灌浆系统改静压注碳酸钠系统方案Word文档格式.docx

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从上式中可以看到，碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙（氧化钙）碳酸氢钠虽然都能吸收H2S，但碳酸氢钠吸收效率不如碳酸钠。

氢氧化钙虽也能吸收H2S，但其溶解度较低，仅为0.17g，且其溶解度随温度的增大明显降低。

而碳酸钠的溶解度为21.5g（两者均为20。

C时的溶解度，各使用1Kg水分别溶解1Kg碳酸钠、1Kg石灰，根据以上两种物质的性质，可知1Kg水可溶解1.7g石灰，1Kg水可溶解215g碳酸钠。

根据计算，可知在相同的水量的前提下，碳酸钠吸收硫化氢气体的能力远远大于生石灰吸收硫化氢的能力，吸收而且生石灰容易与空气中CO2气体反应，其吸收硫化氢气体的能力会进一步降低。

配制氢氧化钙溶液难度较大，需要大量的水，溶液会出现沉淀现象，与硫化氢中和后有大量残余物，氢氧化钙与二氧化碳反应生成Ca2CO3，造成管路、设备堵塞及环境污染。

Ca（OH）2溶于水时释放出大量的热量，且溶液对皮肤具有一定的腐蚀性，施工难度较大。

而碳酸钠没有上述的缺点，施工方便安全。

综上所述，选用碳酸钠为原料，中和稀释煤体中的H2S最佳。

碳酸钠化学式为Na2CO3，俗名纯碱、苏打；

普通情况下白色粉末，为强电解质；

易溶于水，具有盐的通性。

（2）实施方案

1）煤体预注碳酸钠水溶液

a.回采分层煤体超前静压预注碳酸钠水溶液（东三+518B1-2工作面）。

结合工作面顶煤超前预爆破工艺，超前预爆破钻孔施工超前工作面50米以上，实际填装乳胶基质炸药爆破超前工作面10-20米范围，为减少钻孔工程量，充分利用超前预爆破钻孔，使用可回收式封孔器封孔，通过地面静压注碳酸钠溶液系统往煤体中预注浓度碳酸钠水溶液湿润煤体中和煤体中的硫化氢气体。

超前预爆破钻孔参数见表1，钻孔布置方式、技术参数，见图1.

图1超前预爆破钻孔布置示意图

表1超前预爆破钻孔参数表

超前静压预注碳酸钠水溶液技术要求：

碳酸钠水溶液浓度2%；

钻孔封孔长度不少于1.5米，距孔口不少于1.5米；

注水钻孔超前工作面距离不小于30米；

钻孔注水量充足；

注水前后对钻孔内硫化氢气体进行检测和效果评价，为彻底根治煤层中的气体，首次注液结束后，安排专人对已注钻孔进行检测，当再次检测到硫化氢气体时，重新对钻孔补注。

主要设备配套：

静压注碳酸钠系统（自建）、封孔器（选取ZF-A38型封孔器）。

FKSY-20型煤层注水用水压式封孔器主要技术参数：

封孔直径30-120mm（可按用户需求加工），工作压力1-8MPa（可按用户需求加工），安全阀启动压力0.4-0.5Mpa，工作流量每小时，可注水4-4.5吨，封孔深度1-8m，软管膨胀系数60%-100%。

