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矿井空气成分及有毒有害气体的检测 矿井 空气 成分 及有 毒有 害气 体的 检测第一章 矿井空 气一、教 学内容:1、矿井 空气主要成 分及其基本 性质、质量 浓度标准、 检测仪器与 方法;2、矿井 空气主要有 害气体及其 基本性质、 质量浓度标 准、检测仪 器与方法、 防止有害气 体危害的措 施;3、矿井 气候条件标 准、改善方 法,二、重 点难点:1、矿井 空气主要有 害气体的质 量浓度标准 ;2、气体 检测仪器与 检测方法;3、防止 有害气体危 害的措施;4、矿井 气候条件各 参数的测定 仪表及测定 方法。三、教 学要求:1、了解 矿井空气各 主要成分的 基本性质;2、了解 矿井气候条 件的质量标 准及改善办 法;3、掌握 矿井空气各 主要成分的 质量浓度标 准、检测仪 表及方法;4、掌握 矿井气候条 件各参数的 测定仪表及 方法。第一节 矿井空 气成分地面空 气又称为大 气, 是 混合气 体, 大 气中除 了水蒸气的 比例随地区 和季节变化 较大以外, 其 余化 学组 成 成 分 相 对 稳 定 。 一 般 将 不 含 水 蒸 汽 的 空 气 称 为 干 空 气 , 它 的 组 成 成 分 和 体 积 百 分 比 分 别 为 氧 气(20.9 6% ) 、 氮 气 7 9% 和二氧 化碳 0 .04% 。地面空 气从井筒进 入井下就成 了矿井空气 , 将发生 一系列变化 。 主要有 : 氧气含 量减少; 有毒 有害 气体含量 增加;粉尘 浓度增大; 空气的温度 、湿度、压 力等物理状 态变化等。在矿井 通风中,习 惯上把风流 分作新鲜风 流(新风) 和污风风流 (污风或乏 风) 。一、矿 井空气的主 要成分及其 基本性质(一) 氧气( O 2 )氧气是 一种无色、 无 味、 无 臭的气体, 对 空气的 相对密度为 1.10 5 。 氧气 很活跃, 易使多种 元素氧化 ,能 助 燃 。 氧 气 是 维 持 人 体 正 常 生 理 机 能 所 不 可 缺 少 的 气 体 。 一 般 情 况 下 , 人 在 休 息 时 的 需 氧 量 为0.2 0 .4L / m i n ;在工 作时为 1 3L / m i n 。人体缺 氧症状与空 气中氧气浓 度的关系如表 1- 1 所示。表 1- 1 人体缺 氧症状与空 气中氧气浓 度的关系氧气浓 度(体积) / % 人体主 要症状静止状 态无影响, 工作时会感 到喘息、呼 吸困难和强 烈心跳1 7呼吸及 心跳急促, 无力进行劳 动1 5失去知 觉,昏迷, 有生命危险1 0 1 2短时间 内失去知觉 ,呼吸停止 ,可能导致 死亡6 9地面空 气进入井下 后, 氧气浓 度要有所降 低, 氧气浓 度降低的主 要原因有: 人 员呼吸 ; 煤岩、 坑木 和其他有 机物的缓慢 氧化;爆破 工作;井下 火灾和瓦斯 、煤尘爆炸 ;煤岩和生 产中产生其 他有害气体 等。在正常 通风的井巷 和工作面中 , 氧 气浓度与地 面相比一般 变化不大, 不 会 对人体 造成太大影 响。 但在 井 下盲巷、 通风不良的 巷道中或发 生火灾、爆 炸事故后, 应特别注意 对氧气浓度 的检查,以 防发生窒息 事故。(二) 氮气( N 2 )氮气是 无色、无味 、无臭的惰 性气体,相 对密度为 0.97 ,微溶 于水,不助 燃,无毒, 不能供人呼 吸。氮气在 正常情况下 对人体无害 , 但 当空气 中的氮气浓 度增加时, 会 相应降低 氧气浓度, 人 会 因缺氧而窒 息 。在井下废弃旧巷或封闭的采空区中,有可能积存氮气。如 1982 年 9 月 7 日,我国某矿因矿井主要通风机停风, 井下采空区 的氮气大量 涌出,致使 采煤工作面 支架安装人 员缺氧窒息 ,造成多人 伤亡事故。矿井中 的氮气主要 来源于:井 下爆破;有 机物的腐烂 ;天然生成 的氮气从煤 岩中涌出等 。(三) 二氧化 碳( C O 2 )二氧化 碳是无色、 略 带酸臭 味的气体, 相 对密度为 1.52 , 不助 燃也不能供 人呼吸, 略 带毒性, 易溶 于水。二氧化碳对人体的呼吸有刺激作用,所以在为中毒或窒息的人员输氧时,常常要在氧气中加入 5% 的二氧化 碳, 以促使 患者加强呼 吸。 当空气 中的二氧化 碳浓度过高 时, 轻则使 人呼吸加快 , 呼吸量增 加, 严重时也 能造成人员 中毒或窒息 。