0 引言

在煤礦生產(chǎn)過程中有毒有害氣體對(duì)人的健康、生命造成危害。我國政府不但成立了專門的政府機(jī)構(gòu)，而且還相繼出臺(tái)并實(shí)施的《安全生產(chǎn)法》與《職業(yè)病防治法》等法津、法規(guī)，以保障職工的健康與安全，創(chuàng)造安全、健康的工作環(huán)境，防止各種傷害和爆炸事故，保護(hù)人民生命和健康安全[1]。硫化氫（H2S）是一種劇毒氣體，無色，有臭雞蛋氣味，相對(duì)密度為1.17，比空氣重。H2S易燃，燃燒時(shí)火焰為藍(lán)色，并產(chǎn)生另一種有毒氣體SO2。與空氣及氧氣混合后遇火星易發(fā)生爆炸，其爆炸極限為4.0%～46.0%。H2S極易溶于水，溶于水或在潮濕的環(huán)境下呈酸性，對(duì)有機(jī)質(zhì)和金屬化合物具有很高的活性和腐蝕性。人的嗅覺能夠感知硫化氫氣味的濃度下限為0.2～0.3ppm（1ppm=10-6）。當(dāng)硫化氫濃度為20～30ppm時(shí)就出現(xiàn)強(qiáng)烈臭雞蛋氣味；當(dāng)濃度為100～150ppm時(shí)，會(huì)使人嗅覺麻痹；當(dāng)濃度在10000ppm時(shí)，在數(shù)秒內(nèi)會(huì)致人死亡[2]。《煤礦安全規(guī)程》*百條規(guī)定，井下H2S氣體體積分?jǐn)?shù)不得過6.6ppm。近年來，隨著開采范圍的擴(kuò)大和開采深度的增加，一些煤礦中硫化氫問題越發(fā)突出。因此，煤礦硫化氫的防治對(duì)保障安全生產(chǎn)和工人身體健康具有重要的意義。

1 廣安煤礦基本情況[3]

四川省鑫福礦業(yè)股份有限公司廣安煤礦（以下簡稱廣安煤礦）1987年10月開工，1995年10月投產(chǎn)，現(xiàn)生產(chǎn)能力為210kt/a。礦井為平硐開拓，主平硐口標(biāo)高+497m，主要進(jìn)風(fēng)大巷和主要回風(fēng)大巷均布置在底板茅口灰?guī)r中。

煤礦井田在新華廈系第3沉降帶四川盆地內(nèi)，位于華鎣山復(fù)式褶皺帶的龍王洞背斜中段北端，井田走向北15°東，恰位于龍王洞背斜面向北傾伏又局部抬起的高點(diǎn)部位，屬傾伏狀背斜埋藏，煤層未出露地表。背斜似“S”形，北部狹窄，兩翼略寬，東翼稍陡，背斜南部寬闊呈箱狀，深部西翼近于直立，東翼傾角還不到50°。在井田邊界-100m標(biāo)高以上范圍內(nèi)，一般為30°～47°，煤層大傾角約為70°，但范圍極小，僅存在11線～12線之間的+100m至-100m的標(biāo)高內(nèi)。井田內(nèi)構(gòu)造形態(tài)簡單，井田范圍內(nèi)地表未見斷層，僅在12-3號(hào)和19-2號(hào)鉆孔井深651.61m～653.63m和583.21m～558.17m處巖芯破碎，地層分別增厚18m和40m，推斷分別存在一逆斷層。

廣安煤礦在采礦許可證劃定的范圍內(nèi)允許開采K1煤層，K1煤層位于為二疊系龍?zhí)督M一段中部，層位穩(wěn)定，全區(qū)可采。K1煤層上距龍?zhí)督M二段灰?guī)r12.7～21.49m，平均16.28m；下距鋁質(zhì)泥巖0.7～14.84m，平均4.47m；距茅口組灰?guī)r3.24～16.49m，平均6.76m。純煤厚度0.70～2.85m，平均1.0m，屬薄煤層。由東向西，由北向南有逐漸增厚趨勢(shì)。煤層傾角變化較大，+600m標(biāo)高以上5°～20°，+600～+500m標(biāo)高為15°～30°。

井田內(nèi)水文地質(zhì)條件均屬巖溶裂隙充水礦床，井田內(nèi)高山脊偏離背斜軸部，一般標(biāo)高+1000m左右，高山峰四方山，標(biāo)高為+1139.5m，該山脊為地表的分水嶺。兩側(cè)順向沖溝發(fā)育，利于地表水的排泄，逕流條件好，并且無什么水體存在。大氣降水后部分流入落水洞或漏斗中。根據(jù)礦井多年的開采實(shí)踐，煤層采空區(qū)引起的頂板巖層坍塌帶和塌陷裂隙帶的高度，不會(huì)影響到長興石灰?guī)r含水層的水，因此對(duì)礦坑水也無威脅。井田內(nèi)水地質(zhì)條件簡單，地下水動(dòng)水位埋藏較深，循環(huán)能力不強(qiáng)，對(duì)礦坑水影響甚弱。由于礦井煤層屬隱伏構(gòu)造，煤層地表無出露，故未受小窯開采影響。

