矿井通风-学习情景1 矿井有害气体防治与气候条件改善

,矿井通风,主讲:朱朝炳手机-mail：zhuchaobing2009,学习情境1矿井有害气体防治与气候条件改善,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的全过程称为矿井通风。,矿井通风的主要任务：把地面新鲜空气连续不断的送入井下各个用风地点，供给人员呼吸，稀释和排除有毒有害气体和矿尘，创造一个良好的矿内气候条件。（当进风流发生火灾或爆炸时，利用反风来避免或降低灾害损失）,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，其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。,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。新鲜风流：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的风流，也称新风。污浊风流：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的风流，也称乏风。尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。,1氧气(O2)在标准状况下，相对密度为1.429（比空气密度略大，空气密度为1.293）。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,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,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的无害的。二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作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。,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。,三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准煤矿安全规程对O2和CO2的浓度作了明确的规定：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；总回风流或一翼回风流中CO2浓度不得超过0.75，超过后应立即查明原因；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5或采区、采掘工作面回风巷道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%。,第二节矿井主要有害气体检测与防治,空气中常见有害气体：CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2。一、有害气体检测近年来，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，目前使用最惯犯的还是快速测定法。1、CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2的快速检测方法矿井空气中CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2的等有害气体的浓度测定，普遍采用比长式检测管法。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测定待测气体浓度的。当被测气体通过检测管时，被测气体与指示粉发生有色反应，根据指示粉的变色长度来确定其浓度。测定不同气体的检测管，其指示粉吸附不同的化学试剂。,(1)、用比长式CO检测管的检测原理及方法比长式CO检测管是一支直径46mm，长150mm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细玻璃管中，两者反应生成五氧化二碘吸附在硅胶上。当一氧化碳气体通过检测管时，一氧化碳与五氧化二碘反应使碘游离，形成一个棕色环，随着气流通过，棕色环向前移动，移动的距离和被侧环境中的一氧化碳的浓度成正比。因此，当检测管中通过定量气体后，根据棕色环移动的距离，便可以测得环境中的一氧化碳的浓度。,（2）用比长式H2S检测管的检测原理及方法比长式H2S检测管也以活性硅胶为载体，吸附化学试剂为醋酸铅。当含有硫化氢的气体通过检测管时，便与指示粉反应，在玻璃管内形成一个棕色变色柱，随着气流通过，棕色环向前移动，移动的距离和被侧环境中的硫化氢的浓度成正比。根据变色柱的距离，便可测得环境空气中硫化氢的浓度。（3）用比长式CO2检测管的检测原理及方法二氧化碳检测管和上述两种基本相同，它是以活性氧化铝为载体，吸附带有变色指示剂的氢氧化钠充填于玻璃管中。当含有二氧化碳的气体通过检测管时，便与活性氧化铝上所载的氢氧化钠反应，由原来蓝色柱变为白色柱向前移动，移动的距离和被侧环境中的二氧化碳的浓度成正比。其他有毒有害气体的比长管结构和工作原理与CO基本相同，只是指示粉不同，颜色变化各异。,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。如右图示。采样器由变换阀和活塞筒等部分组成。活塞筒6用来抽取气样，变换阀4则可以改变气样流动方向或切断气流。当阀门把手3处于垂直位置时，活塞筒与接头胶管2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1相通；当阀门把手处于45位置时，变换阀将活塞筒与外界气体隔断。在活塞拉杆7上刻有标尺，可以表示出手柄拉动到某以为只是吸入活塞筒的气样体积（mL）。,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，可采用增加送气次数法，测得的浓度值除以次数；如果气体浓度过大，可先稀释后再进行测定，但结果要乘以稀释倍数。,2、CO、H2S、NO2、SO2、NH3等有害气体的快速测定（1）所需仪器设备手动采样器、秒表、气普发生器、CO检测管、CO2检测管、H2S检测管，长颈漏斗、烧瓶、烧杯、广口瓶(2)实验内容与步骤1）试样气体制备HCOOHCO+H2O浓硫酸作脱水剂FeS+2HCLFeCL2+H2SCaCO3+HCLCaCL2+H2O+CO2,2）测定方法按照采样器的正确使用方法取样、送样、从检测管浓度标尺上读数。