空气中二 氧化碳浓度 对人体的危 害程度如表 1- 2 所示。表 1- 2 空气中 二氧化碳浓 度对人体的 影响二氧化 碳浓度(体 积) / % 人体主 要症状1 呼吸加 深,急促3 呼吸急 促,心跳加 快,头痛, 很快疲劳5 呼吸困 难,头痛, 恶心,耳鸣1 0 头痛, 头昏,呼吸 困难,昏迷呼吸停 顿,失去知 觉,时间稍 长会死亡1 0 2 0短时间 中毒死亡2 0 2 5二氧化 碳比空气重 , 常常积聚在 煤矿井下的 巷道底板、 水 仓、 溜煤眼、 下 山尽头、 盲巷 、采空 区及通风 不良处。矿井中 二氧化碳的 主要来源有 : 煤和有机物 的氧化; 人员 呼吸; 井下爆 破; 井下火灾 ; 瓦斯、 煤尘 爆炸等。 有 时也 能从煤岩中 大量涌出, 甚 至与 煤或岩石一 起突然喷出 , 给安全 生产造成重 大影响。 如我国 某矿,曾在 1975 年 6 月发生 过一起二氧 化碳和岩石 突出事故, 突出二氧化碳 1 1 000m 3 。二氧化 碳窒息同缺 氧窒息一样 ,都是造成 矿井人员伤 亡的重要原 因之一。二、矿 井空气主要 成分的质量 (浓度)标 准矿井空 气的主要成 分中, 由 于氧 气和二氧化 碳对人员身 体健康和安 全生产影响 很大, 所 以 煤矿安 全规程 ( 以下简称 规程 ) 对 其浓度 标准做了明 确规定。主 要如下:采掘工 作面进风流 中,按体积 计算,氧气 浓度不低于 20% ;二氧 化碳浓度不 超过 0.5% 。矿井总 回风巷或一 翼回风巷风 流中,二氧 化碳超过 0.75 % 时,必 须立即查明 原因,进行 处理。采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中二氧化碳超过 1.5% 时,采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5% 时,都 必须停止工 作,撤出人 员,进行处 理。三、矿 井空气主要 成分的检测 方法矿井空 气主要成分 的检测方法 可分为两大 类:一是取 样分析法, 二是快速测 定法。(一) 取样分 析法利用取 样瓶或吸气 球等容器提 取井下空气 式样, 送 往地面化 验室进行分 析。 分 析 仪器多用气 相色谱 仪 ,分析精 度高, 定 性准确, 分 析速 度快, 一 次进样可 以同时完成 多种气体的 分析; 但 所需时间 长, 操 作复 杂 ,技术要 求高。一般 用于井下火 区成分检测 或需精确测 定空气成分 的场合。(二) 快速测定法利用便 携式仪器在 井下就地检 测,快速测 定出主要气 体成分,是 目前普遍采 用的测定方 法。图 1- 1 C Y H 30 型氧气 检测仪1、氧气 浓度的快速 测定方法( 1) 利用氧 气检测仪检 测检测井 下氧气的便 携式仪器种 类较多,主 要有 C Y H 30 型,它 普遍使用的 氧气检测仪 ,本质安全 型。C Y H 30 型氧气检测仪采用的是电化 学 “隔膜式伽伐尼电池 ” 原理。氧气传感元件(隔膜 式伽伐尼电池)分别由铂、铅两种不同金属做阴极和阳极,碱性溶液做电解液,通过聚四氯乙烯薄膜将其封闭构成,如图 1- 1a 所示。 当 氧气 透过隔膜在 电极上发生 电化学反应 时, 在 两 个电极 间将形成同 氧气浓度成 正比的 电流值, 通过测定电 极间的电流 值即可实现 对氧气浓度 的测定。(2)利用 比长式氧气 检测管检测这种方 法与矿井中 主要有害气 体的检测基 本相同(详 见本章第二 节)2、二氧 化碳浓度的 快速检测方 法矿井空 气中二氧化 碳的测定主 要使用光学 瓦斯鉴定器 ,检查方法 详见煤矿 安全教材 。第二节 矿井空 气中的有害 气体及其检 测一、矿 井空气中的 有害气体及 其基本性质(一) 一氧化碳( C O )一氧化 碳是无色、 无 味 、 无 臭的 气体, 相 对密度 0.97, 微 溶于 水, 能 燃烧, 当 体 积浓度 达到 13% 75 %时遇火源有爆 炸性 。一氧 化碳 有剧毒 。人 体血液 中的 血红素 与一 氧化碳 的亲 和力比 它与 氧气的 亲和 力 大250 300 倍。一 氧化碳的中 毒程度与中 毒浓度、中 毒时间、呼 吸频率和深 度及人的体 质有关。与 中毒浓度和中毒 时间的关系 如表 1- 3 所示。表 1- 3 一氧化 碳的中毒程 度与浓度的 关系一 氧化碳 浓度(体积 ) / % 人体主 要症状0.01 6 数小时 后有头痛、 心跳、耳鸣 等轻微中毒 症状0.04 8 1h 可引起 轻微中毒症 状0.12 8 0.5 1h 引起意 识迟钝、丧 失行动能力 等严重中毒 症状0.40 短时间 失去知觉、 抽筋、假死 。 