0 引言

在煤礦生產(chǎn)過程中有毒有害氣體對人的健康、生命造成危害。我國政府不但成立了專門的政府機構(gòu)，而且還相繼出臺并實施的《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，相對密度為1.17，比空氣重。H2S易燃，燃燒時火焰為藍色，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，對有機質(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）。當硫化氫濃度為20～30ppm時就出現(xiàn)強烈臭雞蛋氣味；當濃度為100～150ppm時，會使人嗅覺麻痹；當濃度在10000ppm時，在數(shù)秒內(nèi)會致人死亡[2]。《煤礦安全規(guī)程》*百條規(guī)定，井下H2S氣體體積分數(shù)不得過6.6ppm。近年來，隨著開采范圍的擴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，主平硐口標高+497m，主要進風大巷和主要回風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號和19-2號鉆孔井深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。煤層傾角變化較大，+600m標高以上5°～20°，+600～+500m標高為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，一般標高+1000m左右，高山峰四方山，標高為+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，不會影響到長興石灰?guī)r含水層的水，因此對礦坑水也無威脅。井田內(nèi)水地質(zhì)條件簡單，地下水動水位埋藏較深，循環(huán)能力不強，對礦坑水影響甚弱。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掘進工作面：*次是1991年11月在掘進+590m下車場時遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風側(cè)硫化氫濃度達到16ppm，甲烷濃度達到2.6%，放炮后引起瓦斯燃燒，事后對該巷道進行了*性封閉；第二次是2006年8月+500m西南巷掘進至440m時遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風側(cè)硫化氫濃度達到28ppm，甲烷濃度達到7.0%；第三次是2009年6月+500m西北運輸巷掘進至350m時遇裂隙硫化氫、甲烷噴出，巷道回風側(cè)硫化氫濃度達到21ppm，甲烷濃度達到8.0%；第四次是2010年3月7日在+500m西北運輸巷掘進至720m時，發(fā)生裂隙硫化氫、甲烷噴出，據(jù)檢測掘進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。裂隙硫化氫、甲烷對巖巷掘進工作面以及其他采掘工作面安全生產(chǎn)造成了嚴重威脅。為了消除裂隙硫化氫、甲烷對安全生產(chǎn)的威脅，廣安煤礦開展了對裂隙硫化氫、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)，本文重點闡述裂隙硫化氫防治技術(shù)的應用。 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物的腐爛所產(chǎn)生的一種氣體。礦井開采后，采空區(qū)有機物質(zhì)腐爛后也產(chǎn)生硫化氫。煤對硫化氫有很強的吸附能力。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，就會造成人員傷亡事故（2010年的“3.7”硫化氫中毒事故就是一個沉痛的教訓）。 廣安煤礦在揭露K1煤層進入底板茅口組30m～150m的黑色泥質(zhì)灰?guī)r中掘進+500m西北、西南運輸大巷和+575m北、+590m南總回風巷等巷道，釬探和鉆探時均遇到過裂隙構(gòu)造，噴出高壓硫化氫和甲烷氣體。 在W55采區(qū)煤巷掘進中也出現(xiàn)過硫化氫，有硫化氫涌出的掘進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，在保持正常通風的情況下對安全生產(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)測監(jiān)控 ①在有硫化氫氣體涌出的采煤、掘進工作面、采區(qū)回風巷、一翼回風大巷、+818總回風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)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029—2007）標準中甲烷傳感器安裝位置要求，實現(xiàn)對硫化氫氣體的連續(xù)在線實時監(jiān)測。當硫化氫傳感器顯示*，監(jiān)控值班員必須立即向礦調(diào)度員報告。安監(jiān)員和掘進工作面的瓦檢員配備便攜式硫化氫氣體檢測儀檢測硫化氫，濃度*，及時向礦調(diào)度室匯報。調(diào)度員接到硫化氫限報告后，要及時組織硫化氫限區(qū)域停工撤人。 ②硫化氫檢測地點和次數(shù)。前巖巷掘進工作面每班分別在工作面（拱頂、腰線、底板）和裝巖機前后10m范圍內(nèi)中下部及回風風流進行詳細檢測。各班進班時、裝藥前和放炮后均必須檢測硫化氫濃度。其他掘進工作面每班檢測一次。 ③在距掘進工作面5m處的回風側(cè)安裝一臺硫化氫傳感器，在鉆場鉆機處安裝一臺硫化氫傳感器，并對巷道內(nèi)所有電氣設備進行硫化氫電閉鎖。硫化氫電閉鎖斷電濃度為≥6.6ppm，復電濃度為<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) 在巖巷掘進工作面必須通過長探鉆孔探明裂隙硫化氫賦存情況，堅持“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鉆場，用液壓鉆機施工前探孔，每個鉆場內(nèi)施工2個探孔，探孔長度為160～200m，其中1個上向孔、1個下向孔，探孔終孔位置距巷幫10m～15m。②當掘進工作面距探孔終孔位置10m時，必須再次施工鉆場和前鉆孔探測裂隙硫化氫。硬巖探孔長度不足160m時，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，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，由救護隊員負責對其進行抽放施工。 3.2.2 釬探技術(shù) 掘進巷道前，先施工前釬探孔，釬探孔數(shù)量3個（如果巖石層理不清、紊亂，可適當增加釬探孔個數(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，并在掘進工作面前方始終留足2.0m的安全屏障，再進行下一輪釬探。如前釬探孔遇有裂隙硫化氫時，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，由救護隊員負責對其進行處理。只有當巷道風流中硫化氫濃度降到6.6ppm以下時才準恢復掘進。 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防護裝置，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鉆頭擴孔，插入Φ108mm無縫鋼管制作的套管，并在管與孔壁間進行注漿密封和固定。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。③探鉆時如遇裂隙硫化氫涌出，必須立即關(guān)閉截止閥，撤出人員，由救護隊員安裝管路進行抽放。④裂隙硫化氫抽放。出現(xiàn)裂隙硫化氫氣體后，當采取加大供風量、撒生石灰等措施處理后，仍然降不到安全濃度以下時，必須采取抽放措施進行處理。抽放裂隙硫化氫必須編制專門的安全技術(shù)措施，由救護隊員負責實施。 3.3 煤巷掘進工作面裂隙硫化氫防治技術(shù)