b.回采分层煤体超前高压预注碳酸钠水溶液（东三工作面）。

结合工作面顶煤超前注水弱化工艺，采用流量高压水泵超前高压预注碳酸钠水溶液，一是中和煤体内硫化氢气体，二

是弱化煤体强度，提高顶煤的冒放性，三是防尘。

2.超前注水工艺

（1）工程施工方案

在距离东一+541水平B1+2煤层工作面石门200m布置高位注水平台，在注水平台向煤层东、西方向施工注水钻孔，共施工12个，孔径113mm。

具体布置见图2、图3、图4。

（2）系统设计和管路的敷设

1）注液系统由注水泵（含压力泵、水箱、压力表、安全阀、溢流阀等）、高压钢丝胶管、双功能高压水表、高压橡胶自动封孔器组成。

抽气系统直接在注水钻孔的直管上安装负压表、流量表、截止阀门。

2）注液系统主要设备采用：

BZW50/40型高压低流量注水泵1台，额定流量3.42m3/h，57L/min，额定压力40MPa（可调节压力）。

（3）注水管路的布置与敷设

根据注水设备的能力，管路采用D50高压软管，管路由南巷至北巷连接。

（4）钻孔布置参数

1）注水孔布置参数

在距离东一+541水平B1+2煤层工作面石门200m布置高位注水平台，在注水平台向煤层东、西方向施工注水钻孔。

①注水孔间距：

由于水的渗透影响半径是10m，减除叠加区，所以注水孔的平均间距选择15m。

②注水孔长度

注水孔长度如表2所示。

表2注水孔布置表

钻孔编号

钻孔长度

钻孔与水平方向夹角

封孔长度

1（1’）

140m

2°

10m

2（2’）

114m

7°

3（3’）

36m

21°

4（4’）

5（5’）

6（6’）

（5）主要设备配套：

1）施工注水孔液压钻机

根据煤层的硬度，施工钻孔长度、钻孔角度和试验场地空间的大小等因素，选取ZDY-1900型全液压钻机。

ZDY-1900液压钻机主要技术参数：

钻孔深度：

350/100m，开孔直径：

115/87mm，终孔直径：

94/200mm，钻杆直径：

63.5mm、73mm，钻孔倾角：

0-+90，钻孔方位角：

360°

，钻速：

1480r/min

2）由于静压注水方式无法对硬煤岩层进行破坏，为破坏煤层机理必须采用高压注水方式进行。

因此选取BZW50/40型高压低流量注水泵。

主要技术参数：

驱动功率：

45KW

额定排出压力：

40MPa（可调节压力）

额定流量：

3.42m3/h，57L/min

3）封孔器

煤层注水效果的好坏，封孔是关键。

考虑到封孔器与钻孔相匹配，同时能够承受一定的压力，因此选取ZF-A38型封孔器。

内径：

38±

0.8mm

外径：

54±

2mm

适用外径：

65mm

膨胀范围：

71-83mm

自由状态压力：

4Mpa

注水压力：

12Mpa

（6）注水方式及技术参数

1）注水方式：

根据工作面煤层赋存条件，通过高压注液软化工艺方式，在超前工作面200米，实施高压预注碳酸钠水溶液（碳酸钠水溶液浓度2%；

），让煤体充分预裂和破碎，弱化煤层。

注液前后对钻孔内硫化氢气体进行检测和效果评价，为彻底根治煤层中的气体，首次注液结束后，安排专人对已注钻孔进行检测，当再次检测到硫化氢气体时，重新对钻孔补注。

2）注水压力：

注水压力控制在8～10MPa。

注水压力必须控制到使煤体出现一定程度的渗水。

3）注水渗透半径：

10米。

4）单孔注水时间：

8～10天。

5）单孔注水时间：

不少于注水时间2/3。

实际操作时应以煤体有水溢出和明显出水量增加为准。

6）单孔注水量：

根据实际注水情况来看，单孔注水量在为煤层含水增量小于0.5%计算。

7）煤岩活性水的比例根据现场煤层软化系数实际而定。

8）注水量：

单孔556m3，累计1172m3。

9）注水流量：

根据经验，动压注水时应为0.3～2.0m3／h。

10）注水超前工作面开采位置的距离：

100～150米

11）封孔长度：

大于10米。

图2煤层注水孔注水软化平面图

图3煤层注水孔沿煤层方向剖面图

图4煤层注水孔沿工作面方向剖面图

（7）回采分层下部煤体超前预注碳酸钠水溶液（试验）

结合急倾斜煤层分层开采巷道布置特点，利用回采分层巷道空间实施下分层煤体高压预注碳酸钠水溶液中和煤体中硫化氢气体。

钻孔布置见图5。

（a）剖面图

（b）平面图

图5下分层煤体预注碳酸钠技术方案示意图

第三个图为原图，选择前面两个图删掉第三个或选第三个图删掉前面两个

3.负压抽放

（1）抽放配套系统

碱沟煤矿移动瓦斯抽放泵站设置：

西一采区+541水平B3煤层与石门交叉点硐室内，泵房硐室规格为:

