第一章矿井空气

第一章 矿井空气 第一节矿井空气成分 矿井通风概念 利用机械或自然通风动力 使地面空气进入井下 并在井巷中作定利用机械或自然通风动力 使地面空气进入井下 并在井巷中作定 向和定量地流动 最后排出矿井的全过程称为矿井通风向和定量地流动 最后排出矿井的全过程称为矿井通风 通风的目的 供给人员呼吸 并稀释和排除井下各种有毒 有害气体和矿尘 创造 良好的工作环境 保障井下作业人员身体健康和安全 矿井空气 地面空气进入矿井以后即称为矿井空气矿井空气 地面空气进入矿井以后即称为矿井空气 地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体 亦称为湿空气地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体 亦称为湿空气 新鲜空气新鲜空气 一般来说 将井巷中用风地点以前 受污染程度较轻的进风巷道内的空气 污浊空气 一般来说 用风地点以后 受污染程度较重的回风巷道内的空气污浊空气 一般来说 用风地点以后 受污染程度较重的回风巷道内的空气 新鲜矿井空气中其主要成分仍然是氧 氮和二氧化碳新鲜矿井空气中其主要成分仍然是氧 氮和二氧化碳 1 氧气 氧气 O2 人体维持正常生命过程所需的氧气量 取决于人的体质 精神状态和劳动强度等人体维持正常生命过程所需的氧气量 取决于人的体质 精神状态和劳动强度等 造成矿井空气中氧浓度降低的主要原因主要原因 1 人员呼吸 2 煤岩和其他有机物的缓慢氧化 3 煤炭自燃 4 瓦斯 煤尘爆炸 5 煤岩和生产过程中产生的各种有害气体 也使空气中的氧浓度相对降低 缺氧窒息是造成矿井人员伤亡的原因之一 缺氧窒息是造成矿井人员伤亡的原因之一 2 二氧化碳 二氧化碳 CO2 二氧化碳不助燃 也不能供人呼吸 略带酸臭味 二氧化碳比空气重 其比重为二氧化碳不助燃 也不能供人呼吸 略带酸臭味 二氧化碳比空气重 其比重为 1 52 在 在 风速较小的巷道中底板附近浓度较大 在风速较大的巷道中 一般能与空气均匀地混合 风速较小的巷道中底板附近浓度较大 在风速较大的巷道中 一般能与空气均匀地混合 在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的 但当空气中二氧化碳的含量过高时 在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的 但当空气中二氧化碳的含量过高时 也将使空气中的氧浓度相对降低 轻则使人呼吸加快 呼吸量增加 严重时也可能造成人也将使空气中的氧浓度相对降低 轻则使人呼吸加快 呼吸量增加 严重时也可能造成人 员窒息 员窒息 矿井空气中二氧化碳的主要来源主要来源 煤和有机物的氧化 人员呼吸 碳酸性岩石分解 炸药 爆破 煤炭自燃 瓦斯 煤尘爆炸等 此外 有的煤层和岩层也能长期连续地放出二氧化 碳 有的甚至能在很短的时间内 突然喷出或与煤岩粉一起突然大量喷出二氧化碳 对矿 井的安全带来极大的危害 3 氮气 氮气 N2 氮气是一种惰性气体 是新鲜空气中的主要成分 它本身无毒 不助燃 也不供呼吸 但 空气中含氮量升高 则势必造成氧含量相对降低 从而也可能造成人员的窒息性伤害 矿井空气中氮气主要来源 井下爆破和生物的腐烂 有些煤岩层中也有氮气涌出 煤矿安全规程 对矿井空气主要成分 氧气 二氧化碳 的浓度标准规定 采掘工作面进风流中的 氧气浓度 20 二氧化碳浓度 0 5 总回风流中 二氧化碳浓度 0 75 当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到 1 5 或采区 采掘工作面回风道风流中二氧化碳 浓度超过 1 5 时 必须停工处理 第二节矿井空气中的有害气体 矿井中常见的有害气体主要有一氧化碳 CO 硫化氢 H2S 二氧化氮 NO2 二氧化硫 SO2 氨气 NH3 氢气 H2 1 一氧化碳 CO 一氧化碳是一种无色 无味 无臭的气体 相对密度为 0 97 微溶于水 能与空气均匀地 混合 一氧化碳能燃烧 当空气中一氧化碳浓度在 13 75 范围内时有爆炸的危险 一氧化碳主要来源 爆破 矿井火灾 煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等 2 硫化氢硫化氢 H2S 硫化氢无色 微甜 有浓烈的臭鸡蛋味 当空气中浓度达到 0 0001 即可嗅到 但当浓度 较高时 因嗅觉神经中毒麻痹反而嗅不到 硫化氢能燃烧 空气中硫化氢浓度为 4 3 45 5 时有爆炸危险 硫化氢的主要来源 有机物腐烂 含硫矿物的水解 矿物氧化和燃烧 从老空区和旧巷 积水中放出 我国有些矿区煤层中也有硫化氢涌出 3 二氧化氮二氧化氮 NO2 二氧化氮是一种褐红色的气体 有强烈的刺激气味 相对密度为 1 59 易溶于水 二氧化 氮中毒症状与浓度的关系如表 1 2 3 所示 二氧化氮的主要来源 井下爆破工作 4 二氧化硫二氧化硫 SO2 二氧化硫无色 有强烈的硫磺气味及酸味 空气中浓度达到 0 0005 即可嗅到 其相对密 度为 2 22 在风速较小时 易积聚于巷道的底部 当空气中二氧化硫浓度达到 0 002 时 