①加大工作面風量。選用FBD5.6對旋式局部通風機替換原11kW局部通風機，將工作面有效風量由110m3/min提高到180m3/min，掘進工作面硫化氫稀釋到安全濃度。②預抽硫化氫。預抽時間要盡量長，不得低于3個月。

3.4 采煤工作面硫化氫防治技術(shù)

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

②預抽硫化氫。預抽時間不得低于3個月，順層抽放孔孔間距3m。

③加強勞動組織。1）攉煤、支護、打眼放炮必須堅持兩人一組作業(yè)，互相監(jiān)護安全，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，對煤炭噴灑清水進行濕潤，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)煤炭攉至平刮板機中部槽后，方能進入煤壁側(cè)攉基本柱內(nèi)的煤炭。

④及時封堵采空區(qū)及報廢巷道。

3.5 個體防護

①進入采掘工作面的所有員工必須隨身攜帶好壓縮氧自救器，并達到應知應會，知道原理會使用，發(fā)現(xiàn)硫化氫異常時，迅速佩戴好自救器，撤離工作面到進風巷道。為避免硫化氫對眼睛刺激造成傷害，應佩戴護目鏡。②在工作面機、風巷距安全出口30m處安裝壓風自救裝置，壓風自救裝置數(shù)量應滿足該工作面多工作人數(shù)需要，壓風管徑、風壓、風量符合國家相關(guān)要求。當工作面硫化氫濃度過規(guī)程要求時，撤到進風巷的人員利用壓風自救裝置自救。③設置避災硐室，避災硐室符合國家相關(guān)要求。避災硐室作為發(fā)爆器起爆位置，放炮時作業(yè)人員進入避災硐室躲避。

4 結(jié)語

本文從分析研究廣安煤礦裂隙硫化氫噴出特點和裂隙硫化氫的地質(zhì)分布特征入手，結(jié)合本礦井的實際情況，提出裂隙硫化氫綜合治理的技術(shù)方案并在現(xiàn)場實際應用，初步控制了底板巖巷掘進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害和硫化氫中毒事故的發(fā)生，達到預期目標，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，取得了較好的安全經(jīng)濟效益和社會效益。