深×

宽×

高=20m×

5m×

3.7m；

东三+556~+564上山，泵站规格为长×

高=15m×

4.6m×

3.9m，硐室锚喷支护。

共配备四台真空度高、负压大、流量小、安全性好的水环式真空泵，型号ZWY110/16DG，单台额定抽采能力为110m3/min。

目前正在建设地面永久瓦斯泵房，竣工后将采用2BEC100和2BEC52型（各两台）瓦斯抽放泵对井下有毒有害气体进行抽放。

（2）抽放方法

1）工作面尾巷埋管抽放

预埋管路采用D108mm焊缝钢管和弹簧软管布置于东三＋541B1巷尾巷3～6m处，管头用木垛保护或悬管设置，尾巷必须及时封闭。

预埋D108mm焊缝钢管根据工作面推进度及时回撤。

预埋抽放管路采用双埋管法当第一条埋管达到3m以外时，预埋第二条管路，在第一条管路的3m以外处用三通和阀门与第二条管路相连，此时第二条管路处于关闭状况，当工作面推过第二条管路管口3m以外时，打开第二条管路的阀门并投入抽放。

东三+541B1综放工作面尾巷抽放系统示意图，见图6。

图6东三+541B1综放工作面尾巷抽放系统示意图

2）顺层高位钻孔抽放

采空区高位钻孔抽放工作面采空区的裂隙瓦斯，用于解决上隅角、支架上部和架间硫化氢气体超限问题。

在工作面回风巷北帮施工硐室，起孔高度两米沿煤层走向每隔100m向回采工作面采空区提前施工3个钻孔，孔径110mm，长度100m的高位走向钻孔抽放采空区裂隙带内的高浓度瓦斯。

3个钻孔终孔位于综放工作面煤层往上10～16m左右。

终孔间距2米，当采煤工作面煤壁推到距钻场20m时，下一个钻场内的走向抽放钻孔必须全部施工完毕并投入抽放。

沿走向方向上的其它钻场内的钻孔按上述施工顺序依次进行施工。

工作面高位孔抽放系统图见图7。

图7工作面高位孔抽放系统图

高位钻孔技术参数：

开孔高度大于2米，孔间距2～3米，终孔距离2米，终孔高度10～16m，孔径110mm。

3）穿层采前预抽

在工作面前方，在回风巷中据工作面由东向西每隔一定距离（3~3.5m）施工穿层钻孔，布置3个扇形钻孔，2个钻孔终点位置在超爆范围内，另个钻孔至对应上部巷道2米范围内。

预抽煤层瓦斯及硫化氢气体。

东三+541B1回风巷穿层示意图见图8。

图8东三+541B1回风巷穿层示意图

技术参数：

钻场间距：

3～3.5米，开孔距0.3～0.5米，孔深及角度：

1号孔仰角87度孔深20.3、二号孔孔仰角49度孔深25米、三号孔孔仰角25度孔深21米，终孔距离：

2.3号孔距B2巷10米在超爆范围内，3号孔距+564B1巷2米范围内。

（3）封孔工艺

1）封孔材料为马丽散封堵，材料膨胀比为1:

10，材料遇压强度达5Mpa，发泡膨胀时间为5分钟。

2）封孔长度7.5m（经查阅瓦斯抽放孔封孔相关资料，岩巷封孔距离不小于2-5m，煤巷封孔距离不小于4-10m，根据西一+541B3巷北帮至B4煤层实际情况确定封孔长度为7.5m）。