廣安煤礦自建井以來有四次較嚴(yán)重的裂隙硫化氫、甲烷噴出，均發(fā)生在K1煤層底板茅口灰?guī)r掘進(jìn)工作面：*次是1991年11月在掘進(jìn)+590m下車場時(shí)遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風(fēng)側(cè)硫化氫濃度達(dá)到16ppm，甲烷濃度達(dá)到2.6%，放炮后引起瓦斯燃燒，事后對(duì)該巷道進(jìn)行了*性封閉；第二次是2006年8月+500m西南巷掘進(jìn)至440m時(shí)遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風(fēng)側(cè)硫化氫濃度達(dá)到28ppm，甲烷濃度達(dá)到7.0%；第三次是2009年6月+500m西北運(yùn)輸巷掘進(jìn)至350m時(shí)遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風(fēng)側(cè)硫化氫濃度達(dá)到21ppm，甲烷濃度達(dá)到8.0%；第四次是2010年3月7日在+500m西北運(yùn)輸巷掘進(jìn)至720m時(shí)，發(fā)生裂隙硫化氫、甲烷噴出，據(jù)檢測(cè)掘進(jìn)工作面硫化氫濃度為2500ppm，甲烷濃度為12%，事故造成3人死亡，給礦井帶來沉痛的教訓(xùn)。裂隙硫化氫、甲烷對(duì)巖巷掘進(jìn)工作面以及其他采掘工作面安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重威脅。為了消除裂隙硫化氫、甲烷對(duì)安全生產(chǎn)的威脅，廣安煤礦開展了對(duì)裂隙硫化氫、甲烷的防治工作。鑒于目前國內(nèi)已有比較成熟的甲烷防治技術(shù)，本文重點(diǎn)闡述裂隙硫化氫防治技術(shù)的應(yīng)用。 2 裂隙硫化氫成因及分布情況 硫化氫是在煤炭生成過程中有機(jī)物的腐爛所產(chǎn)生的一種氣體。礦井開采后，采空區(qū)有機(jī)物質(zhì)腐爛后也產(chǎn)生硫化氫。煤對(duì)硫化氫有很強(qiáng)的吸附能力。煤礦硫化氫異常的主要原因在于硫化氫的保存條件，華鎣山礦區(qū)喀斯特地形比較發(fā)育，有的溶洞和裂隙存在，這就為硫化氫的儲(chǔ)存創(chuàng)造了條件。廣安煤礦為華鎣山龍王洞背斜北端的末端，呈隱伏廂狀，和地表沒有通道，硫化氫呈高壓狀態(tài)封閉儲(chǔ)存于溶洞和裂隙中。高壓狀態(tài)下的硫化氫噴出危害很大，如不采取措施或措施不到位，就會(huì)造成人員傷亡事故（2010年的“3.7”硫化氫中毒事故就是一個(gè)沉痛的教訓(xùn)）。 廣安煤礦在揭露K1煤層進(jìn)入底板茅口組30m～150m的黑色泥質(zhì)灰?guī)r中掘進(jìn)+500m西北、西南運(yùn)輸大巷和+575m北、+590m南總回風(fēng)巷等巷道，釬探和鉆探時(shí)均遇到過裂隙構(gòu)造，噴出高壓硫化氫和甲烷氣體。 在W55采區(qū)煤巷掘進(jìn)中也出現(xiàn)過硫化氫，有硫化氫涌出的掘進(jìn)工作面放炮后硫化氫濃度在10～20ppm（硫化氫涌出量為1.5～3L/min）之間，正常情況下硫化氫的濃度在0～3ppm（硫化氫涌出量0～0.45L/min）之間，在保持正常通風(fēng)的情況下對(duì)安全生產(chǎn)的影響比較小。 在W5503和E5302采煤工作面局部區(qū)域出現(xiàn)過硫化氫涌出，有硫化氫涌出的區(qū)域放炮后濃度在10～30ppm，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。 綜上所述，廣安煤礦在K1煤層底板茅口灰?guī)r中距K1煤層層間距30～150m處巖溶發(fā)育，溶洞裂隙內(nèi)及其影響區(qū)域富含高壓力高濃度高含量的硫化氫；在K1煤層局部區(qū)域富含硫化氫氣體。 3 裂隙硫化氫綜合防治技術(shù) 3.1 硫化氫氣體的監(jiān)測(cè)監(jiān)控 ①在有硫化氫氣體涌出的采煤、掘進(jìn)工作面、采區(qū)回風(fēng)巷、一翼回風(fēng)大巷、+818總回風(fēng)斜井安裝硫化氫傳感器，安裝位置符合《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029—2007）標(biāo)準(zhǔn)中甲烷傳感器安裝位置要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化氫氣體的連續(xù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)硫化氫傳感器顯示*，監(jiān)控值班員必須立即向礦調(diào)度員報(bào)告。