30m i n 内即可 死亡一氧化 碳中毒除上 述症状外, 最显著的特 征是中毒者 粘膜和皮肤 呈樱桃红色 。矿井中 一氧化碳的 主要来源有 : 爆 破工作; 矿 井 火灾; 瓦 斯及 煤尘爆炸等 。 据 统计, 在煤 矿发生的 瓦斯爆炸 、煤尘爆炸 及火灾事故 中,约 70 75% 的死亡 人员都是因 一氧化碳中 毒所致。(二) 硫化氢( H 2S )硫化氢 是无色、微 甜、略带臭 鸡蛋味的气 体,相对密 度为 1.19 ,易溶 于水,当浓 度达 4.3% 4 6% 时具有爆炸 性。硫化氢 有剧毒。 它 能 使人体 血液缺氧中 毒, 对 眼睛 及呼吸道的 粘膜具有强 烈的刺激作 用, 能 引起鼻 炎 、气管炎和肺水肿。当空气中浓度达到 0.00 01% 时可嗅到臭味,但当浓度较高时( 0.00 5 0.0 1% ) , 因 嗅 觉 神经中毒 麻痹,臭味 “减弱 ”或“ 消失 ” ,反而 嗅不到。硫 化氢的中毒 程度与浓度 的关系如表 1- 4 所示。表 1- 4 硫化氢 的中毒程度 与浓度的关 系硫化氢浓度( 体积) / % 人体主 要症状0.00 01 有强烈 臭鸡蛋味0.01 流唾液 和清鼻涕、 瞳孔放大、 呼吸困难0.05 0.5 1h 严重中 毒,失去知 觉、抽筋、 瞳孔变大, 甚至死亡0.1 短时间 内死亡矿井中 硫化氢的主 要来源有: 坑 木等有 机物腐烂; 含 硫矿物 的水化; 从 老空区和 旧巷积水中 放出。 1 971年, 我 国 某矿一上山 掘进工作面 曾发生一起 老空区透水 事故, 人 员撤 出后, 矿 调度室主任 和一名技术 员 去现场了 解透水情况 ,被涌出的 硫化氢熏倒 致死。有些 矿区的煤层 中也有硫化 氢涌出。(三) 二氧化硫( S O 2 )二氧化 硫是无色、 有强烈硫 磺气味及酸 味的气体, 当空气中 二氧化硫浓 度达到 0.00 05% 时即可 嗅到 刺激气味 。它易溶于 水,相对密 度为 2.32,是井 下有害气体 中密度最大 的,常常积 聚在井下巷 道的底部。二氧化 硫有剧毒。 空 气中的 二氧化硫遇 水后生成硫 酸, 对 眼 睛有刺激作 用, 矿 工 们将其称之 为 “ 瞎眼气体 ” 。此外 ,也能对呼 吸道的粘膜 产生强烈的 刺激作用, 引起喉炎和 肺水肿。二氧化 硫的中毒程 度与浓度的 关系如表 1- 5 所示。表 1- 5 二氧化 硫的中毒程 度与浓度的 关系二氧化 硫 浓度( 体积) / % 人体主 要症状0.00 05 嗅到刺 激性气味0.00 2 头痛、 眼睛红肿、 流泪、喉痛0.05 引起急 性支气管炎 和肺水肿, 短时间内有 生命危险矿井中 二氧化硫的 主要来源有 :含硫矿物 的氧化与燃 烧;在含硫 矿物中爆破 ;从含硫煤 体中涌出。(四) 二氧化氮( N O 2 )二氧化 氮是一种红 褐色气体, 有强烈的刺 激性气味, 相对密度 1.59 ,易溶 于水。二氧化 氮是井下毒 性最强的有 害气体。 它 遇 水后生成硝 酸, 对 眼睛、 呼 吸道 粘膜和肺部 组织有强烈 的刺激及 腐蚀作用, 严重时可引 起肺水肿。二氧化 氮的中毒有 潜伏期, 容 易 被人忽 视。 中 毒初 期仅是眼睛 和喉咙有轻 微的刺激症 状, 常 不被注 意 ,有的在严重中毒时尚无明显感觉,还可坚持工作,但经过 6h 甚至更长时间后才出现中毒征兆。主要特征是手指 尖及皮肤出 现黄色斑点 , 头发发黄 , 吐黄色痰 液, 发生肺 水肿, 引起 呕吐甚至死 亡。二 氧化氮的 中毒程度 与浓度的关 系如表 1- 6 所示。表 1- 6 二氧化 氮的中毒程 度与浓度的 关系二氧化 氮浓度 (体积 ) / % 人体主 要症状0.00 4 2 4h 内不致 显著中毒, 6h 后出现 中毒症状, 咳嗽0.00 6 短时间 内喉咙感到 刺激、咳嗽 ,胸痛0.01 强烈刺 激呼吸器官 ,严重咳嗽 ,呕吐、腹 泻,神经麻 木0.02 5 短时间 即可致死矿井中 二氧化氮的 主要来源是 爆破工作。 炸 药 爆破时 会产生一系 列氮氧化物 , 如 一氧化氮 ( 遇空 气 即转化为 二氧化氮) 、 二 氧 化氮等, 是 炮烟的 主要成分。 我国 某矿 1972 年在煤 层中掘进巷 道时, 工作面 非 常干燥, 工 人们放炮 后立即迎着 炮烟进入, 结 果因吸入 炮烟过多, 造 成二氧化 氮中毒, 2 名工人 于次日死亡 。