3）对施工完的瓦斯抽放孔内下入3根长度为2.5m的Φ50mm钢管（总长度为7.5m），管子连接用D50直接，管子两端扯丝扣。

管子末端7m位置缠绕大布用细铁丝扎紧，防止马丽散内溢，堵住抽放孔影响抽放效果。

4）在大布缠绕点的后方每隔10cm捆绑1个马丽散封孔袋（共捆绑2个马丽散封孔袋）

5）孔口用编织袋混合马丽散封孔袋进行封堵，封孔口的同时在孔壁与抽放管之间再下入一根长度为1.5m的Φ15mm钢管，用来注马丽散。

封孔示意图见图9。

图9封孔示意图

钻孔套管下完后用直径108mm无缝钢管套管接在汇合器上，每个钻场（3个孔）连接一个汇合器，保持3个汇合器一起抽放，再用直径D108mm无缝钢管管将汇合器接在D315mm的抽放管子上。

综合上述化学综合和负压抽放两部分内容，我矿为减少钻孔工程量，循环使用钻孔，将顶煤弱化、瓦斯抽放与硫化氢治理相结合，提出以下实施方案。

该方案沿煤层走向将煤体分为五个区，具体示意见图10。

从注水的角度考虑，注水钻孔和裂隙都是“输水通道”，均可增加煤体与水的接触面积，所以，注水的位置和钻孔布置方式应根据煤体中裂隙的发展情况来确定。

当向煤体注水时，由于注入水主要是沿裂隙运动，因此，若煤体中的裂隙数量较少及其张开量有限时（如在裂隙闭合区），注入水能够到达的范围较少，润湿的煤体体积亦较少；

当煤体中裂隙数量众多而且裂隙张开量很大时（如大变形区），注入水将形成径流而从煤体表面泄露，不能利用毛细现象充分润湿煤休，所润湿的煤体只是裂隙边缘的少量煤体，注水效果亦差；

只有在裂隙比较发育而且裂隙张开量不大的区域注水，才能保证注水的润湿半径足够大，达到注水润湿的效果。

因此。

从裂隙角度考虑，合理的注水区域应是原生裂隙张开区及次生裂隙发育发展区。

煤层的注水过程就是压力水通过煤层钻孔逐渐渗透到煤体内部裂隙、孔隙的过程，水在煤层裂隙、孔隙中的渗透过程是一个复杂的流体动力学过程，既有水沿煤层较大裂隙的层流渗透运动，也有水在煤体微孔、裂隙中的毛细和分子扩散运动。

煤层注水湿润煤体，使煤体水份增加，是由裂隙中的渗透、压差、毛细和分子扩散运动几部分水份增加量组成。

水在裂隙中的运动主要为毛细和分子扩散运动，研究表明，煤中几乎占90％总表面的裂隙都小于10％，水在压力作用下沿这些裂隙运动的水占0.7％，而在毛细和分于扩散作用下有28％的注入水沿这些裂隙运动，在有压渗透时，浸湿表面积仅占裂隙总表面的1l％，而在毛细和分子扩散作用时，浸湿表面积占裂隙总表面的60％，水在煤体中的渗透主要为毛细和分子扩散作用。

