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摘要：张家峁煤矿23102胶运顺槽掘进到945m时，巷道右帮出现涌水并有H2S逸出，通过对3-1煤地质构造、水文类型、裂隙水流出特点等的分析，探讨3-1煤H2S生成的原因及其分布，并结合本矿井的实际情况，提出23102胶运顺槽硫化氢治理的技术方案并在现场实际应用，初步控制了23102胶运顺槽掘进工作面右帮硫化氢的溢出，达到预期目标，为矿井安全生产创造了条件，取得了较好的安全经济效益和社会效益。
关键词：胶运顺槽；巷道 裂隙；硫化氢；治理
1.引言
在煤矿生产过程中，煤层硫化氢（H2S）气体异常富集引起的异常涌出和灾害事故对人的健康、生命造成危害。硫化氢（H2S）是一种剧毒气体，无色，有臭鸡蛋气味，相对密度为1.17，比空气重。H2S易燃，燃烧时火焰为蓝色，并产生另一种有毒气体S02。与空气及氧气混合后遇火星易发生爆炸，其爆炸极限为4.0%-46.0%， H2S极易溶于水，溶于水或在潮湿的环境下呈酸性，对有机质和金属化合物具有很高的活性和腐蚀性。人的嗅觉能够感知硫化氢气味的浓度下限为0.2-0.3ppm（ lppm=10-6）。当硫化氢浓度为20-30ppm时就出现强烈臭鸡蛋气味；当浓度为100-150ppm时，会使人嗅觉麻痹；当浓度在10000ppm时，在数秒内会致人死亡。《煤矿安全规程》第一百三十五条规定，井下H2S气体体积分数不得超过6.6ppm。近年来，随着开采范围的扩大和开采深度的增加，一些煤矿中硫化氢问题越发突出。因此，煤矿硫化氢的防治对保障安全生产和工人身体健康具有重要的意义。
2.煤矿基本情况
陕煤神木张家峁矿业有限公司2006年12月1日开工，2009年6月进行联合试运转，现生产能力为1200kt/a。矿井采用平硐开拓，主、副平硐见煤后沿地方煤矿开采区边界东西向布置各煤组开拓大巷，并利用分煤组大巷直接布置回采工作面。矿井井田划分为2个盘区，主要可采煤层为7层，目前正在回采2-2、3-1、4-2、5-2号煤层。1号回风斜井井筒落底于5-2号煤层，并与4-2煤回风大巷连通；2号回风斜井井筒落底于4-2煤层，并与3-1、2-2煤层回风大巷连通，矿井采用分区式分煤层的通风方式。
3-1煤层位于延安组第三段顶部，井田内埋藏深度0.00m～107.87m，底板标高1123～1173m，煤層厚度2.34～3.10m，平均厚度2.82m。北部较薄，中部较厚，南部近似平均值。煤层结构简单，煤层厚度变化幅度较小，一般不含夹矸。根据各期次的地质报告证实，3-1煤层内未发现有断层、岩浆岩及大的褶皱构造，煤岩层倾角1～3度，煤层走向南北，向西倾斜。煤层沿走向方向有小型起伏，对施工影响不大。
3-1煤层23102工作面主要的含水层为第四系全新统风积层孔隙潜水含水层、第四系中更新统离石组黄土弱含水层、2-2煤烧变岩含水层、3-1煤烧变岩含水层、风化岩孔隙裂隙承压水含水层、3-1煤上覆正常基岩孔隙裂隙承压水含水层，相对隔水层为新近系保德组红土。由于掘进对上覆基岩破坏较小，不会造成塌陷，因此第四系全新统风积层孔隙潜水含水层、第四系中更新统离石组黄土弱含水层、2-2煤烧变岩含水层内的积水对工作面施工影响都很小，只有与3-1煤层相近的风化岩孔隙裂隙承压水含水层及南部3-1煤火烧边界含水层对工作面有影响。3-1煤烧变岩含水层富水性强，且火烧区边界控制精度不高，火烧区积水具有分布不规则的特点，因此施工时应提前实施超前探放水工程，以保证安全生产。根据已施工的3-1煤巷道及13101、13102工作面顶板疏放水情况分析，3-1煤层顶板普遍存在风化现象，且风化基岩层富水较丰富，因此，风化基岩层积水是本工作面主要的水患之一。预计巷道施工时正常涌水量为15 m3/h，最大涌水量为50 m3/h。