眼 及呼吸器官即感到有强烈的刺激 浓度达 0 05 时 短时间内即有致命危险 空气中二氧化硫的主要来源 含硫矿物的氧化与自燃 在含硫矿物中爆破 以及从含硫矿 层中涌出 5 氨气氨气 NH3 氨气是一种无色 有浓烈臭味的气体 相对密度为 0 596 易溶于水 空气浓度中达 30 时有爆炸危险 空气中氨气的主要来源 爆破工作 用水灭火等 部分岩层中也有氨气涌出 6 氢气氢气 H2 氢气无色 无味 无毒 相对密度为 0 07 氢气能自燃 其点燃温度比沼气低 100 200 当空气中氢气浓度为 4 74 时有爆炸危险 空气中氢气的主要来源 井下蓄电池充电时可放出氢气 有些中等变质的煤层中也有氢 气涌出 二 矿井空气中有害气体的安全浓度标准二 矿井空气中有害气体的安全浓度标准 有害气体名称有害气体名称 符号符号 最高容许浓度 最高容许浓度 一氧化碳一氧化碳 氧化氮 换算成二氧化氮 氧化氮 换算成二氧化氮 二氧化硫二氧化硫 硫化氢硫化氢 氨氨 CO NO2 SO2 H2S NH3 0 0024 0 00025 0 0005 0 00066 0 004 第三节第三节 矿井气候矿井气候 矿井气候是指矿井空气的温度 湿度和流速三个参数的综合作用状态 一 矿井气候对人体热平衡的影响一 矿井气候对人体热平衡的影响 矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素 人体散热方式 皮肤与外界的对流 辐射和汗液蒸发 空气温度对人体对流散热起着主要作用 相对湿度影响人体蒸发散热的效果 风速影响人体的对流散热和蒸发散热的效果 二 衡量矿井气候条件的指标二 衡量矿井气候条件的指标 1 干球温度干球温度 干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一 干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一 特点 在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏 指标比较简单 使用方便 特点 在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏 指标比较简单 使用方便 但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响 而没有反映出气候条件对人体热但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响 而没有反映出气候条件对人体热 平衡的综合作用 平衡的综合作用 气温过高或过低 对人体都有不良的影响 最适宜的矿内空气温度是气温过高或过低 对人体都有不良的影响 最适宜的矿内空气温度是 15 20 1 影响矿内空气温度的主要因素影响矿内空气温度的主要因素 1 岩石温度 岩石温度 2 空气的压缩与膨胀 空气的压缩与膨胀 3 氧化生热 氧化生热 4 水分蒸发 水分蒸发 6 地面空气温度的变化地面空气温度的变化 7 地下水的作用地下水的作用 其它因素其它因素 2 矿内空气温度的变化规律矿内空气温度的变化规律 在进风路线上矿内空气的温度与地面气温在进风路线上矿内空气的温度与地面气温 相比 有冬暖夏凉的现象 相比 有冬暖夏凉的现象 回采工作面的气温在整个风流路线上 一般是最高的区段 回采工作面的气温在整个风流路线上 一般是最高的区段 在回风路线上 因通风强度大 水分蒸发吸热 气流向上流动而膨胀降温 使气温在回风路线上 因通风强度大 水分蒸发吸热 气流向上流动而膨胀降温 使气温 略有下降 但基本上常年变化不大 略有下降 但基本上常年变化不大 2 湿球温度湿球温度 湿球温度这个指标可以反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响 3 等效温度等效温度 等效温度定义为湿空气的焓与比热的比值 它是一个以能量为基础来评价矿井气候条 件的指标 4 同感温度 有效温度 同感温度 有效温度 实质 某一温度代替其他三个参数的人体相同感觉 5 卡他度卡他度 卡他度是卡他度是 1916 年由英国年由英国 L 希尔等人提出的 卡他度用卡他计测定 希尔等人提出的 卡他度用卡他计测定 卡他度分为 干卡他度 湿卡他度卡他度分为 干卡他度 湿卡他度 干卡他度 反映了气温和风速对气候条件的影响 但没有反映空气湿度的影响 干卡他度 反映了气温和风速对气候条件的影响 但没有反映空气湿度的影响 为了测出温度 湿度和风速三者的综合作用效果为了测出温度 湿度和风速三者的综合作用效果 三 矿井气候条件的安全标准三 矿井气候条件的安全标准 我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度 我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度 1982 年国务院颁布的年国务院颁布的 矿山安全条例矿山安全条例 第第 53 条规定 矿井空气最高容许干球温度为条规定 矿井空气最高容许干球温度为 28 2006 年年 规程规程 102 条规定 条