矿井通风课件第1章矿井空气.ppt

1,通风安全学,2,一、学习该课程必要性：,1.煤炭在我能源的地位？2.煤矿开采主要存在哪些灾害？,3,煤炭在一次能源结构中的地位,中国的一次能源结构,76.86%,2.56%,18.91%,2.42%,0.54%,煤,石油,天然气,水电,核能,4,我国煤炭生产的现状,中国已有6000年以上的悠久用煤史，已知的关于煤炭事故的最早记载是万历十九年(公元1591年)春三月发生在甘肃靖远的一起煤井火灾事故，当场就烧死三人，造成“手足俱碎”的惨状。我国煤炭工业目前仍属劳动密集型产业，而且员工文化技术素质偏低，国有重点煤矿高中文化以上的比例为39%，乡镇煤矿中文盲过半。,煤炭开采是高危险行业,煤矿安全由于受煤矿生产条件所限，煤炭生产存在水、火、瓦斯、矿压等灾害，使得井下作业属于高危行业。,5,6,煤矿安全状况严峻,01-03年，我国百万吨死亡率平均为5.03，是印度的12倍，俄罗斯的16倍，美国的182倍。,7,矿井通风的任务及作用：,风供给井下人员呼吸，保障井下作业人员的身体健康和生命安全；风稀释和排除井下各种有害气体和矿尘，创造良好的工作环境；平顶山某矿“9.7”重大高氮缺氧窒息事故1982年9月7日平顶山某矿戊8-179综采面正在安装，当时矿井为压入式通风，该采面下行通风，且为无煤柱开采。因主要通风机轴承发热，停风13min后，造成一起严重的高氮缺氧窒息事故，上区段采空区从小绞车窝涌出的高氮气体，使工作面23人其中9人窒息死亡，14人经抢救得救。风防止瓦斯、煤尘爆炸；义马某矿“1.25”特大瓦斯爆炸事故义马某矿属低沼矿井，1997年1月25日该矿11101综采工作面正在进行维修电焊作业，东风井突然停电（8min）停风，来电后，送电送风时发生瓦斯爆炸，造成该工作面的31人全部遇难。平顶山韩庄某矿“8.25”特大瓦斯爆炸事故1999年8月25日平顶山韩庄某矿，因欠电费供电局所属变电站拉闸，全矿停电11min，来电送风后（1min左右）井下发生瓦斯爆炸，死亡55人。,8,风以风治火，防治自燃火灾；风灾变时控制风流，防止事故扩大，抢救遇险遇难人员。1976年8月13日郑煤集团（原新密矿务局）某煤矿下山采区51031煤巷掘进工作面8点班上班后，一工人拿起煤电钻打眼，当拉动电钻电缆时，因电缆明接头引起短路着火。工人一见着火，惟恐瓦斯爆炸，根本没有灭火意识，纷纷逃命。从而使小电缆引燃大电缆（开关无短路保护），而后引燃了支架，浓烟向上通过绕巷风门（因运料打开未关）进入上山运输巷及上山采区上部采煤工作面以及大巷北石门岩巷掘进头，共有129人受到伤害，93人死亡，36人严重受伤或致残。风治理煤矿瓦斯、煤尘、火灾的基础,9,排除全矿井瓦斯量的80%90%；排除回采工作面瓦斯量的70%80%；排除装有抑尘装置回采工作面的粉尘量的：20%30%；排除深井回采工作面热量的60%70%；供给矿井的新鲜空气的质量约为矿井采煤量的5-18倍。由此可见，矿井通风在煤矿生产过程中的地位，是矿井不可缺少的重要环节。风是煤矿井工开采的命脉，矿井通风技术是解决煤炭工业安全生产问题的基本措施之一。,10,需要解决的问题：1.需要什么样的空气？2.需要多少风量？3.如何产生这些风量？4.如何分配这些风量？,11,二、该课程的学习的重点和难点三、成绩评定,空气流动基本理论、通风阻力和动力、矿井瓦斯、火灾、粉尘和水灾,平时成绩：占30%，包括点名，课堂提问，课后作业考试成绩：占70%,12,四、主要参考书：,1吴中立主编矿井通风与安全中国矿大出版社2张国枢主编通风安全学中国矿业大学出版社3煤矿安全规程2005年版4张国枢编著，矿井实用通风技术，煤炭工业出版社5赵以蕙著，矿井通风与空气调节，中国矿业大学出版社，6学术刊物：煤矿安全、煤碳学学报、煤碳工程、中国安全科学学报等,13,五、内容简介,第1章矿井空气第2章矿井空气流动基本理论第3章井巷通风阻力第4章通风动力第5章矿井通风网络中风量分配与调节第6章局部通风第7章通风系统与通风设计,14,第8章矿井空气调节概论第9章矿井瓦斯第10章火灾防治第11章矿尘防治第12章矿山防水第13章矿山救护,15,第一章矿井空气,16,一、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2、矿井空气主要有害气体及其基本性质、质量浓度标准、3、矿井气候条件标准二、重点难点：1、矿井空气主要有害气体的质量浓度标准；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；,17,本章需要解决的问题,1.我们需要什么样的空气？2.矿井中有哪些有害气体？它们是从哪儿来的？对它们的控制要求是什么？3.如何评价矿井气候条件？,18,在矿井生产过程中，必须源源不断的将地面空气输送到井下各个作业地点，以供人员呼吸，并稀释和排除井下各种有毒、有害气体和矿尘。创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。这种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。,19,矿井通风的发展：约在1640年，人们开始把进风和回风路线分开，以利用自然通风压力进行矿井通风。为了加大通风压力，1650年在回风路线上设置火筐，1787年又在回风路线上设置火炉，使回风风流加热。1807年风量约200m3min的活塞式空气泵、1849年转速约95rmin风量约500m3min的蒸气铁质离心式扇风机、1898年电力初型轴流式扇风机相继投入使用。20世纪40年代以来，矿井已使用功率约1500kW和3000kw的电力轴流式和离心式大型扇风机。,20,1672年人们只知道身穿潮湿衣帽，伏在底板上，手举一装有燃着蜡烛的木棍，来点燃局部积存的沼气。后来改用背上有燃着的蜡烛的骡马去点燃沼气。1813年开始用安全灯照明并检查沼气和二气化碳的浓度。20世纪40年代以来各种气体的检测技术有了较大的发展。特别是60年代以来，风流中各参数(沼气和一氧化碳的浓度风速、压力、温度等)已经实现了遥测和遥讯。1745年，俄国科学家MBOMOHOCOB发表了空气在矿井流动的理论，1764年法国采矿工程师JARS发表了关于矿井自然通风的理论，成为矿井通风学科史上奠基的两篇论文。20世纪以来，发表和出版了许多关于矿井通风的论文和专著。现在矿井通风已成为内容丰富的一门学科。,21,第一节矿井空气成份一、地面空气的组成地面空气:是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。干空气:是指完全不含有水蒸汽的空气。其主要成分如下。气体成分按体积计按质量计备注氧气（O2）20.9623.32惰性稀有气体氦、氮气（N2）79.076.71氖、氩、氪、二氧化碳（CO2）0.040.06氙等计在氮气中湿空气中含有水蒸气，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。,22,二、矿井空气的主要成分及基本性质地面空气进入井下时，由于受到污染，其成分和性质要发生变化。故有新鲜空气和污浊空气之分。新鲜空气：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：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，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。