斜沟煤矿23109工作面硫化氢综合治理技术研究

为了有效治理山西焦煤西山煤电斜沟煤矿23109工作面硫化氢超限报警的难题,借助人工测定、现场传感器监测,分析23109工作面硫化氢的运移规律,同时提出工作面3个阶段的硫化氢治理措施,现场实践结果表明:实施3个阶段的硫化氢治理措施后,硫化氢体积分数得以有效降低,取得了良好的治理效果,有效保障了矿井生产安全以及职工的身心健康。

多排式集束钻孔区域拦截硫化氢效果分析及评价

针对回采工作面割煤时硫化氢大量涌出问题,采取工作面迎头设计并施工多排式集束钻孔并注碱液进行拦截,相邻区域之间设置适当的超前距,多排式拦截钻孔形成3排硫化氢拦截区域,碱液和煤体中吸附的硫化氢气体反应后,能起到提前拦截硫化氢的作用,使得煤体中的硫化氢在割煤前提前被碱液吸收,从而减小割煤期间硫化氢的涌出。实践表明施工多排式集束钻孔起到了拦截硫化氢的作用,回风巷巷口硫化氢平均浓度降低比例为61.32%。

煤矿硫化氢分布规律及综合防治技术

为了有效治理综放工作面硫化氢的危害,通过实验室分析及现场检测对煤矿中硫化氢含量及分布规律进行研究,提出了割煤前深浅孔预注碱液、割煤过程中工作面喷洒碱液、割煤后风帘引排和水幕吸收联合治理硫化氢技术。结果表明:硫化氢受向斜构造控制,使得向斜轴部硫化氢聚集,通过综合防治治理技术,使得控制硫化氢的效果大大提高。

煤层注碱治理硫化氢数值模拟与应用

煤层注碱可有效降低矿井硫化氢涌出,为分析碱液在煤层中与硫化氢的反应规律,应用COMSOL Multiphysics软件化学反应模块,对铁新矿煤层注碱(NaHCO3)治理硫化氢进行了数值试验研究.假定碱液在煤裂隙中的流动满足N-S方程,在煤基质微孔中流动满足Brinkman方程,反应物质变化满足对流扩散方程,根据煤层硫化氢赋存特征和注碱参数,研究碱液在煤层中的流动规律以及煤层硫化氢治理效果.结果表明:碱液浸润的煤层区域,硫化氢含量得到有效降低,注碱影响范围随注碱时间逐渐增大.连续注碱18h,距孔7~9 m,硫化氢体积分数降低51.3%以上,7m以内煤层硫化氢几乎完全中和.参考模拟结果,拟采用煤层注碱孔距为8~10m.在W910工作面进行了孔距为8m的煤层注碱试验,注碱后回风流硫化氢体积分数最高为5.6×10^(-6),回采中未超限,表明模拟结果可指导煤层注碱工作.

富硫化氢隧道注碱固硫机理与数值模拟

隧道工程穿越区域性含油气地层或煤系地层经常会遇到硫化氢和瓦斯等有毒有害气体。在隧道掌子面前方围岩体内部预注碱液是从根本上去除硫化氢的方法,利用碱液与硫化氢在围岩内部发生化学反应,从而达到固硫的目的。通过分析隧道围岩气-液两相流渗流机理和渗流场-化学场耦合机理,基于Van-Genuchten模型建立考虑硫沉积条件下的围岩气-液两相流渗流场-化学场耦合运移方程,给出解耦方法和计算流程,引入碱液有效饱和度的定义并推导有效饱和度方程。通过对比分析考虑耦合与不考虑耦合条件下、不同注碱压力条件下和不同钻孔布置条件下碱液饱和度、压力和流速分布,研究了围岩注碱固硫和瓦斯抽采的运移规律。研究结果表明,在围岩渗透率较低,硫化氢浓度较高的条件下,隧道掌子面内碱液饱和度在考虑耦合作用时明显低于不考虑耦合作用,应考虑硫沉积堵塞围岩孔隙而造成孔渗结构损伤的影响。注碱压力较小时,碱液饱和度分布局限于隧道掌子面范围内,随着注碱压力的增加,碱液饱和度向隧道围岩深部扩散,碱液压力在5~10 MPa时,碱液均匀向围岩四周扩散,有利于吸收硫化氢和驱替瓦斯,应根据围岩物理力学特性,采用中、低压注入碱液,提高固硫效率。加密钻孔间距可显著提高隧道掌子面内碱液压力和流速分布,验证了同等条件下,小间距钻孔布置具有较高的渗流能力和瓦斯驱替能力,实际工程中应根据围岩地质条件,通过数值模拟和现场试验,综合对比钻孔布置的经济性与注碱固硫的效率来确定钻孔间距和数量。研究成果可为富硫化氢和瓦斯隧道的灾害治理提供参考。