综上所述，将注液区选在待处理区前，注液孔使用超前预爆破孔。

在已爆破区回风巷道打孔进行瓦斯抽放。

实现顶煤弱化、瓦斯抽放与硫化氢综合治理。

图10H2S综合治理示意图

注水参数可按如下公式确定：

注水压力按以下公式估算

式中，

P-注水压力，MPa；

c-渗透系数随注水压力增加的指数系数，c=0.1581；

-水的比重，0.001kg/cm3；

-单位注水孔长度、单位煤层厚度、单位时间内的1/2注水量，cm3；

R-注水区域半径，cm；

a-渗透系数初值，a=0.0036×

2.0170exp（-0.006965×

H），cm/h；

K-重复浸湿和漏水备用系数，取K=1.2。

注水量计算

钻孔注水量按下式计算：

Q-单个钻孔注水量，m3；

B-孔间距，m；

L-工作面长度，m；

M-煤层厚度，m；

-煤的容重，1.36t／m3；

wl-注水后要求达到的水分，取3％；

w2-煤层原有水分，1.2％；

K-考虑围岩吸收水分、水的漏失和注水不均匀系数，取1.5。

矿井日注水量

矿井日注水量按下式计算：

式中：

QB-矿井日注水量，m3；

K1-注水系数，取1.5；

G-矿井计划注水回采工作面日产量。

注水时间

T-注水时间，h；

Q-钻孔注水量，m3；

V-注水流量，m3／h。

在注水压力相同时，注水流量随注水时间延长而降低，注水时间加长，水在煤体中流程渐远，阻力相应增加。

注水压力将在一定范围内波动，并有缓慢增加的趋势。

把湿润范围内煤壁出现均匀的“出汗”渗水作为煤体已经全部湿润的标志，并以此为控制注水时间的依据。

动压注水的时间一般为十数小时至数天，总的来说，注水时间越长，湿润效果越好。

加碳酸钠量的计算

碳酸钠溶液浓度的确定与煤体中硫化氢的含量、东在煤体中的流动性、要求控制的回采工作面硫化氢浓度有关，根据第四章实验室测定结果，当碳酸钠溶液浓度为3％～5％时，对硫化氢的吸收率较好，结合煤体注水的实际情况，暂取碳酸钠浓度为l％，根据实际治理效果进行调整。

据此计算，钻孔注碱量为：

Q碱=1％Q

日注碱量Q日碱=1％Q日

3.通风稀释

（1）优化通风系统：

1）对矿井东一、西一采区部分系统进行优化，封闭原+564B3西皮带机尾巷道较少此区域的无效用风量，整合西一瓦斯抽放泵房和皮带集控硐室用风量；

2）对矿井所有的风门及挡风墙进行堵漏处理，减少无效漏风；

3）由于矿压显现，东三+541B1回风巷和回风井变形严重，对+541B1-2工作面回风段通风阻力大的区段进行维修、扩巷，增加通风断面，降低采煤工作面区段通风阻力。

通过以上优化措施后，矿井负压降低至950pa、风量大了250m3/min。

（2）加大工作面配风量。

矿井系统优化后，在未调节主扇的情况下并在保证各区域用风量的同时，工作面风量由原来的730m3/min左右增加到1000m3/min左右，利用风量的增加来稀释空气中硫化氢浓度。

4.加强个体防护

现场工作人员要采取防护措施，必要时配防毒面具、眼镜、乳胶手套、毛巾等防护用品，扎紧工作服袖口、领口、裤管，并在距掘进工作面50m范围内设置专用水桶，便于工作人员及时清洗。

缩短工作人员在有硫化氢涌出处的工作时间。

5.监测监控

工作面安装高精度仪器检测矿井硫化氢浓度的GLH100型煤矿用硫化氢传感器，能实时测量并显示硫化氢浓度，同时根据浓度值得大小，输出与硫化氢浓度相对应的模拟信号，当浓度超限时，发出声光报警信号。

测量范围（0-10）*10-6H2S，报警点在测量范围内任意设定，传输距离：

≥2km。

硫化氢传感器应布置在回风巷距通风井10米范围内，距巷道的上方不得大于300mm，距巷帮不得小于200mm。

6.管理到位

（1）定期组织员工培训学习，提高员工对硫化氢防治常识的认知程度。

建立硫化氢治理培训制度，充实、调整培训内容，建立公司、矿两级培训教育基地，加强培训力度。

（2）加强对矿安全生产监管人员、安全监察员、各区队第一负责人对硫化氢治理措施的培训。

进一步推进对领导干部硫化氢防治相关知识的培训，强化矿的主要负责人、安全生产管理人员和特种作业人员培训。

（3）针对井下施工作业环境复杂、硫化氢气体灾害严重的问题，在提前对职工进行安全技术培训，提高职工的安全意识和综合素质，了解硫化氢气体对人体危害的同时，由本安办每年安排专人讲解硫化氢气体危害的自救和互救相关知识。