因此在 爆破工作中 ,一定要加 强通风,防 止炮烟熏人 事故。(五) 氨气( N H 3 )氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体,相对密度为 0.6,易溶于水。当空气中的氨气浓度达到 30% 时遇火有 爆炸性。氨气有 剧毒。它对 皮肤和呼吸 道粘膜有刺 激作用,可 引起喉头水 肿,严重时 失去知觉, 以致死亡。氨气主 要是在矿井 发生火灾或 爆炸事故时 产生。(六) 氢气( H 2 )氢气无 色、 无味 、 无毒, 相 对密 度为 0.07 , 是 井下最轻的 有害气体。 空 气中氢气浓 度达到 4% 74% 时具有爆 炸危险。井下氢 气的主要来 源是蓄电池 充电。此外 ,矿井发生 火灾和爆炸 事故中也会 产生。除了上述有害气体之外,矿 井空气中最 主要的有害 气体是甲烷 ( C H 4 ) ,又称沼气。它是一种具有窒息性和 爆炸性的气 体, 对煤 矿安全生产 的威胁最大 , 关于它 的主要性质 、 危害和 预防措施等 将在 煤矿 安全教 材中详细介 绍,本节不 再重复。在煤矿 生产中,通 常把以甲烷 为主的这些 有毒有害气 体总称为瓦 斯。二、矿 井空气中有 害气体的安 全浓度标准为了防止有害气体对人体和安全生产造成危害, 规程中对其安全浓度(允许浓度)标准做了明确规定, 其中主要有 毒气体的浓 度标准如表 1- 7 所示。表 1- 7 矿井空 气中有害气 体最高允许 浓度有害气 体名称 符号 最高允 许浓度( % )一氧化 碳 C O 0.00 24氧化氮 (换算成二 氧化氮) N O 0.00 0252二氧化 硫 S O 0.00 052硫化氢 H S 0.00 0662氨 N H 0.00 43此外, 规程还 规定:井下 充电室风流 中以及局部 积聚处的氢 气浓度不得 超过 0.5% 。对矿井中涌出量较大的甲烷(瓦斯)气体, 规程对其安全浓度和超限后的措施都有更为详尽的规定,具 体见煤矿 安全教材 。通过上 述有害气体 的安全浓度 标准可以看 出, 最 高允 许浓度的制 定都留有较 大的安全系 数, 只 要在 矿井生产 中严格遵守 规程规 定,不违章 作业,人身 安全是完全 有保障的。三、有 害气体的检 测方法近年来 , 随 着煤矿安 全装备水平 的不断提高 , 瓦 斯监控系 统的普遍应 用, 有 害 气体的 检测手段也 日 趋完善, 各 大、 中 型 矿井已经形 成了人工定 点、 定 时检 测与自动监 测相结合的 检测体系。 在 人 工检测 方法 中 ,除了取 样分析法之 外,目前使 用最广泛的 还是快速测 定法。(一) 瓦斯( C H 4 )的快 速检测方法煤矿中 用于检测瓦 斯的仪器有 光学瓦斯检 定器、 瓦 斯检 测报警仪、 瓦 斯 断电仪 等。 其 构 造原理 及使 用方法将 在煤矿安 全教材中 介绍。(二)C O 、 N O 、 H S 、 S O 、N H 、 H 的快速 检测方法2 2 2 3 2煤矿井 下空气中 C O 、 N O 、 H S 、 S O 、 N H 、 H 等有害 气体的浓度 测定, 普 遍采用比长 式检测管法 。2 2 2 3 2它是根 据待测气体 同检测管中 的指示粉发 生化学反应 后指示粉的 变色长度来 确定待测气 体浓度的。 下 面 以比长式 C O 检测管 为例说明检 测原理及检 测方法。图 1- 2 比长式 C O 检测管 结构示意图1?堵塞物 ; 2?活性炭 ; 3? 硅胶; 4 ?消除剂 ; 5?玻璃粉 ; 6? 指示粉如图 1- 2 所示, 比长式 C O 检测管 是一支 46m m ,长 150m m 的玻璃 管,以活性 硅胶为载体 ,吸 附化学试 剂碘酸钾和 发烟硫酸充 填于管中,当 C O 气体通 过时,与指 示粉起反应 ,在玻璃管 壁上形成一 个棕色环, 棕色环随着 气体通过向 前移动,移 动的长度与 气样中所含 C O 浓度成 正比。因此 ,可以根据 玻璃管上的刻 度直接读出 C O 的浓度 值。其他有害气体的比长式检测 管结构及工 作原理 与 C O 基本相同,只是检测管内装 的指示粉各 不相同,颜色变 化各有差异 。与比长 式检测管配 套使用的还 有圆筒形压 入式手动采 样器。采样器 由变换阀和 活塞筒等部 分组成。 活 塞 筒用来 抽取气样, 变 换 阀则可 以改变气样 流动方向或 切 断气流。 