3-1煤层23102胶运顺槽设计工程量2991.9m，掘进断面为18.6m，2017年7月11日23102胶运顺槽掘至945米处施工右帮帮锚时钻孔出水，水中有臭鸡蛋气味，经检测，钻孔内硫化氢浓度为0.52ppm，巷道回风流中硫化氢浓度为0.02ppm，截至2017年7月18日23102胶运顺槽掘至1019米，工作面右帮960米处钻孔孔内硫化氢浓度为0.51ppm，970米处钻孔孔内硫化氢浓度为0.61ppm，980米处钻孔孔内硫化氢浓度为0.81ppm，经技术部门对23102胶运顺槽掘进工作面现场情况进行分析，硫化氢主要来自裂隙发育煤层和第四系全新统风积层。目前巷道内硫化氢气体对现场施工人员健康及安全生产造成一定影响。为了消除裂隙硫化氢对安全生产的影响，张家峁矿业有限公司开展了对裂隙硫化氢防治工作。本文重点阐述裂隙硫化氢防治技术的应用。
2硫化氢成因类型分析
煤层中H2S的成因包括有生物化学成因、热化学成因和岩浆侵入原因三大类。生物降解作用形成的原生H2S气体，主要发生于泥炭揭煤阶段，生成的H2S少，随着地层抬升容易逸散，较难聚集。煤系中热化学分解、硫酸盐热化学还原成因形成的H2S气体，在煤系抬升过程中或地下水作用下热力作用下新形成的H2S气体赋存在煤层中，易造成H2S气体异常。岩浆成因是由于地球内部硫元素的丰度远高于地壳，岩浆活动使得地壳深部的岩石熔融侵入煤系地层后生成H2S，储集于侵入体两侧的煤岩中而形成H2S气体异常。
3-1煤层火烧区为一独立封闭环境，煤层裂隙接收降雨和地下水的补给时，淋滤溶解岩层中附着的硫化物成分，这些硫和煤层中硫酸盐与富含氧的地下水发生化学反应而生成酸性水。煤层中裂隙水长期滞流，形成封闭厌氧还原环境，在微生物硫酸盐还原作用下，将电子转移给被吸收到细胞膜内的硫酸盐，硫酸盐接受电子被还原为H2S排出。同时热化学成因也是3-1煤H2S产生异常的又一因素，该煤层有机硫含量为0.31%，在较高温度条件下，硫酸盐与有机物或烃类发生作用，将硫酸盐矿物还原生成H2S和CO2。一般认为，较高的温度、充足的烃类有机质和发育的硫酸盐是形成含H2S气体所必需的3个基本条件。 矿井4-2、5-2、2-2采掘过程中尚未发现有H2S气体溢出，也未发现岩浆侵入体，但临近的13102、13103工作面采空区疏水中有强烈的臭雞蛋味，经检测为H2S气体，故23102胶运顺槽H2S气体形成主要为生物化学成因、热化学成因。
3硫化氢气体的综合治理
3.1硫化氢气体的检测
矿井安排专职瓦检员，配备便携式H2S检测仪、CO检测仪、光学瓦斯仪，对23102掘进工作面班中施工锚杆钻孔时检测孔内硫化氢气体及巷道回风流中硫化氢气体（每班至少一次），当整个巷道回风流中硫化氢气体浓度达到0.00066%时，立即将现场人员撤至3-1煤辅运大巷新鲜风流中，并汇报调度室。同时安排专人对相邻采面采空区排水地点进行H2S气体检测。
3.2增加风量稀释空气中的硫化氢气体浓度
加强通风管理，保证工作面风量充足，用通风稀释的方法将硫化氢气体浓度冲淡稀释到安全浓度以下（0.00066%），采取措施，将工作面现使用的2*30KW局部通风机更换为2*55KW局部通风机，增大了工作面风量。
3.3喷浆堵水，降低煤壁裂隙水渗流
对巷道右帮出水区段进行挂网喷浆，对其进行封闭，控制硫化氢气体逸出，要求喷浆厚度不低于100mm，强度不低于C20。
3.4化学反应，降低水中H2S浓度
硫化氢毒性极大，但硫化氢比空气重（相对密度为1.17），且极易溶于水，故在23102掘进过程中，应备足量的生石灰，每班对960m至工作面积水处抛洒一遍，覆盖整个工作现场，并使其溶解水中与硫化氢气体发生化学反应，从而降低空气中H2S浓度。其反应式为：
Cao+H2O=Ca（OH）2 Ca（OH）2+H2S=CaS+2H2 O
3.5平行作业，加强工作面积水抽排
硫化氢的化学活动性极大，电化学失重腐蚀、“氢脆”和硫化物应力腐蚀、破裂等对金属管线的腐蚀作用强烈，掘进与底板施工平行作业，并根据巷道出水点施工水窝，安设水泵，及时对巷道积水进行抽排。
3.6加强水样分析和地测预报，避免避免硫化氢突然溢出。
