)態(tài)調(diào)整煤層鉆孔注堿量。
[0009] 與已有煤礦硫化氫治理方法相比，能夠從源頭上治理煤層硫化氫涌出，并且注堿 所用的小蘇打價(jià)格低廉，治理成本低。
[0010] 本發(fā)明采用注堿中和煤層硫化氫，使得噸煤硫化氫含量有效降低，能夠改善井下 作業(yè)環(huán)境，控制注堿區(qū)域煤層回采時(shí)涌出硫化氫濃度低于《煤礦安全規(guī)程》要求的〇. 〇〇〇 66%，降低對(duì)工人身體的傷害以及對(duì)機(jī)電設(shè)備的腐蝕，同時(shí)可減少硫化物的大氣排放量，能 夠取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的工藝流程圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)某個(gè)工作面注堿治理硫化氫的鉆孔布置圖； 圖3是圖2中剖面圖； 圖中：1 :采煤工作面；2 :進(jìn)風(fēng)巷；3 :回風(fēng)巷；4 :注堿鉆孔；5 :采空區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0013] 本發(fā)明實(shí)施例中米用的硫化氫檢測(cè)儀型號(hào)為：CLB100B ;鉆機(jī)型號(hào)為： ZYJ-420/200或ZLJ-350 ;封孔器型號(hào)為ZF II -38 ;液體渦輪流量計(jì)型號(hào)為L(zhǎng)WGY-15 (JZ)/ B1/05。
[0014] 實(shí)施例1 一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法，如圖1、2所示，按照以下步驟進(jìn)行： (1)監(jiān)測(cè)煤礦采挖工作面的硫化氫動(dòng)態(tài)涌出規(guī)律： 對(duì)某一典型有硫化氫涌出礦井，在采挖煤層過(guò)程中，采用硫化氫檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤 層某區(qū)域割煤時(shí)，采煤工作面1涌出硫化氫濃度為30ppm (0.003%)，回風(fēng)巷3風(fēng)量為1 100m3/min，可以確定硫化氫涌出量為0. 033 m3/min，根據(jù)采煤速度、截深和采高確定煤炭 單位時(shí)間產(chǎn)量為4. 3t/min，最終確定硫化氫噸煤含量為0.007 66 m3/t，換算成摩爾含量為 0.342mol/t ； (2)煤層鉆孔注堿液參數(shù)設(shè)計(jì)： 注堿量根據(jù)步驟（1)中的區(qū)域煤層硫化氫噸煤含量、化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的量平衡和鉆孔注 堿的有效影響范圍確定，步驟（1)中噸煤硫化氫摩爾含量為〇. 342mol/t，當(dāng)小蘇打溶液質(zhì) 量濃度為〇. 5%、孔距為8m、孔長(zhǎng)為75m、采高為1. 3m時(shí)，單孔用堿量為26. 81kg。
[0015] (3)采用鉆機(jī)垂直巷道煤壁施工注堿鉆孔： 采用鉆機(jī)，在工作面1有硫化氫涌出的區(qū)域，超前工作面1 一段距離的進(jìn)風(fēng)巷2和回風(fēng) 巷3巷幫相向打交叉鉆孔，兩個(gè)交叉鉆孔長(zhǎng)度之和大于工作面長(zhǎng)度，鉆孔方位垂直煤壁，鉆 孔間距根據(jù)采動(dòng)卸壓效果、煤層滲透率及注液壓力確定，某工作面1長(zhǎng)150m，經(jīng)測(cè)定整個(gè)工 作面煤層均含有硫化氫，預(yù)注水試驗(yàn)確定鉆孔注液有效影響半徑為4-5m，工作面超前支護(hù) 距離為24m，采用鉆機(jī)在超前工作面30m施鉆，鉆孔間距8m，鉆孔方位垂直巷幫煤壁，鉆孔長(zhǎng) 度75m，孔徑65mm，進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷各配置一臺(tái)鉆機(jī)，同時(shí)作業(yè)； (4)封孔： 采用水力膨脹式封孔器封閉鉆孔，注漿管路和封孔器連接好后隨封孔器伸入鉆孔3-5m 深，注堿后封孔器膠囊在注堿壓力作用下充液膨脹，孔口封閉防止堿液溢漏。為防止封孔器 從鉆孔中脫落以及封孔不嚴(yán)，在封孔器外側(cè)纏繞紗布增加摩擦力，同時(shí)起到防漏水作用； (4)鉆孔注堿： 使用注漿泵動(dòng)壓向鉆孔中注入質(zhì)量濃度為〇. 5?1%的小蘇打溶液，注堿壓力為3?6 MPa，采用動(dòng)態(tài)脈沖方式注入，在注漿管上連接液體渦輪流量計(jì)進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)； (6)注堿效果考察及注堿液參數(shù)調(diào)整： 注堿完成后，采煤機(jī)回采注堿區(qū)域煤層時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤層回采過(guò)程中硫化氫的涌出量， 通過(guò)硫化氫檢測(cè)儀測(cè)定回風(fēng)流中硫化氫濃度，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整步驟（2)中的注堿量及其 它注堿液參數(shù)后，進(jìn)行后續(xù)鉆孔注堿，控制注堿區(qū)域煤層回采時(shí)涌出硫化氫體積濃度低于 0. 000 66%，以此降低煤層硫化氫含量。