安監(jiān)員和掘進(jìn)工作面的瓦檢員配備便攜式硫化氫氣體檢測(cè)儀檢測(cè)硫化氫，濃度*，及時(shí)向礦調(diào)度室匯報(bào)。調(diào)度員接到硫化氫限報(bào)告后，要及時(shí)組織硫化氫限區(qū)域停工撤人。 ②硫化氫檢測(cè)地點(diǎn)和次數(shù)。前巖巷掘進(jìn)工作面每班分別在工作面（拱頂、腰線、底板）和裝巖機(jī)前后10m范圍內(nèi)中下部及回風(fēng)風(fēng)流進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)。各班進(jìn)班時(shí)、裝藥前和放炮后均必須檢測(cè)硫化氫濃度。其他掘進(jìn)工作面每班檢測(cè)一次。 ③在距掘進(jìn)工作面5m處的回風(fēng)側(cè)安裝一臺(tái)硫化氫傳感器，在鉆場鉆機(jī)處安裝一臺(tái)硫化氫傳感器，并對(duì)巷道內(nèi)所有電氣設(shè)備進(jìn)行硫化氫電閉鎖。硫化氫電閉鎖斷電濃度為≥6.6ppm，復(fù)電濃度為<6.6ppm。 3.2 巖巷掘工作面裂隙硫化氫防治技術(shù) 3.2.1 鉆探技術(shù) 在巖巷掘進(jìn)工作面必須通過長探鉆孔探明裂隙硫化氫賦存情況，堅(jiān)持“先探后掘”的原則。長探鉆孔施工布置如圖1。 ①每隔150m在巷道兩幫各施工一個(gè)鉆場，用液壓鉆機(jī)施工前探孔，每個(gè)鉆場內(nèi)施工2個(gè)探孔，探孔長度為160～200m，其中1個(gè)上向孔、1個(gè)下向孔，探孔終孔位置距巷幫10m～15m。②當(dāng)掘進(jìn)工作面距探孔終孔位置10m時(shí)，必須再次施工鉆場和前鉆孔探測(cè)裂隙硫化氫。硬巖探孔長度不足160m時(shí)，必須提前施工鉆場、探孔，探孔要始終保持至少有10m的前距離。③鉆孔方位角根據(jù)巷道方位角確定。鉆孔相對(duì)于巷道的傾角、偏角均為3.9°。2#和4#鉆孔開口位置距底板高1.0m，1#和3#鉆孔開口位置距底板高1.4m。1#和3#孔為上向孔，2#和4#孔為下向孔。鉆孔孔口距巷幫1.0m。④如前鉆孔遇有裂隙硫化氫時(shí)，現(xiàn)場作業(yè)人員必須立即停止作業(yè)、關(guān)閉封孔器截止閥、不得拔出鉆桿，撤出人員、向調(diào)度室匯報(bào)，由救護(hù)隊(duì)員負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行抽放施工。 3.2.2 釬探技術(shù) 掘進(jìn)巷道前，先施工前釬探孔，釬探孔數(shù)量3個(gè)（如果巖石層理不清、紊亂，可適當(dāng)增加釬探孔個(gè)數(shù)），分別位于磧頭的左、右兩幫和巷頂部，釬探孔外岔角30°（見圖2）。釬探孔長度4m，循環(huán)進(jìn)度不大于1.4m，每一循環(huán)必須施工釬探孔。如前鉆孔未遇裂隙硫化氫，則可正常掘進(jìn)，并在掘進(jìn)工作面前方始終留足2.0m的安全屏障，再進(jìn)行下一輪釬探。如前釬探孔遇有裂隙硫化氫時(shí)，現(xiàn)場作業(yè)人員必須立即停止作業(yè)、不得拔出鉆桿、并立即撤出人員，向調(diào)度室匯報(bào)，由救護(hù)隊(duì)員負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行處理。只有當(dāng)巷道風(fēng)流中硫化氫濃度降到6.6ppm以下時(shí)才準(zhǔn)恢復(fù)掘進(jìn)。 3.2.3 防鉆探噴孔技術(shù) 因鉆探區(qū)域可能含高壓力高濃度高含量的硫化氫氣體，所有前長探鉆孔施工均需安設(shè)防護(hù)裝置，包括封孔器、截止閥等。 ①開孔及固管。用Φ75mm鉆頭開孔至孔深4m，再用Φ115mm鉆頭擴(kuò)孔，插入Φ108mm無縫鋼管制作的套管，并在管與孔壁間進(jìn)行注漿密封和固定。②封孔器安裝及試壓。待固管砂漿凝固后，用Φ75mm鉆頭清水鉆進(jìn)至孔深5m，安裝封孔器及鉆桿逆止閥，通過注漿管加壓至5MPa試壓。合格后繼續(xù)鉆進(jìn)。③探鉆時(shí)如遇裂隙硫化氫涌出，必須立即關(guān)閉截止閥，撤出人員，由救護(hù)隊(duì)員安裝管路進(jìn)行抽放。④裂隙硫化氫抽放。出現(xiàn)裂隙硫化氫氣體后，當(dāng)采取加大供風(fēng)量、撒生石灰等措施處理后，仍然降不到安全濃度以下時(shí)，必須采取抽放措施進(jìn)行處理。抽放裂隙硫化氫必須編制專門的安全技術(shù)措施，由救護(hù)隊(duì)員負(fù)責(zé)實(shí)施。 3.3 煤巷掘進(jìn)工作面裂隙硫化氫防治技術(shù)