地测技术部对周边水文地质资料提供有水或裂隙发育等地段时，应提前打设超前钻孔，进行疏水，巷道出水伴随一定量的硫化氢气体溢出，因此对有出水可能的地段进行超前钻探，避免硫化氢突然溢出。定期采取水样进行分析查清煤层硫化氢气体的来源情况，对出现的异常情况，采取有效的措施进行处理。
3.7个体防护
进入采掘工作面的所有员工必须随身携带好压缩氧自救器，并达到应知应会，知道原理会使用，发现硫化氢异常时，迅速佩戴好自救器，撤离工作面到进风巷道。为避免硫化氢对眼睛刺激造成伤害，应佩戴护目镜。在工作面机、风巷距安全出口30m处安装压风自救装置，压风自救装置数量应满足该工作面最多工作人数需要，压风管径、风压、风量符合国家相关要求。当工作面硫化氢浓度超过规程要求时，撤到进风巷的人员利用压风自救装置自救。
4结语
本文从分析研究张家峁煤矿23102胶运顺槽裂隙硫化氢伴随水流出的特点和裂隙硫化氢产生的原因和其分布的特征入手，结合本矿井的实际情况，提出23102胶运顺槽硫化氢治理的技术方案并在现场实际应用，初步控制了23102胶运顺槽掘进工作面右帮硫化氢的溢出，达到预期目标，为矿井安全生产创造了条件，取得了较好的安全经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]任海香，贺卫中，张廷会，柠条塔煤矿中央运输大巷煤层涌水与H2S逸出成因分析[J].河南理工大学学报（自然科学版），2016，35（2）：206-211.
[2]苗永春，付玉凯.煤矿硫化氢赋存机理及综合治理方法研究[J].煤炭技术，2015，34（3）：227-230.
[3]李洪，唐锋，李光荣，等.掘进突水并伴随高浓度H2S及CH4气体涌出灾害治理[J].煤.2015，118（4）：15-18.
[5]王坤，乌东煤矿北区硫化氢防治技术研究[J].中州煤炭.2015，11：49-54.
[6]犹元成，刘益文，刘生龙，等.煤矿裂隙硫化氢综合防治技术应用[J].价值工程.2016，09：246-248
[7]王慎义，浦勇.泰坟石膏矿防治硫化氢气体及地下水的技术研究[J].非金属矿.2008，13（5）：41-55.
[8]张太广.煤矿硫化氢赋存机理及治理研究[D].太原理工大学硕士论文，2007.
关键词：胶运顺槽；巷道 裂隙；硫化氢；治理
1.引言
在煤矿生产过程中，煤层硫化氢（H2S）气体异常富集引起的异常涌出和灾害事故对人的健康、生命造成危害。硫化氢（H2S）是一种剧毒气体，无色，有臭鸡蛋气味，相对密度为1.17，比空气重。H2S易燃，燃烧时火焰为蓝色，并产生另一种有毒气体S02。与空气及氧气混合后遇火星易发生爆炸，其爆炸极限为4.0%-46.0%， H2S极易溶于水，溶于水或在潮湿的环境下呈酸性，对有机质和金属化合物具有很高的活性和腐蚀性。人的嗅觉能够感知硫化氢气味的浓度下限为0.2-0.3ppm（ lppm=10-6）。当硫化氢浓度为20-30ppm时就出现强烈臭鸡蛋气味；当浓度为100-150ppm时，会使人嗅觉麻痹；当浓度在10000ppm时，在数秒内会致人死亡。《煤矿安全规程》第一百三十五条规定，井下H2S气体体积分数不得超过6.6ppm。近年来，随着开采范围的扩大和开采深度的增加，一些煤矿中硫化氢问题越发突出。因此，煤矿硫化氢的防治对保障安全生产和工人身体健康具有重要的意义。
2.煤矿基本情况
陕煤神木张家峁矿业有限公司2006年12月1日开工，2009年6月进行联合试运转，现生产能力为1200kt/a。矿井采用平硐开拓，主、副平硐见煤后沿地方煤矿开采区边界东西向布置各煤组开拓大巷，并利用分煤组大巷直接布置回采工作面。矿井井田划分为2个盘区，主要可采煤层为7层，目前正在回采2-2、3-1、4-2、5-2号煤层。1号回风斜井井筒落底于5-2号煤层，并与4-2煤回风大巷连通；2号回风斜井井筒落底于4-2煤层，并与3-1、2-2煤层回风大巷连通，矿井采用分区式分煤层的通风方式。
