煤层开采硫化氢涌出影响因素研究

[摘 要]在对煤层中硫化氢赋存状态理论分析基础上，结合乌东矿+575试验工作面生产条件，采用硫化氢监测手段，对采煤机不同割煤速度、割煤位置（割顶煤、割底煤）以及采煤机割煤与前刮板运煤两工序并行时涌出硫化氢进行测试分析，得出采煤机割煤时硫化氢涌出的影响因素；针对该面急倾斜厚煤层开采时放顶煤高度较大、放煤量较多的特点（放顶煤高度为20m左右），采用硫化氢监测手段，对支架不同放煤强度条件下涌出的硫化氢进行测试分析，通过数值计算，得出支架放煤时硫化氢涌出的影响因素。

[关键词]煤层；硫化氢；赋存；涌出量

中图分类号：TD712. 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0316-02

1. 煤体中硫化氢赋存状态理论分析

通过研究煤对CO2、CH4、N2的吸附实验表明，被吸附物质的吸附能力随气体沸点的增高而增大；H2S气体的最低a械阄？60.33℃，高于CO2、CH4、N2等气体，因此煤对H2S具有很强的吸附能力。另外，硫化氢的极化率为3.64×10-30m3（甲烷气体极化率为2.60×10-30m3），研究表明极化率越大，分子的变形性越大，在同样条件下，变形性越大的分子越容易被吸附；且根据对煤的密度和孔结构的分析，证明煤具有气体吸附和分子筛的性质。因此，硫化氢在煤体中主要是以吸附状态存在的，这与甲烷不同。

2.采煤机割煤速度（强度）对硫化氢涌出浓度影响的试验研究

为了掌握乌东矿+575试验工作面采煤机不同割煤速度与硫化氢涌出浓度的关系规律，在采煤机逆风割顶煤及顺风割底煤条件下，采用CD4型硫化氢便携仪，对采煤机下风流4m处距底板1.4m、距煤壁1m的测点涌出硫化氢浓度进行测试；采用数值计算分析方法，得出乌东矿+575试验工作面采煤机不同割煤速度与硫化氢涌出浓度之间的关系规律。表4-1为采煤机不同割煤速度条件下硫化氢涌出浓度测试表，图4-1为采煤机不同割煤速度与硫化氢涌出浓度规律图。

由乌东矿+575试验工作面采煤机逆/顺风割煤条件下，不同割煤速度与硫化氢涌出浓度测试表4-1及图4-1分析可以得出：

（1）在采煤机逆风割顶煤及顺风割底煤条件下，硫化氢涌出浓度均随采煤机割煤速度的增加而增加。

（2）采煤机逆风割顶煤条件下，当采煤机割煤速度为2.7m/min及2.3m/min时，在其下风流4m测点处测得硫化氢涌出浓度分别为376.6ppm及318.6ppm；当采煤机割煤速度降至1.8m/min及1.6m/min时，在其下风流4m测点处测得硫化氢涌出浓度分别降至255.2ppm及226ppm。

（3）采煤机顺风割底煤条件下，当采煤机割煤速度为9m/min及6m/min时，在其下风流4m测点处测得硫化氢涌出浓度分别为252.4ppm及222ppm；当采煤机割煤速度降至3m/min及2.6m/min时，在其下风流4m测点处测得硫化氢涌出浓度分别降至183.4ppm及169.6ppm。

3.采煤机截割顶/底煤及拉溜工序对硫化氢涌出浓度影响的试验研究

为了掌握乌东矿+575试验工作面采煤机割顶/底煤及拉前溜工序对涌出硫化氢的影响，通过在距采煤机下风侧1m处布置测点（测点距煤壁1.8m、距前溜槽底0.7m），采用CD4型硫化氢便携仪，分采煤机割顶煤及底煤两种条件和前溜开及关两种状态，对涌出硫化氢涌出浓度进行测试，

（1）受采煤机割顶煤破煤及顶煤垮落破煤影响，采煤机逆风割顶煤时涌出硫化氢浓度大于采煤机顺风割底涌出的硫化氢浓度。在前溜不开状态下，当采煤机逆风割4#-6#架对应的顶煤时，测得距采煤机下风侧1m处涌出的硫化氢均值为249ppm；当采煤机顺风割7#-4#架对应的底煤时，测得距采煤机下风侧1m处涌出的硫化氢均值为134ppm。

（2）受前溜拉煤扰动影响，在采煤机割顶/底煤条件下，同时开启前溜拉煤对工作面涌出的硫化氢浓度有较大的影响。在采煤机割4#-6#架对应的顶煤条件下，当开启及关闭前溜拉煤时，扩散至采煤机下风流3m处的硫化氢均值浓度分别为506ppm及249ppm；在采煤机割7#-4#架对应的底煤条件下，当开启及关闭前溜拉煤时，扩散至采煤机下风流3m处的硫化氢均值浓度分别为345ppm及134ppm。

4.小结

（1）煤体中硫化氢赋存状态分析表明，硫化氢在煤体中主要以吸附状态存在的，因此，煤体中硫化氢需要相当能量的外因作用才能涌出。

（2）乌东矿+575试验工作面煤层开采时，采煤机割煤速度（强度）、支架放煤强度、采煤机割煤及拉溜工序均为硫化氢涌出的影响因素。

（3）受前溜拉煤扰动影响，在采煤机割顶/底煤时，同时开启前溜拉煤对工作面涌出的硫化氢浓度有较大的影响，建议采煤机割煤与拉溜工序分开进行。

参考文献

[1] 董魁友，邹伟；硫化氢气体的监测与防范[J]；北方环境；2001年04期.

[2] 孙维生；硫化氢的危害及防治[J]；现代职业安全；2002年11期.

[3] 纪关伟；刘胜利；张鹏；煤矿掘进巷道煤体中吸附硫化氢气体的防治[J]；科技风；2010年08期.