三、H2S气体防治安全技术措施

（1）工作面通风系统管理

1）风门开启灵活，严密不漏风，闭锁装置灵敏可靠。

风门进出时要及时关闭，安装风门开停装置，避免人为造成风流短路，造成工作面气体超限，发生气体熏人事故。

2）进回风巷必须保证畅通，材料堆放位置要合理，尽量保证巷道断面的最大化，致使有足够的通风断面满足《煤矿安全规程》要求。

3）加强通风，保证风量满足《煤矿安全规程》要求，用通风稀释的方法将硫化氢气体浓度稀释到《煤矿安全规程》规定的安全标准以下。

4）综采工作面人员必须爱护通风设施。

5）工作面端头支架处和进回风巷不得随意堆放材料，必须保证风路畅通，以免造成工作面上端头有害气体气体积聚。

6）测风员除每10天进行1次全面测风外，还必须根据实际需要对工作面随时进行测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。

（2）工作面气体检查和监测监控管理

1）设置专职瓦斯检查员，随时检测瓦斯。

在检测瓦斯的同时，利用比长管及硫化氢便携仪检测硫化氢气体。

安全员、跟班区队长利用便携式硫化氢检测仪检测；

掘进迎头悬挂瓦斯、硫化氢传感器以及便携式仪进行检测，严禁在任何时间、任何有害气体情况下超限作业。

2）瓦检员每次检查结果应告知现场工作人员和带班区队长，当工作面硫化氢浓度达到6.6ppm时，应立即通知生产指挥中心和工作面带班区队长，同时组织撤离现场工作人员至进风巷，撤离时用湿毛巾捂住嘴鼻。

3）有采掘工作面带班班长、技术员、带班区队长、矿领导及检查人员佩戴硫化氢报警仪，能及时掌握井下采掘工作面硫化氢气体变化情况，提升检查能力和防范措施。

4）井下安装硫化氢监测监控系统。

按规定安装井下硫化氢传感器，并保证正常工作。

加强监控系统的维护和保养，对监控装置进行经常性检查、校对，以确保监控系统灵敏可靠。

5）在工作面及回风端头悬挂硫化氢报警仪。

硫化氢检测仪宜采用便携式检测仪，必须悬挂在人员工作地点5m范围内，悬挂高度1.5m左右。

（3）碳酸钠使用管理

1）搬运

①由于碳酸钠属于强碱性，粉末状物质，人员在搬运之前先做好防护措施（橡胶手套以及全面罩），衣袖要扎紧。

②搬运过程中要轻拿轻放，避免扬尘进入眼睛或吸入体内，对人员眼睛造成伤害或呼吸道损伤。

③人员搬运过程中若不小心皮肤直接接触到碳酸钠物质必须先及时用醋清洗与碳酸钠接触的皮肤，然后再用清水清洗干净，以免造成伤害。

2）使用

①工作面每进1刀，在工作面架前、架间、两端头以及在移架之后，首先喷洒足够的水量（必要时可直接喷洒碳酸钠水溶液），然后抛洒碳酸钠粉末（或生石灰），抛洒均匀，并不少于40公斤。

②人员在撒碳酸钠的时候要站在上风侧，抛撒时要避免扬尘。

③撒碳酸钠的时候下风侧要严禁有人员作业。

④每班在下班前必须将碳酸钠均匀的撒在架前、架间以及两端头。

⑤人员搬运或撒的过程中若不小心皮肤直接接触到碳酸钠物质必须先及时用醋先清洗与碳酸钠接触的皮肤，然后在用清水清洗干净，以免造成伤害。

3）储存

①储存碳酸钠的地点必须挂牌管理。

②碳酸钠吸湿性较强，存放地点要干燥无淋水；

（4）设备管理

1）每班检修人员对采煤工作面进行巡回检查期间，对工作面液压支架的立柱、千斤