3-1煤层位于延安组第三段顶部，井田内埋藏深度0.00m～107.87m，底板标高1123～1173m，煤層厚度2.34～3.10m，平均厚度2.82m。北部较薄，中部较厚，南部近似平均值。煤层结构简单，煤层厚度变化幅度较小，一般不含夹矸。根据各期次的地质报告证实，3-1煤层内未发现有断层、岩浆岩及大的褶皱构造，煤岩层倾角1～3度，煤层走向南北，向西倾斜。煤层沿走向方向有小型起伏，对施工影响不大。
3-1煤层23102工作面主要的含水层为第四系全新统风积层孔隙潜水含水层、第四系中更新统离石组黄土弱含水层、2-2煤烧变岩含水层、3-1煤烧变岩含水层、风化岩孔隙裂隙承压水含水层、3-1煤上覆正常基岩孔隙裂隙承压水含水层，相对隔水层为新近系保德组红土。由于掘进对上覆基岩破坏较小，不会造成塌陷，因此第四系全新统风积层孔隙潜水含水层、第四系中更新统离石组黄土弱含水层、2-2煤烧变岩含水层内的积水对工作面施工影响都很小，只有与3-1煤层相近的风化岩孔隙裂隙承压水含水层及南部3-1煤火烧边界含水层对工作面有影响。3-1煤烧变岩含水层富水性强，且火烧区边界控制精度不高，火烧区积水具有分布不规则的特点，因此施工时应提前实施超前探放水工程，以保证安全生产。根据已施工的3-1煤巷道及13101、13102工作面顶板疏放水情况分析，3-1煤层顶板普遍存在风化现象，且风化基岩层富水较丰富，因此，风化基岩层积水是本工作面主要的水患之一。预计巷道施工时正常涌水量为15 m3/h，最大涌水量为50 m3/h。
3-1煤层23102胶运顺槽设计工程量2991.9m，掘进断面为18.6m，2017年7月11日23102胶运顺槽掘至945米处施工右帮帮锚时钻孔出水，水中有臭鸡蛋气味，经检测，钻孔内硫化氢浓度为0.52ppm，巷道回风流中硫化氢浓度为0.02ppm，截至2017年7月18日23102胶运顺槽掘至1019米，工作面右帮960米处钻孔孔内硫化氢浓度为0.51ppm，970米处钻孔孔内硫化氢浓度为0.61ppm，980米处钻孔孔内硫化氢浓度为0.81ppm，经技术部门对23102胶运顺槽掘进工作面现场情况进行分析，硫化氢主要来自裂隙发育煤层和第四系全新统风积层。目前巷道内硫化氢气体对现场施工人员健康及安全生产造成一定影响。为了消除裂隙硫化氢对安全生产的影响，张家峁矿业有限公司开展了对裂隙硫化氢防治工作。本文重点阐述裂隙硫化氢防治技术的应用。
2硫化氢成因类型分析
煤层中H2S的成因包括有生物化学成因、热化学成因和岩浆侵入原因三大类。生物降解作用形成的原生H2S气体，主要发生于泥炭揭煤阶段，生成的H2S少，随着地层抬升容易逸散，较难聚集。煤系中热化学分解、硫酸盐热化学还原成因形成的H2S气体，在煤系抬升过程中或地下水作用下热力作用下新形成的H2S气体赋存在煤层中，易造成H2S气体异常。岩浆成因是由于地球内部硫元素的丰度远高于地壳，岩浆活动使得地壳深部的岩石熔融侵入煤系地层后生成H2S，储集于侵入体两侧的煤岩中而形成H2S气体异常。
3-1煤层火烧区为一独立封闭环境，煤层裂隙接收降雨和地下水的补给时，淋滤溶解岩层中附着的硫化物成分，这些硫和煤层中硫酸盐与富含氧的地下水发生化学反应而生成酸性水。煤层中裂隙水长期滞流，形成封闭厌氧还原环境，在微生物硫酸盐还原作用下，将电子转移给被吸收到细胞膜内的硫酸盐，硫酸盐接受电子被还原为H2S排出。同时热化学成因也是3-1煤H2S产生异常的又一因素，该煤层有机硫含量为0.31%，在较高温度条件下，硫酸盐与有机物或烃类发生作用，将硫酸盐矿物还原生成H2S和CO2。一般认为，较高的温度、充足的烃类有机质和发育的硫酸盐是形成含H2S气体所必需的3个基本条件。 矿井4-2、5-2、2-2采掘过程中尚未发现有H2S气体溢出，也未发现岩浆侵入体，但临近的13102、13103工作面采空区疏水中有强烈的臭雞蛋味，经检测为H2S气体，故23102胶运顺槽H2S气体形成主要为生物化学成因、热化学成因。