当 阀门 把手处于垂 直位置时, 活 塞筒 与接头胶管 相通; 当 阀门把手顺 时针方向旋 转水平位置 时, 活塞筒与 气嘴相通; 阀门把手处于 45 位置时 ,变换阀将 活塞筒与外 界气体隔断 。在活塞拉 杆上刻有标 尺,可以表 示出手柄拉 动到某一位 置时吸入活 塞筒的气样 体积( m l ) 。使用时先将阀门把手转到水平位置,在待测地点拉动活塞拉杆往复抽送气 23 次,使待测气体充满活塞筒 ,再将把手 扳至 45位置; 将检测管两 端用小砂轮 片打开,按 检测管上的 箭头指向插 入胶管接头 ;将把手扳至垂直位置,按检测管上规定的送气时间(一般 100s )把气样以均匀的速度送入检测管,然后,拔出检 测管读数。如果被 测环境空气 中有害气体 的浓度很低 , 用 低浓度 检测管也不 易测出, 可 以 采用增加送 气次数的 方法进行 测定。测得 的浓度值除 以送气次数 ,即为被测 对象的实际 浓度。若被测环境气体浓度大于检测管的上限(即气样未送完检测管已全部变色) , 在优先考虑测定人员的防毒措 施后,可先 将待测气体 稀释后再进 行测定,但 测定结果要 根据稀释的 倍数进行换 算。四、防 止有害气体 危害的措施1 、加强通风。用通风的方法将各种有害气体浓度冲淡到规程规定的安全标准以下,这是目前防止有害 气体危害的 主要措施之 一。2 、加强对有害气体的检查。按照规定的检查制度,采用合理的检查方法和手段,及时发现存在的隐患和问 题,采取有 效措施进行 处理。3 、瓦斯抽放。对煤层或围岩中存在的大量高浓度瓦斯,可以采用抽放的方法加以解决,既可以减少井下瓦 斯涌出,减 轻通风压力 ,抽到地面 的瓦斯还能 加以利用。4 、放炮喷雾或使用水炮泥。喷雾器和水炮泥爆破后产生的水雾能溶解炮烟中的二氧化氮、二氧化碳等有害 气体,降低 其浓度,方 法简单有效 。5 、加强对 通 风不 良处 和 井下 盲巷 的 管理 。工 作 面采 空区 应 及时 封闭 ; 临时 通风 的 巷道 要设 置 栅栏,揭示警 标,需要进 入时必须首 先进行有害 气体检查, 确认无害时 方可进入。6 、井下人员必须随身佩带自救器。一旦矿井发生火灾、瓦斯煤尘爆炸事故,人员可迅速使用自救器撤离危 险区。7 、对缺氧窒息或中毒人员及时进行急救。一般是先将伤员移到新鲜风流中,根据具体情况采取人工呼吸( N O 2 、 H 2S 中毒除 外)或其它 急救措施。第三节 矿井气 候条件及改 善矿井气 候是指矿井 空气的温度 、 湿 度和风速 等参数的综 合作用状态 。 这 三个参数 的不同组合 , 便 构 成了不同 的矿井气候 条件。 矿 井气候条 件同人体的 热平衡状态 有密切联系 , 直 接 影响着井下 作业人员的 身 体健康和 劳动生产率 的提高。一、矿 井气候对人 体热平衡的 影响人体无 论在静止状 态下还是在 运动状态下 ,都要进行 新陈代谢。人体散 热的方式主 要通过皮肤 表面与外界 的对流、 辐 射 和汗液 蒸发三种基 本形式进行 。 对 流散热主 要取决于 周围空气的 温度和风速 ; 辐 射 散热主要取 决于周围物 体的表面温 度; 蒸 发 散热则 取决于周围 空气 的相对湿 度和风速。各种气 候参数中, 空 气 温度对 人体散热起 着主要作用 。 空 气湿度影 响人体蒸发 散热的效果 。 风 速 影 响着人体 的对流散热 和蒸发的效 果。总之, 矿井气候条 件对人体热 平衡的影响 是一种综合 作用,各参 数之间相互 联系、相互 影响。二、矿 井空气的温 度、湿度和 风速(一) 矿井空气的 温度空气的 温度是影响 矿井气候的 重要因素。 最适宜的矿 井空气温度为 15 2 0 。矿井空 气的温度受 地面气温、 井 下 围岩温 度、 机 电设备 散热、 煤 炭等 有机物的氧 化、 人 体散热 、 水 分蒸发、 空气的压缩 或膨胀、通 风强度等多 种因素的影 响。随着井 下通风路线 的延长,空 气温度逐渐 升高。在进风 路线上,矿 井空气的温 度主要受地 面气温和围 岩温度的影 响,有冬暖 夏凉之感。工作面 温度基本上 不受地面季 节气温的影 响,且常年 变化不大。在回风 路线上, 因 通风强度 较大, 加 上 水分蒸 发和风流上 升膨胀吸热 等因素影响 , 温 度有 所下降, 常年基本 稳定。(二) 矿井空气的 湿度空气的 湿度是指空 气中所含的 水蒸气量或 潮湿程度。 有两种表示 方法:(1)绝对 湿度:指单 位体积湿空 气中所含水 蒸气的质量 ( g / m 3 ) , 用 f 表示。