高压脉动注碱治理硫化氢技术研究项目立项初步设计报告

未经允许，请勿外传，巴斯矿区些煤矿中出现硫化氢进行研究，在防治方面建立了套措施，并取得了成效。

中国于年开始对新疆西山煤矿硫化氢进行研究和治理年对鹤壁矿务局四矿硫化氢进行了研究和治理，都取得了较好效果。

国内外目前主要防治措施有增加风量和喷洒碱性溶液。

喷洒碱性溶液用于吸收煤层中硫化氢，以减少采掘和运输过程中硫化氢涌出量，是项效果明显措施。

可在落煤同时或在装载点喷洒或预先向煤体打钻注入。

乌克兰顿巴斯矿区采用苏打水溶液加入表面活性剂喷洒液，使空气中硫化氢浓度降低了。

中国新疆西山煤矿在采掘地点喷洒石灰水溶，使硫化氢浓度降低了以上。

上述硫化氢治理方法般用于低浓度均匀分布硫化氢治理。

铁新矿煤工作面开采过程中，也采了喷洒水雾加强通风个体防护浅孔注碱等措施，实践证明效果不明显。

分析认为该矿硫化氢治理过程中可能存在问题为硫化氢分布不均匀，只在靠近运输巷道巷帮米范围，且呈跳跃性分布。

工作面注碱钻孔深度有限，封孔段短，导致注液压力不高，效率较低。

所注碱液对硫化氢有效中和吸收能力有限，湿润煤壁时难以有效降低硫化氢含量二项目立项必要性及市场需求分析项目立项必要性我国煤炭经过多年开采，开采深度正在逐步加深，而深部开采时，些矿井煤层中硫化氢问题将越来越突出。

煤对吸附实验表明，被吸附物质吸附能力随气体沸点增高而增大。

气体最低沸点为，高于等气体，因此，煤对其具有很强吸附能力生物降解微生物硫酸盐还原作用形成原生气体只可能存在泥炭褐煤阶段，因泥炭褐煤水分含量较高，气体多溶于水，般不会造成异常。

但个别干旱地区，褐煤中水分含量较低时，可能会出现气体异常。

微生物硫酸盐还原作用形成次生气体可能存在泥炭焦煤阶段，但硫酸盐还原菌繁殖靠地表水下渗灌入煤层，即使生成，也多溶于水，并被地下水带走。

煤及围岩中热化学分解成因硫酸盐热化学还原成因形成气体不多，部分溶于煤层水中，部分被煤层吸附或充填于煤内孔裂隙之中。

若煤层已被等饱和，般不会造成气体异常当煤层在抬升过程或地下水作用下瓦斯逸散后，后期在岩浆热力作用下新形成气体赋存到煤层中，容易造成气体异常若煤系中存在大量硫酸盐岩，在热化学作用下往往造成气体异常。

若矿井煤系中存在岩浆活动，而岩浆活动伴有无机成因气体，也容易造成矿井瓦斯中气体异常。

因此，造成煤矿瓦斯中气体异常主要原因在于气体保存条件。

另外，我国很多矿区赋存有高硫煤层，随着低硫煤炭资源枯竭及脱硫技术不断发展，高硫煤开采势在必行，而高硫煤中含高硫化氢气体可能性增大，以铁新矿煤层等为例，我国部分煤矿将不同程度地受到硫化氢气体威胁，而这些煤层是这些矿区主采煤层，因此，煤矿硫化氢治理是目前很多矿井面临技术难题，该课题研究对保证矿井安全高效生产具有重要理论价值及现实指导意义。

市场需求分析项目直接来源于煤矿安全生产重大科技需求，直接服务于煤矿安全生产，满足煤炭工业和煤矿安全市场需求。

煤矿安全是全国安全生产工作重中之重，煤矿安全形势好转直接关系到安全生产形势好转。

面对当前我国高硫煤开采势在必行形势，煤矿治理硫化氢安全生产工作是项重要社会公益性事业，已经成为制约煤矿安全生产急需解决重大问题。

依靠科技进步，提高煤矿安全管理水平，减少和控制有害气体对矿井工作人员危害是安全生产当务之急。

在工业生产中，煤矿业是灾害类型多危险源最多安全隐患最严重领域。

据不完全统计，全国有各类煤矿万余家。

煤矿灾害发生往往具有潜在性突发性特点，并极具破坏性和灾难性，煤矿硫化氢灾害逐渐成为制约煤矿安全生产有种重大灾害。

我国高硫煤分布面很广，几乎遍布各产煤省，尤以山西贵州四川陕西山东高硫煤资源较多，占国有煤矿高硫煤储量，从煤层情况看，优质煤层日益枯竭，部分矿区下部煤层含硫量较高。

