[发明专利]高硫化氢煤层巷道掘进超前注碱工艺及碱液配方

说明书

技术领域

本发明涉及一种高硫化氢煤层在巷道掘进时的硫化氢治理工艺，尤其是通过掘进前预先注入一种碱液，以显著减少采煤时硫化氢的涌出量，属于含硫化氢煤层开采技术领域。

背景技术

硫化氢是一种无色，带有臭鸡蛋味的剧毒气体，易溶于水。H₂S浓度为0.0001％时，就能嗅到臭鸡蛋味，达到0.02％时，强烈刺激眼睛及喉咙粘膜，并感到头痛、呕吐、乏力；达到0.05％时，经0.5h～1.0h就会严重中毒，失去知觉、抽筋、瞳孔变大，甚至死亡。硫化氢是一种神经毒剂，亦为窒息性和刺激性气体，通过人的中枢神经系统和呼吸系统产生毒性作用。

目前煤矿H₂S的治理研究涉及得比较少，相关理论和工程措施还不够完善。近年来，随着开采范围的扩大和开采深度的增加，不少煤矿瓦斯中H₂S气体异常，严重影响到矿井煤炭资源的开发和工人的身体状况，尤其是在煤层巷道掘进过程中出现硫化氢严重超标机率更大。

为治理含硫化氢煤层巷道掘进时硫化氢超标的现象，目前多采用加大通风、巷道内喷射碱液及撒石灰粉等措施，但均为硫化氢涌出后的被动式防护，效果有限，且碱液会对井下从业人员产生严重危害；采取硫化氢涌出前的主动式措施主要是抽硫化氢和注碱，由于硫化氢含量远比瓦斯低，因此后者更为实用，以碳酸钠碱溶液对硫化氢进行化学吸收为例，反应生成碳酸氢钠，碳酸氢钠也能吸收H₂S，反应式为：

H₂S+Na₂CO₃＝NaHS+NaHCO₃

NaHCO₃+H₂S＝NaHS+H₂O+CO₂

但实际工程中，HS^-可能重新写成硫化氢从水中溢出，且注碱工艺、碱液种类、碱液配比等均无成熟方案。总体来说，目前巷道掘进过程中的硫化氢治理效果比较差，遇到硫化氢含量超标时只能撤人，这严重的影响了工程进度。

发明内容

本发明的目的在于克服目前高硫化氢煤层巷道掘进过程中产生的硫化氢超标问题，提供一种煤层巷道掘进的超前注碱工艺，以及所注碱液的配方，以便通过超前注碱在掘进巷道周围一定距离形成安全帷幕，掘进时硫化氢涌出量可显著减少。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案如下。

高硫化氢煤层(硫化氢涌出量超过煤矿安全标准)巷道掘进超前注碱工艺，主要包括以下内容：

1)为确保掘进工作面注碱后，湿润的煤体形成完整严实的帷幕，建立注碱效率模型，其中K为注浆效率(％)，n为注碱孔数量(个)，α为外倾角度(°)。根据注碱效率模型、经济性及煤层渗透性，确定最优注碱孔数量、布置位置及倾斜角度。

2)一般煤层巷道(断面面积10至16m²)可取8个注碱孔，沿工作面边缘分三层布置，底层和层各3个，钻孔方向相对井筒轴线外斜6°角。

3)每一个注碱开挖循环中，沿轴向方向注碱30m，然后开挖20m，确保掘进面前方至少有10m厚的注碱安全距离，接着在停挖面上喷射混凝土止浆墙，开始下一个注碱开挖循环。

4)注碱采用分段上行式注碱方式，一次性钻孔到注碱终深，使用止浆塞进行自下而上的分段注碱，分3段、每段10m进行，即先注距离止浆墙20-30m段，然后调整止浆塞注10-20m段，最后注0-10m段。

5)注碱完成后可进行巷道掘进，在掘进全过程中使用硫化氢在线监测，除煤层预注碱技术外，根据开挖时硫化氢的浓度，还可以配合使用加强通风、喷射水幕等措施。

高硫化氢煤层巷道掘进超前注碱碱液配方如下：

1)碱液按照重量进行配比，根据实验和现场条件综合选用1％的碳酸钠、0.1％十二烷基苯磺酸钠以及0.1％次氯酸钠进行配比，物料之间无副反应。在碱液中，碳酸钠作为硫化氢的主吸收液，但在矿井水的稀释以及水流的扰动作用下，会重新释放出H₂S；加入次氯酸钠能迅速地氧化碳酸钠与硫化氢反应后生成的HS-，防止H₂S从水体中重新释放；为增加碱液的扩散距离，以十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，能降低碱液的表面张力，增加渗透距离，还可以提高碳酸钠与硫化氢溶液的反应效率，提高硫化氢的去除率。