煤矿硫化氢气体成因模式及异常富集控制因素研究

In coal mining, the disasters caused by abnormal accumulation of hydrogen sulfide at home and abroad continue to emerge. Since 2004, more than 50 coal mine occur H2S sudden gush phenomenon poisoning caused more than 30 casualties of more than a dozen provinces in China.Henan province is a coal-producing province in China, abnormal accumulation of hydrogen sulfide in many coal mines of Anyang, Hebi and Xinan in the study region, caused many casualties. Based on hydrogen sulfide genesis model and identity methods of oil fields and methan in coal mine, this study used regional deposition, evolution characteristics and organic geochemistry of coal as study objects. Methods by data collection, field test, experimental determination and date analysis, the regional tectonic evolution, sedimentary environment, history of coalbed methane generation and hydrogeological ware analyzing. Combination the isotopes determine of carbon and sulfur, fluid inclusions and coal vitrinite reflectance, illite fission track, trace elements in coal, coalbed gas components test. Identify the source and controlling factors of hydrogen sulfide in coal mines. Based on the above, analog the identify methods of H2S in oil fields and gas in coal mine, combined generate test of hydrogen sulfide of coal oxidation under different conditions (TSR) to research hydrogen sulfide genesis modes and control factors of typical coal mine in the study areas.

在煤矿开采中，硫化氢气体异常富集引起的灾害事故在国内外不断出现。从2004年起，全国已有十几个省份50多个煤矿发生H2S气体突然涌出现象，造成30多起中毒伤亡事故。河南为我国产煤大省，区内安阳、鹤壁、新安等诸多矿区发生过硫化氢异常涌出，造成众多人员伤亡事故。本研究拟在油气田硫化氢和煤矿瓦斯成因模式及识别途径研究基础上，以区域沉积、演化特征和煤的有机地球化学为研究对象；通过资料收集、现场测试、实验测定及数据分析，对区域构造演化、沉积环境、煤层气生成史及水文地质等进行分析；结合碳、硫的同位素、流体包裹体和煤的镜质体反射率、煤中微量元素、瓦斯气体组分等测定及磷灰石裂变径迹方法测温。查明煤岩层硫化氢气体的来源、异常富集控制因素。在上述基础上，类比油气田硫化氢成生识别模式，结合煤在不同介质条件下氧化升温硫酸盐热化学还原模拟硫化氢生成测试，对区域内典型煤矿硫化氢成生模式及异常富集控制因素进行研究

在煤矿开采过程中，煤矿高含硫化氢引起的异常涌出和伤人事故在国内外经常出现，我国情况更为严重。煤矿H2S气体异常富集不仅影响矿井的安全高效开采，而且严重危害煤矿工人的身心健康。. 硫酸盐还原菌的H2S形成途径主要有2种，一是通过代谢硫酸盐产生，二是通过代谢含硫有机物产生。结合SRB的活性特征及代谢形成H2S途径，论述了地球环境系统中SRB作用下、发生BSR形成硫化氢的形成模式。. 区域煤层埋藏深度大多处于200~900m，地层温度小于40℃，样品中检测值平均为791个/克样品。沿径流方向，地下水矿化度逐渐增高，pH值也逐渐上升，在充足的有机质及还原环境中，容易发生BSR作用形成硫化氢。区域各煤层硫化氢丰度普遍小于3.0%，煤的镜质体反射率普遍介于0.50~0.75%，表明成煤岩阶段的古地温范围小于120℃。大部分煤层甲烷碳同位素值总体偏轻，CH4具有生物甲烷成因特征。综合判断区域各煤矿H2S气体主要以BSR成因为主，不排除部分由于煤层火烧烘烤作用，由TDS或TSR成因产生。采用自制生烃动力学装置，对煤在不同温度、压力和介质条件下进行动力学模拟，确定了不同条件下煤的TSR 成生硫化氢（烃）能力及影响因素。. 区域煤系呈现“多层砂煤组”的特点，顶底板均以砂岩或粉砂岩，具有良好的封盖能力。煤层为弱含水层，在水-煤-气界面，容易发生硫酸盐生物还原作用形成硫化氢。区域发育有3套有效烃源岩，区域丰富的烃源岩为H2S形成提供了坚实的物质基础。区域沉积了多旋回巨厚的生、储、盖组合层，形成了有利于含硫化氢气圈闭，裂隙-孔隙型煤岩层为硫化氢提供储集空间。. 硫化氢防治所使用的方法主要有煤层施钻高压注碱中和法、巷道碱液喷洒法、加大风量稀释法、改变通风方式法、抽排法、疏堵法及综合治理等方法；所采用的碱性药剂主要是质量百分比浓度为（0.5 %～3.0 %）的碳酸钠、碳酸氢钠溶液等。提出了一种煤矿硫化氢综合防治技术方案。研发了部分防治设备。