①加大工作面風(fēng)量。選用FBD5.6對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)替換原11kW局部通風(fēng)機(jī)，將工作面有效風(fēng)量由110m3/min提高到180m3/min，掘進(jìn)工作面硫化氫稀釋到安全濃度。②預(yù)抽硫化氫。預(yù)抽時(shí)間要盡量長，不得低于3個(gè)月。

3.4 采煤工作面硫化氫防治技術(shù)

①加強(qiáng)通風(fēng)。采煤工作面實(shí)行分區(qū)通風(fēng)，加大工作面風(fēng)量，將硫化氫濃度稀釋到安全濃度。

②預(yù)抽硫化氫。預(yù)抽時(shí)間不得低于3個(gè)月，順層抽放孔孔間距3m。

③加強(qiáng)勞動(dòng)組織。1）攉煤、支護(hù)、打眼放炮必須堅(jiān)持兩人一組作業(yè)，互相監(jiān)護(hù)安全，搞好自主保安和互助保安工作。2）在攉煤前及攉煤過程中，作業(yè)人員必須利用乳化液系統(tǒng)的液壓槍，對(duì)煤炭噴灑清水進(jìn)行濕潤，利用硫化氫溶于水的特性降低煤體中的硫化氫濃度。3）攉煤人員應(yīng)先在基本支柱的*排與第二排之間攉煤壁側(cè)煤炭，經(jīng)安檢員檢測(cè)硫化氫濃度在安全規(guī)定范圍內(nèi)，在煤壁側(cè)煤炭攉至平刮板機(jī)中部槽后，方能進(jìn)入煤壁側(cè)攉基本柱內(nèi)的煤炭。

④及時(shí)封堵采空區(qū)及報(bào)廢巷道。

3.5 個(gè)體防護(hù)

①進(jìn)入采掘工作面的所有員工必須隨身攜帶好壓縮氧自救器，并達(dá)到應(yīng)知應(yīng)會(huì)，知道原理會(huì)使用，發(fā)現(xiàn)硫化氫異常時(shí)，迅速佩戴好自救器，撤離工作面到進(jìn)風(fēng)巷道。為避免硫化氫對(duì)眼睛刺激造成傷害，應(yīng)佩戴護(hù)目鏡。②在工作面機(jī)、風(fēng)巷距安全出口30m處安裝壓風(fēng)自救裝置，壓風(fēng)自救裝置數(shù)量應(yīng)滿足該工作面多工作人數(shù)需要，壓風(fēng)管徑、風(fēng)壓、風(fēng)量符合國家相關(guān)要求。當(dāng)工作面硫化氫濃度過規(guī)程要求時(shí)，撤到進(jìn)風(fēng)巷的人員利用壓風(fēng)自救裝置自救。③設(shè)置避災(zāi)硐室，避災(zāi)硐室符合國家相關(guān)要求。避災(zāi)硐室作為發(fā)爆器起爆位置，放炮時(shí)作業(yè)人員進(jìn)入避災(zāi)硐室躲避。

4 結(jié)語

本文從分析研究廣安煤礦裂隙硫化氫噴出特點(diǎn)和裂隙硫化氫的地質(zhì)分布特征入手，結(jié)合本礦井的實(shí)際情況，提出裂隙硫化氫綜合治理的技術(shù)方案并在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，初步控制了底板巖巷掘進(jìn)工作面揭穿巖溶噴出硫化氫、采煤工作面異常涌出硫化氫災(zāi)害和硫化氫中毒事故的發(fā)生，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，取得了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。