空气在某一温度下所能容纳的最大水蒸气量称为饱和水蒸气量,用 F 饱表示。温度越高,空气的饱和水蒸 气量越大。( 2)相对湿度:指空气中水蒸 气的实际含 量( f )与同温度下饱和水蒸气量 ( )比值的百分数,通常所说 的湿度指的 都是相对湿 度, 它 反 映的是 空气中所含 水蒸气量接 近饱和的程 度。 一 般 认为相 对湿度 在50 6 0% 对人体 最为适宜。一般情 况下, 在 矿 井进风 路线上, 有 冬干夏湿 之感。 在 采 掘工作 面和回风系 统, 因 空气温度较 高且 常年变化 不大,空气 湿度也基本 稳定,一般 都在 90% 以上, 甚至接近 100 % 。矿井空 气的湿度还 与地面空气 的湿度、井 下涌水大小 及井下生产 用水状况等 因素有关。(三) 井巷中的风 速风速是 指风流的流 动速度。 风 速过低过 高, 对 安 全生产和人 体健康也不 利, 因 此 , 井下 工作地点和 通风井巷中都要有一个合理的风速范围。此外, 规程还规定,设有梯子间的井筒或修理中的井筒,风速不得超过 8m / s ;梯子 间四周经封 闭后,井筒 中的最高允 许风速可按 上表执行。无瓦斯 涌出的架线 电机车巷道 中的最低风 速可低于上 表的规定值 ,但不得低于 0.5m / s 。综合机 械化采煤工 作面, 在 采 取煤层注水 和采煤机喷 雾降尘等措 施后, 其 最大 风速可高于 上表的规 定值,但 不得超过 5m / s 。三、衡 量矿井气候 条件的指标 和安全标准(一) 衡量矿井气 候条件的指 标干球温 度是我国现 行的最简单 的评价矿井 气候条件指 标之一, 但 它 只反映了温 度对矿井气 候条件的 影响,不 太全面,其 它评价指标 也都有一定 的局限性。等效温度是 1923 年由美国采暖通风工程师协会提出的。这个指标是通过实验,凭受试者对环境的感觉而得 出的。 实验时 , 先把三个受 试者置于某 一温度、 湿度 、 风速的已知 环境中, 并记 下自己的感 受; 然后, 再 将 他们换 到另一个相 对湿度为 100 % 、 风 速为 0、 温 度 可调的环境 中, 通 过调 节此时的温 度, 找 到 与原来的 环境相同的 感觉, 此 时的 温度值就称 为原环境的 有效温度。 这 个 指标可 以反映出温 度、 湿度 和风 速对人体 热平衡的综 合作用, 显 然, 等 效温度 越高, 人 体舒适感就 越差。 但这种 方法在矿井 的高温高湿 条 件下,湿 度与风速对 气候条件的 影响反映不 足,也没有 考 虑辐射 换热的效果 ,所以同样 存在着局限 性。井下某 一地点等效 温度的测算 方法是: 用 干 湿球温度计 ( 如 风扇湿 度计) 测 出空气的 干球温度和 湿 球温度, 再用风表测 出该地点风 流的风速, 然后从等效 温度计算图 上查得相应 的等效温度 值。(二) 矿井气候条 件的安全标 准我国现 行的评价矿 井气候条件 的指标是干 球温度。 规 程规 定:进风井 口以下的空 气温度必须在 2以上。生产矿井采掘工作面空气温度不得超过 26,机电设备硐室的空气温度不得超过 30;当空气温度超过时 ,必须缩短 超温地点工 作人员的工 作时间,并 给予高温保 健待遇。采掘工 作面的空气 温度超过 30 、机电 设备硐室的 空气温度超过 34 时,必 须停止作业 。四、矿 井空气温度 和湿度的测 定(一) 矿井空气温 度的测定测温仪器可使用最小分度 0.5并经校正的温度计。测温时间一般在 8:00?16:00h 的 时 间 内 进 行 。测定温 度的地点应 符合以下要 求:1、掘进 工作面空气 的温度测点 ,应设在工 作面距迎头 2m 处的回 风流中。2 、长壁式采煤工作面空气温 度的测点, 应在工作面 内运输道空 间中央距回 风道 口 15m 处 的 风 流 中 。采煤工 作面串联通 风时,应分 别测定。3、机电 硐室空气温 度的测点, 应选在硐室 回风道口的 回风流中。此外, 测 定 气温时应将 温度计放置 在一定地点 10m i n 后读数 , 读 数 时先读 小数再读整 数。 温 度 测点 不应靠近 人体、发热 或制冷设备 ,至少距离 0.5m 。(二) 空气湿度的 测定测量矿 井空气湿度 的仪器主要 有风扇湿度 计和手摇湿 度计, 它 们 的测定原理 相同。 