[0016] 本發(fā)明已在國(guó)內(nèi)某有硫化氫涌出的井工開(kāi)采煤礦得到了實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)煤層采動(dòng) 過(guò)程中硫化氫涌出的區(qū)域差異，提出了工作面煤層注堿方案，經(jīng)過(guò)注堿治理硫化氫濃度由 30ppm降低到了 5. 3ppm，提高了煤炭生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了采煤中的煤塵濃度，與該礦前期 加大風(fēng)量、撒堿石灰的治理方法相比，從源頭上降低了硫化氫涌出，減小了通風(fēng)壓力，降低 治理成本，改善了井下作業(yè)環(huán)境，機(jī)電設(shè)備沒(méi)有發(fā)生因硫化氫腐蝕引起的損壞，硫化氫的大 氣排放量降低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【權(quán)利要求】
1. 一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： (1) 監(jiān)測(cè)煤礦采挖工作面的硫化氫動(dòng)態(tài)涌出規(guī)律： 在采挖煤層過(guò)程中，采用硫化氫檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤工作面和回風(fēng)巷道風(fēng)流中硫化氫 的濃度，根據(jù)采挖出的煤炭產(chǎn)量、風(fēng)流中硫化氫的濃度及風(fēng)量計(jì)算出不同區(qū)域硫化氫的噸 煤含量，確定煤層不同區(qū)域硫化氫的賦存規(guī)律和涌出規(guī)律； (2) 煤層鉆孔注堿液參數(shù)設(shè)計(jì)： 根據(jù)步驟（1)監(jiān)測(cè)得到的硫化氫涌出規(guī)律，依據(jù)酸堿中和原理計(jì)算注堿液量，注堿液量 根據(jù)區(qū)域煤層硫化氫噸煤含量和鉆孔注堿的有效影響范圍確定，同時(shí)確定其他注液參數(shù)； (3) 采用鉆機(jī)垂直巷道煤壁施工注堿鉆孔： 采用鉆機(jī)，在硫化氫涌出的工作面前方區(qū)域，超前工作面一段距離的進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷 巷幫相向打交叉鉆孔，兩個(gè)交叉鉆孔長(zhǎng)度之和大于工作面長(zhǎng)度，鉆孔方位垂直煤壁，鉆孔間 距根據(jù)采動(dòng)卸壓效果、煤層滲透率及注液壓力確定； (4) 封孔： 采用水力膨脹式封孔器封閉鉆孔，注漿管路和封孔器連接好后隨封孔器伸入鉆孔3-5m 深處，注堿后封孔器膠囊在注堿壓力作用下充液膨脹，孔口封閉防止堿液溢漏； (5) 鉆孔注堿： 使用注漿泵向鉆孔中注入堿液，注堿壓力是3?6 MPa，采用動(dòng)態(tài)脈沖方式注入； (6) 注堿效果考察及注堿液參數(shù)調(diào)整： 注堿完成后，采煤機(jī)回采注堿區(qū)域煤層時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤層回采過(guò)程中硫化氫的涌出量， 通過(guò)硫化氫檢測(cè)儀測(cè)定回風(fēng)流中硫化氫濃度，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整步驟（2)中的注堿量及其 它注堿液參數(shù)，注堿參數(shù)調(diào)整后進(jìn)行后續(xù)鉆孔注堿，控制注堿區(qū)域煤層回采時(shí)涌出硫化氫 體積濃度低于〇. 〇〇〇 66%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法，其特征在于所述的鉆 孔注堿的有效影響半徑是由鉆孔注液半徑試驗(yàn)和理論計(jì)算確定的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)注堿治理煤層硫化氫的方法，其特征在于所述的堿 液是質(zhì)量濃度為〇. 5?1%的小蘇打溶液。
【文檔編號(hào)】E21F17/00GK104110270SQ201410318746
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】孫維吉, 王俊光, 袁欣鵬, 汪北方, 秦冰, 梁冰, 李蕾 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)