今后煤炭开采，下部煤炭产量比例将逐年增加，因而研究硫化氢治理是大势所趋。

因此本项目实施对提高我国煤矿硫化氢灾害防治总体技术水平和能力起到重要推动作用。

综上，项目立项具有重大市场需求，本项目形成硫化氢运移规律及综合治理技术不仅适用于铁新矿，也同样可在其它高硫矿区中应程中可能存在问题为硫化氢分布不均匀，只在靠近运输巷道巷帮米范围，且呈跳跃性分布。

工作面注碱钻孔深度有限，封孔段短，导致注液压力不高，效率较低。

所注碱液对硫化氢有效中和吸收能力有限，湿润煤壁时难以有效降低硫化氢含量二项目立项必要性及市场需求分析项目立项必要性我国煤炭经过多年开采，开采深度正在逐步加深，而深部开采时，些矿井煤层中硫化氢问题将越来越突出。

煤对吸附实验表明，被吸附物质吸附能力随气体沸点增高而增大。

气体最低沸点为，高于等气体，因此，煤对其具有很强吸附能力生物降解微生物硫酸盐还原作用形成原生气体只可能存在泥炭褐煤阶段，因泥炭褐煤水分含量较高，气体多溶于水，般不会造成异常。

但个别干旱地区，褐煤中水分含量较低时，可能会出现气体异常。

微生物硫酸盐还原作用形成次生气体可能存在泥炭焦煤阶段，但硫酸盐还原菌繁殖靠地表水下渗灌入煤层，即使生成，也多溶于水，并被地下水带走。

煤及围岩中热化学分解成因硫酸盐热化学还原成因形成气体不多，部分溶于煤层水中，部分被煤层吸附或充填于煤内孔裂隙之中。

若煤层已被等饱和，般不会造成气体异常当煤层在抬升过程或地下水作用下瓦斯逸散后，后期在岩浆热力作用下新形成气体赋存到煤层中，容易造成气体异常若煤系中存在大量硫酸盐岩，在热化学作用下往往造成气体异常。

若矿井煤系中存在岩浆活动，而岩浆活动伴有无机成因气体，也容易造成矿井瓦斯中气体异常。

因此，造成煤矿瓦斯中气体异常主要原因在于气体保存条件。

另外，我国很多矿区赋存有高硫煤层，随着低硫煤炭资源枯竭及脱硫技术不断发展，高硫煤开采势在必行，而高硫煤中含高硫化氢气体可能性增大，以铁新矿煤层等为例，我国部分煤矿将不同程度地受到硫化氢气体威胁，而及装备方面具有自主知识产权技术成果，煤层硫化氢治理研究方面代表国内领先水平部分领域达到国际先进水平。

这不仅对保利集团铁新矿安全生产具有重要保障作用，而且对全行业技术创新具有示范带动作用。

我国煤炭生产行业灾害十分严重，安全生产技术落后已经成为制约煤炭产业发展瓶颈。

例如本次项目投标单位保利集团铁新矿因硫化氢浓度超限，不仅危害了矿井职工人身安全，同时也制约了矿井生产效率提高。

本项目研究技术将大幅提高高浓硫化氢矿井安全生产技术水平，提高防灾抗灾能力。

项目研究成果应用示范及推广可以显著提高我国煤矿安全技术装备水平，提高我国治理矿井硫化氢能力，减少人员伤亡维护煤炭职工职业健康，培养和锻炼批学科带头人学术骨干和煤炭企业技术人才，具有巨大社会效益。

十项目实施风险分析包括安全评价环境评价市场风险技术风险管理风险分析等项目实施风险分析项目实施能够有效治理煤矿生产中产生硫化氢，减少矿井中硫化氢排放，现场工艺简单可行，能够提高矿井安全生产水平，保障职工人身安全，改善井下生产环境和矿区整体环境。