常 用的 是风扇湿 度计(又称通风干湿表) , 它主要由两支相同的温度计和一个通风器组成,其中一只温度计的水银液球上包有湿纱 布, 称 为湿温 度计, 另 一只 温度计称为 干温度计, 两 只温 度计的外面 均罩着内外 表面光亮的 双层 金属保护 管, 以防热 辐射的影响 ; 通风器 6 内装有 风扇和发条 , 上紧发条 , 风扇转动 ,使风 管内产生稳 定 的气流, 干、湿温度 计的水银球 处在同一风 速下。测定相 对湿度时, 先 用仪器附 带的吸水管 将湿温度计 的棉纱布浸 湿, 然 后上 紧发条, 小 风扇 转动吸 风 ,空气从 两个金属保 护管的入口 进入, 经 中间风管 7 由上部 排出。 湿 球温度计 的温度值低 于干球温度 计的 温度值,空气的相对湿度越小,蒸发吸热作用越显著,干湿温度差就越大。根据湿温度计的读数( ,)和干、 湿度计的读 数差值( , ) , 由 表 1- 12 即可查 出空气的相 对湿度( ) 。五、矿 井气候条件 的改善改善矿 井气候主要 是从调节空 气温度和调 整风速入手 。其中,常 用的调节温 度措施简述 如下:(一) 空气预热空气预 热就是使用 蒸汽、水暖 或其它设备 ,将一部分 空气预热到 70 80 ,再使 其与冷空气 混合,混合后的空气 温度 达 到 2 以上。按冷热 空气 混合方 式的 不同, 预热 方式有 井筒 混合式 ;井 口房混 合式;井筒、 井口房混合 式三种。1、 井 筒混 合式。 这 种布 置方式是将 被加热的空 气通过专用 通风机和热 风道送入井 口以下 2m 以下, 在井筒内 进行热风和 冷风的混合 。2 、井口房混合式。这种布置 方式是将热 风直接送入 井口房内进 行混合,使 混合后的空 气温度达 到 2以上后 再进入井筒 。3 、井口房、井筒混合式。这种布置方式是前两种方式的结合,它将大部分热风送入井筒内混合,将小部分 热风送入井 口房内混合 ,再送入井 下。(二) 降温措施1、通风 降温(1 )增加风量。当热害不太严重时,用提高通风强度即增大风量的方法来降温是行之有效的降温措施。(2 )选择合理的通风系统。矿井通风系统或采区通风系统中应尽量缩短进风风流的路线长度,并使进风巷 道位于热源 温度较低的 层位中, 以 减 少风流被加 热的机会; 采 煤 工作面 通风时, 可 选择下 行通风 方式,将 机电设备、 煤炭运输地 点等选择在 回风风流中 ,以降低这 些局部热源 对工作面的 影响。(3)改革 采煤工作面 通风方式。 传统的采煤 工作面通风 方式为一进 一出的 U 型通风 ,如果视情 况改为 E 型、W 型通风 (详见第七 章) , 既缩 短了工作面 的风路长度 ,又增大了 风量,还能 使工作面的 气温降低。2、改革 采煤方法和 顶板管理(1)后退 式采煤法与 前进式相比 ,风阻小, 风量大,有 利于降温。(2 )倾斜长壁式采煤法的通风路线短,风阻小,风量大,工作面入口风流温度相应较低,对改善工作面的 气候有利。(3 )采用充填法管理顶板,避免或减少了全部跨落法管理顶板所造成的采空区冒落岩石的散热和采空区热 风的散热, 可降低工作 面风流的温 度。3、减少 各种热源散 热如减少 煤炭在井下 的暴露时间 ; 在 高温岩 壁与巷道支 架之间充填 隔热材料; 井 下 大型机 电设备硐室 设置单独 的通风道; 对温度较高 的压气管路 和排热水管 用绝热材料 包裹;及时 封堵或合理 排除井下热 水等。4、制冷 降温当采用 通常的降温 措施不能有 效地解决采 掘工作面等 局部地点的 高温问题时 , 就 必须采用 机械制冷 设备强制制冷,即矿井空调技术。目前机械制冷方法有三种:地面集中制冷机制冷;井下集中制冷机制冷;井下移 动冷冻机制 冷。第四节 井巷中 风速与风量 的测定单位时 间内通过井 巷断面的空 气体积叫做 风量, 它 等于 井巷的断面 积与通过井 巷的平均风 速的乘积 。因此, 测 量 风量时 必然测定风 速。 风 速和风 量测定是矿 井通风测定 技术中的重 要组成部分 , 也是矿 井通 风管理中 的基础性工 作。规程规定:矿井必须建立测风制度,每 10 天进行一次全面测风。对采掘工作面和其它用风地点,应 根据实际需 要随时测风 ,每次测风 结果应记录 并写在测风 地点的记录 牌上。矿井应 根据测风结 果采取措施 ,进行风量 调节。一、井 巷断面上的 风速分布空气在 井巷中流动 时, 风 速在巷 道断面上的 分布是不均 匀的。 一 般来 说, 位 于 巷道轴 心部分的风 速 最大, 靠 近 巷道周壁部 分的风速最 小, 通 常所谓 巷道内的风 速都是指平 均风速 v 均。 