3硫化氢气体的综合治理
3.1硫化氢气体的检测
矿井安排专职瓦检员，配备便携式H2S检测仪、CO检测仪、光学瓦斯仪，对23102掘进工作面班中施工锚杆钻孔时检测孔内硫化氢气体及巷道回风流中硫化氢气体（每班至少一次），当整个巷道回风流中硫化氢气体浓度达到0.00066%时，立即将现场人员撤至3-1煤辅运大巷新鲜风流中，并汇报调度室。同时安排专人对相邻采面采空区排水地点进行H2S气体检测。
3.2增加风量稀释空气中的硫化氢气体浓度
加强通风管理，保证工作面风量充足，用通风稀释的方法将硫化氢气体浓度冲淡稀释到安全浓度以下（0.00066%），采取措施，将工作面现使用的2*30KW局部通风机更换为2*55KW局部通风机，增大了工作面风量。
3.3喷浆堵水，降低煤壁裂隙水渗流
对巷道右帮出水区段进行挂网喷浆，对其进行封闭，控制硫化氢气体逸出，要求喷浆厚度不低于100mm，强度不低于C20。
3.4化学反应，降低水中H2S浓度
硫化氢毒性极大，但硫化氢比空气重（相对密度为1.17），且极易溶于水，故在23102掘进过程中，应备足量的生石灰，每班对960m至工作面积水处抛洒一遍，覆盖整个工作现场，并使其溶解水中与硫化氢气体发生化学反应，从而降低空气中H2S浓度。其反应式为：
Cao+H2O=Ca（OH）2 Ca（OH）2+H2S=CaS+2H2 O
3.5平行作业，加强工作面积水抽排
硫化氢的化学活动性极大，电化学失重腐蚀、“氢脆”和硫化物应力腐蚀、破裂等对金属管线的腐蚀作用强烈，掘进与底板施工平行作业，并根据巷道出水点施工水窝，安设水泵，及时对巷道积水进行抽排。
3.6加强水样分析和地测预报，避免避免硫化氢突然溢出。
地测技术部对周边水文地质资料提供有水或裂隙发育等地段时，应提前打设超前钻孔，进行疏水，巷道出水伴随一定量的硫化氢气体溢出，因此对有出水可能的地段进行超前钻探，避免硫化氢突然溢出。定期采取水样进行分析查清煤层硫化氢气体的来源情况，对出现的异常情况，采取有效的措施进行处理。
3.7个体防护
进入采掘工作面的所有员工必须随身携带好压缩氧自救器，并达到应知应会，知道原理会使用，发现硫化氢异常时，迅速佩戴好自救器，撤离工作面到进风巷道。为避免硫化氢对眼睛刺激造成伤害，应佩戴护目镜。在工作面机、风巷距安全出口30m处安装压风自救装置，压风自救装置数量应满足该工作面最多工作人数需要，压风管径、风压、风量符合国家相关要求。当工作面硫化氢浓度超过规程要求时，撤到进风巷的人员利用压风自救装置自救。
4结语
本文从分析研究张家峁煤矿23102胶运顺槽裂隙硫化氢伴随水流出的特点和裂隙硫化氢产生的原因和其分布的特征入手，结合本矿井的实际情况，提出23102胶运顺槽硫化氢治理的技术方案并在现场实际应用，初步控制了23102胶运顺槽掘进工作面右帮硫化氢的溢出，达到预期目标，为矿井安全生产创造了条件，取得了较好的安全经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]任海香，贺卫中，张廷会，柠条塔煤矿中央运输大巷煤层涌水与H2S逸出成因分析[J].河南理工大学学报（自然科学版），2016，35（2）：206-211.
[2]苗永春，付玉凯.煤矿硫化氢赋存机理及综合治理方法研究[J].煤炭技术，2015，34（3）：227-230.
[3]李洪，唐锋，李光荣，等.掘进突水并伴随高浓度H2S及CH4气体涌出灾害治理[J].煤.2015，118（4）：15-18.
[5]王坤，乌东煤矿北区硫化氢防治技术研究[J].中州煤炭.2015，11：49-54.
[6]犹元成，刘益文，刘生龙，等.煤矿裂隙硫化氢综合防治技术应用[J].价值工程.2016，09：246-248
[7]王慎义，浦勇.泰坟石膏矿防治硫化氢气体及地下水的技术研究[J].非金属矿.2008，13（5）：41-55.
[8]张太广.煤矿硫化氢赋存机理及治理研究[D].太原理工大学硕士论文，2007.