但在新鲜空气中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。,23,1氧气(O2)氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体,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。人体输氧量与劳动强度的关系劳动强度呼吸空气量（L/min）氧气消耗量（L/min）休息6-150.20.4轻劳动20-250.6-1.0中度劳动30-401.2-2.6重劳动40-601.8-2.4极重劳动40-802.5-3.1,24,矿井空气中氧浓度降低的主要原因有：人员呼吸；煤岩和其他有机物的缓慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸；此外，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。人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系氧浓度/%主要症状17静止时无影响，工作时能产生喘息和呼吸困难15呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力降低，失去劳动能力1012失去理智，时间稍长有生命危险69失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内可能导致死亡,25,2二氧化碳(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1.52），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。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的。二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，所以在抢救遇难者进行人工输5%氧时用。矿井空气中二氧化碳的主要来源是：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。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11000m3。,26,3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。正因为氮气具有的惰性，因此可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出,灭火人为注氮。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。,27,三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准煤矿安全规程依据其主要成分（O2、CO2）作了明确的规定。采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20；二氧化碳浓度不得超过0.5；总回风流中不得超过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。国外规定，国际劳工局规定进风流中氧气浓度19%。俄罗斯、德国工作地点氧气浓度20%。美国、日本规定行人巷道中氧气浓度19%。,28,第二节矿井空气中的有害气体,空气中常见有害气体：CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2。一、基本性质、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1375范围内时有爆炸的危险。主要危害：造成人体血液“窒息”（血液中血红素）。据统计，在煤矿发生的瓦斯爆炸、煤尘爆炸及火灾事故中，约7075%的死亡人员都是因一氧化碳中毒所致。,29,、一氧化碳（CO）CO中毒症状与浓度的关系CO体积浓度主要症状0.0223小时可能引起轻微头痛0.0481小时内出现轻微的中毒症状0.0840分钟内头痛，眩晕和恶心。2小时体温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能昏迷0.32510分钟内头痛，眩晕。半小时可能出现昏迷并有死亡危险1.28几分钟内出现昏迷和死亡主要来源：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。,30,、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。硫化氢相对密度为1.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解2.5个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.345.5时有爆炸危险。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。1971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。,31,、硫化氢（H2S）主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主，浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。浓度标准0.00066%H2S中毒症状与浓度的关系H2S浓度（体积）/%主要症状0.00250.003有强烈臭味0.0050.0112小时内出现眼及呼吸道刺激症状，臭味“减弱”或“消失”0.0150.02出现恶心，呕吐，头晕，四肢无力，反应迟钝。眼及呼吸道有强烈刺激症状0.0350.0450.51小时内出现严重中毒，可发生肺炎，支气管炎及肺水肿，有死亡危险0.060.07很快昏迷，短时间内死亡,32,、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。主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，6小时甚至更长时间才出现中毒征兆。中毒者指头出现黄色斑点，头发发黄，吐黄色痰液，发生肺水肿，引起呕吐甚至死亡。主要来源：井下爆破工作。,33,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。表1-6二氧化氮的中毒程度与浓度的关系,34,4.二氧化硫(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，易溶于水。主要危害：遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水肿。当浓度达到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。