平 均风速 v 均与最 大 风速 v 大的比 值叫做巷道 的风速分布 系数(速度 场系数) , 用 K 速表示 ,其值与井 巷粗糙程度 有关,巷道 周壁越光 滑, K 速就越 大, 即断 面上的风速 分布越均匀 。 据调查 , 对于砌 碹巷道, K 速 0 .8 0.86 ; 木棚支 护巷道, K 速 0 .68 0.8 2 ;无支 护巷道, K 速 0 .74 0 .81 。需要注 意的是, 由 于受到井 巷断面形状 、 支 护形 式、 直 线 程度及障碍 物的影响, 最 大 风速不一定 正 好位于井 巷的中轴线 上,风速分 布也不一定 具有对称性 。二、测 风仪表测量井 巷风速的仪 表叫风表, 又 称风速计 。 目 前, 煤 矿中 常用的风表 按结构和原 理不同可分 为机械 式 、热效式 、电子叶轮 式和超声波 式等几种。(一) 机械式风表机械式 风表是目前 煤矿使用最 广泛的风表 。 它 全部采用 机械结构, 多 用 于测量 平均风速, 也 可以 用 于点风速 的测定。 按 其 感受风 力部件的形 状不同, 又 分 为叶轮 式和杯式两 种, 其 中, 杯 式 主要用 于气象部 门 ,也可用 于煤矿井下 ;叶轮式在 煤矿中应用 广泛,是本 节介绍的重 点。机械叶 轮式风表由 叶轮、 传 动蜗轮、 蜗 杆、 计 数器、 回 零压 杆、 离合 闸板、 护 壳等构成。 风表的叶 轮由 8 个铝合 金叶片组成 , 叶 片与转轴的 垂直平面成 一定的角度 , 当 风流吹动叶 轮时, 通 过传动机构 将运 动传给计 数器, 指 示出叶轮的 转速。 离 合闸板的作 用是使计数 器与叶轮轴 联结或分开 , 用来开 关计数器。 回零压杆 5 的作用 是能够使风 表的表针回 零。风表按 风速的测量 范围不同分 为高速风表 ( 0.8 25m / s ) 、 中 速风表 ( 0.5 1 0m / s ) 和 微 ( 低 ) 速 风表 ( 0.3 5m / s ) 三 种。 三 种风表的 结构大致相 同, 只 是叶 片的厚度不 同 ,起动风 速有差异。由于风 表结构和使 用中机件磨 损、 腐 蚀等影 响, 通 常风表 的计数器所 指示的风速 并不是实际 风速, 表速(指示风速)v 表与实际风速(真风速) v 真的关系可用风表校正曲线来表示。风表出厂时都附有该风表的校 正曲线,风 表使用一段 时间后,还 必须按规定 重新进行检 修和校正, 得出新的风 表校正曲线 。风表的 校正曲线可 用下面的表 达式来表示 :v 真= a +bv 表 ( 1- 2 )式中 v 真 ?真风速 , m / s ;a ?表明风 表启动初速 的常数,决 定于风表转 动部件的惯 性和摩擦力 ;b? 校正常 数,决定于 风表的构造 尺寸;v 表 ?风表的 指示风速, m / s 。(二) 热效式风表我国目前生产的主要是热球式风速计。它的测风原理是,一个被加热的物体置于风流中,其温度随风速 大小和散热 多少而变化 , 通 过测量物体 在风流中的 温度便可测 量风速。 由 于 只能测瞬时 风速, 且 测风环境 中的灰尘及 空气湿度等 对它也有一 定的影响, 所以这种风 表使用不太 广泛,多用 于微风测量 。(三) 电子叶轮式 风表电子叶轮式风表由机械结构的叶轮和数据处理显示器组成。它的测定原理是,叶轮在风流的作用下旋转 , 转速与 风速成正比 , 利用叶 轮上安装的 一些附件, 根 据光 电、 电感等原 理把叶轮的 转速转变成 电量,利 用电子线路 实现风速的 自动记录和 数字显示。 它的特点是 读数和携带 方便,易于 实现遥测。(四) 超声波风速 计超声波 风速计是利 用超声波技 术, 通 过测 量气流的卡 蔓涡街频率 来测定风速 的仪器, 目 前 主要用于 集中监控 系统中的风 速传感器。 它 的特点是结 构简单, 寿命 长, 性能稳定 , 不受风流的 影响, 精度高 ,风 速测量范 围大。三、测 风方法及步 骤(一) 测风地点井下测 风要在测风 站内进行, 为 了准确 、 全 面的 测定风速、 风 量, 每 个矿 井都必须建 立完善的测 风 制度和分 布合理的固 定测风站。 对测风站的 要求如下:(1 )应在矿井的总进风、总回风,各水平、各翼的总进风、总回风,各采区和各用风地点的进、回风巷中 设置测风站 ,但要避免 重复设置。(2)测风 站应设在平 直的巷道中 ,其前后各 10m 范围内 不得有风流 分叉、断面 变化、障碍 物和拐弯等局部