设备易于操作，设备占用空间小，主要材料价格低廉，货源丰富，治理硫化氢效果好，有较好市场前景。

该项目研究实施过程中，不会因为采用新技术生产方式改变而产生威胁人们生产与生活风险，即无技术风险。

管理过程是可控，加强管理，严格按照煤矿安全生产制度了管理生产，把安全生产摆在第位，管理风险就能够大大降低甚至避免。

十推广应用范围前景及市场分析我国高硫煤分布面很广，几乎遍布各产煤省，尤以山西贵州四川陕西山东高硫煤资源较多，占国有煤矿高硫煤储量。

煤炭经过多年开采，开采深度正在逐步加深，而深部开采时，煤层中硫化氢问题将越来越突出。

同时随着低硫煤炭资源枯竭及脱硫技术不断发展，高硫煤开采势在必行，而高硫煤中含高硫化氢气体可能性增大，越来越多下层煤开采将不同程度地受到硫化氢气体威胁。

因此，硫化氢治理技术具有广阔市场及良好应用前景。

该项技术现场工艺流程简单，易于操作，设备占用空间小，主要材料价格低廉，货源丰富，治理硫化氢效果好，满足矿井开采高硫煤层需要，因此，该技术具有很大推广市场。

项目提出背景在煤矿开采过程中，在些特殊区域的综采工作面会出现硫化氢异常比例将逐年增加，因而研究硫化氢治理是大势所趋。

国内现有工作基础我国很多矿区赋存有高硫煤层，随着低硫煤炭资源枯竭及脱硫技术不断发展，高硫煤开采势在必行，而高硫煤中含高硫化氢气体可能性增大。

目前高浓度非均匀分布硫化氢成功治理研究目前尚属空白，主要措施仍采用煤层注水及喷洒水雾等。

中国矿业大学瓦斯防治研究所长期致力于硫化氢治理技术研究，开发了高压脉动注碱治理硫化氢技术。

通过研究和分析高压脉动水力对煤体物理力学性质和硫化氢流动动力学影响特征，研制开发了矿用防爆周期和压力可调高压脉动压裂装备和压裂工艺，利用高压脉冲水压力在煤体钻孔内部周期性变化所产生水击和水劈效应，迫使煤层中宏观裂隙扩展联通，并促使微小孔裂隙形成和逐渐张开，形成新再生裂隙网，提供水在煤层中渗透通道，水中碱性物质和煤层硫化氢发生反应，降低了煤层硫化氢含量，治理效果极佳，为硫化氢提出了种新手段和方法。

四项目目标主要研究内容技术指标项目目标本项目研究总体目标是探索个原因煤层内部高浓硫化氢产生原因两项规律硫化氢在煤层内部赋存及运移规律脉动高压注碱压裂机理及裂隙拓展规律，研究二项技术脉动高压压裂注碱技术与工作面浅孔高压注碱技术，提出种方法高压注碱钻孔多级密封方法，开发项技术煤层高压注碱消除硫化氢技术，实现个目标高硫化氢煤层硫化氢含量降低，主要从源头上治理硫化氢，达到治理硫化氢超限这主要目。

主要研究内容为了实现上述项目研究总体目标，需要开展如下研究工作硫化氢在煤层内部赋存及运移规律与高压注碱消除硫化氢威胁机理煤层内部高浓硫化氢产生原因，煤体应力对硫化氢在煤层内部赋存及运移状态影响研究顺层钻孔高压注碱时压裂起裂机理裂隙发育拓展，主要包括压力水对煤层压裂过程分析弱面扩展延伸力学分析研究裂隙产生后硫化氢在煤层内部赋存及运移状态。

④研究工作面脉动高压注碱消除硫化氢机理。

工作面硫化氢涌出量测试与预测预报技术采用科学手段测试硫化氢在铁新矿工作面赋存状态采用非线性预测与神经网络技术相结合预测预报工作面各区段硫化氢涌出量根据预测预报结果提出相应硫化氢治理方案，综合考虑技术适用性可操作性与经济性。

高压注碱技术研究顺层钻孔裂隙场分布规律