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(NH3)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。主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。,35,6.氢气(H2)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100200，主要危害：当空气中氢气浓度为474时有爆炸危险。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、或煤氧化。主要有害气体中：CO、H2S、NH3、H2等有爆炸危险性。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（CH4），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。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。,36,二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大，因此，规程对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。矿井空气中有害气体的最高容许浓度有害气体名称符号最高容许浓度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.004氢H20.5%规程中规定CO的最高允许浓度为其轻微中毒（0.048%）的1/20，NO2的最高允许浓度为其危险中毒浓度（0.025%）的1/100。可见只要严格遵守规程规定，就可避免有害气体对人体的危害。,37,补充：体积浓度和质量浓度的换算原则：,38,四、防止有害气体危害的措施1、加强通风。2、加强对有害气体的检查。3、瓦斯抽放。4、放炮喷雾或使用水炮泥。5、加强对通风不良处和井下盲巷的管理。6、井下人员必须随身佩带自救器。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（NO2、H2S中毒除外）或其它急救措施。,39,第三节矿井气候矿井气候：温度、湿度和流速一、矿井气候对人体热平衡的影响人体新陈代谢获得能量；部分用来维持人体自身的生理机能活动以及满足对外做功的需要，其余部分必须通过散热的方式排出体外，才能保持人体正常的生理功能。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度与周围物体的表面；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。,人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qchqm人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；qw人体用于做功而消耗的热量，qm-qw人体排出的多余热量；qd人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；qz汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；qf人体与周围物体表面的辐射散热量，可正，可负；qch人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，qch=0；当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高qch0，人体温度降低，qch0,40,矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素。空气温度：对人体对流散热起着主要作用。当气温低于体温时，对流和辐射是人体的主要散热方式，温差越大，对流散热量越多，当气温等于体温时，对流散热完全停止，蒸发成了人体的主要散热方式。当气温高于体温时，对流传递给人热量，蒸发几乎成为人体惟一的散热方式。最适宜的矿井空气温度为15-20。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。,41,相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。随气温的升高，蒸发散热的作用越来越强。若相对湿度较大，汗液就难于蒸发，不能起到蒸发散热的作用，人体就会感到闷热。一般认为相对湿度在5060%对人体最为适宜。风速：影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风速而增大，风速越大，对流散热量也越大。当周围气温小于人体体温时，失热；当周围气温大与于人体体温时，得热。风速越大，蒸发越大。同时湿交换效果也随风速增大而加强。,42,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；无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风不得低于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，其最大风速不得超过5m/s。,43,矿井气候条件对人体热平衡的影响是一种综合的作用，如人处在气温高、湿度大、风速小的高温潮湿环境中，散热效果都很差，这时由于人体散热太慢，体温升高、心率加快、身体不好服等症状，严重时可导致中暑、甚至死亡。相反，人体会感到很冷，同样也不舒适因此，调节和改善矿井气候条件也是矿井通风的基本任务之一。,44,二、衡量矿井气候条件的指标1.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。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平衡的综合作用。2.湿球温度湿球温度是可以反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响，比干球温度要合理些。但这个指标仍没有反映风速对人体热平衡的影响。,45,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。,46,3.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。当气温在2536的范围内，等效温度和湿球温度基本上呈线性关系，两者具有同样的意义，因而也是不完善的。4.同感温度同感温度(也称有效温度)是1923年由美国采暖工程师协会提出的。通过实验得出实验时，将三个受试者置于一个温度为t、相对湿度为，风速为的已知环境中，并记下他们的感受，然后把他们请到另一个温度(用t1表示)可调，相对湿度为l00，风速为0的环境里，通过调节温度t1使他们的感受与第一个环境相同，那么则称t1为第一个环境的同感温度。反映出温度、湿度和风速这三者对人体热平衡的综合作用。显然，同感温度越高，人体舒适感就越差。,47,图2.1等效温度图,在同一条有效温度线上具有相同的热感觉有效温度线与50相对湿度线的交点上标注着等效温度的数值，例如，通过t25，50的两线的交点的虚线即为25等