即使用手动采样器时，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3、瓦斯的快速检测煤矿中用于检测瓦斯的仪器有光学瓦斯检定器、便携式瓦斯监测报警仪、瓦斯监测监控系统等。,二、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）。,、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CO中毒最明显的症状是中毒者黏膜和皮肤呈樱桃红色。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。火灾和爆炸事故中70%-75%的死亡人员都是因CO中毒所致。,、硫化氢（H2S）硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋气味，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。,、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,、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：毒性最强的有害气体，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，严重时可以引起肺水肿。二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%出现严重中毒。NO2中毒症状与浓度的关系NO2浓度（体积）/%主要症状0.00424小时内出现咳嗽症状0.006短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸痛0.01短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹，严重咳嗽，恶心，呕吐0.025短时间内可能出现死亡主要来源：井下爆破工作。如工人们吸入炮烟过多造成NO2中毒，第二天死亡。所以要引起大家足够的重视。,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。,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。,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。,2、矿井有害气体防治措施加强通风。稀释到规程规定的安全标准以下并排出井下。加强对有害气体的检查。瓦斯抽放。可以减少矿井瓦斯涌出，减轻通风压力，还可以利用。放炮喷雾或使用水泡泥。喷雾器和水泡泥爆破后产生的水雾能溶解炮烟中的二氧化碳、二氧化氮等有害气体。加强对通风不良处和井下盲巷的管理。工作面采空区及时封闭；不通风或者临时停风要设置栅栏等警示标志，需要进入时先检测有害气体，确定无害再进入。井下人员必须随身佩戴自救器。对缺氧窒息或中毒人员及时进行抢救。一般是先将伤员移到新鲜风流中，根据具体情况进行人工呼吸（NO2,H2S中毒除外）或其他急救措施。向煤层中注入石灰水，即CaO溶液。,补充1、人工呼吸口对口吹气、仰卧压胸、俯卧压背(1)病人取仰卧位，即胸腹朝天。(2)救护人站在其头部的一侧，自己深吸一口气，对着伤病人的口(两嘴要对紧不要漏气)将气吹人，造成吸气为使空气不从鼻孔漏出，此时可用一手将其鼻孔捏住，然后救护人嘴离开，将捏住的鼻孔放开，并用一手压其胸部，以帮助呼气这样反复进行，每分钟进行14-16次。如果病人口腔有严重外伤或牙关紧闭时，可对其鼻孔吹气(必须堵住口)即为口对鼻吹气。救护人吹气力量的大小，依病人的具体情况而定。一般以吹进气后，病人的胸廓稍微隆起为最合适。,2、心脏复苏：心前区叩击术、胸外心脏按压,第三节矿井气候矿井气候是指矿井空气的温度、湿度和风速等参数综合作用的状态。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风速；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风速。,人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qchqm-qw人体排出的多余热量;qm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；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,补充：对流散热：紧贴身体的空气与皮肤传导温度，结果空气温度升高，体积膨胀而上升，冷空气接着来补充，体表又与新移动过来的较冷空气进行热量交换，因而不断带走热量。（对流传热流体与温度不同于该流体的固体壁面直接接触时相互之间的热量传递。）辐射散热：由温度较高的物体表面（一般为皮肤）发射红外线，而由温度较低的物体接收的散热方式。不管环境温差怎么样，辐射和吸收都是在不断进行的，只不过高温物体的辐射率要比吸收率大，而低温物体的辐射率要小于吸收率，所以低温物体温度会升高。,矿井气候条件的三要素温度、湿度和风速，是影响人体热平衡的主要因素。（1）空气温度1）矿井空气温度：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是1520C，我国煤矿安全规程规定采掘工作面温度不得超过26，机电硐室温度不得超过30；当空气温度超过规定时，必须缩短超温地点的工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面温度超过30，机电硐室温度超过34时必须停工。,2）矿井温度的测定使用普通温度计或湿度计中的干球温度测定空气温度。测温时间一把般在8：0016：00。测温地点符合以下要求：掘进工作面应在距工作面迎头2m处的回风流中；长壁式采煤工作面的温度测点应在工作面内运输巷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，应分别测量；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在一定地点10min后读数，读数时先读小数再读整数。温度测点不应靠近人体，距离发热或者制冷设备至少0.5m。,（2）矿井空气的湿度：绝对湿度和相对湿度1）矿井空气的湿度：绝对湿度和相对湿度绝对湿度：单位体积湿空气中所含水蒸气的量（g/m），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汽量，用F饱表示，一般温度越高，饱和水蒸汽量越大。,相对湿度：空气中水蒸气的实际含量（f）与同温度下饱和水蒸汽量（F饱）的比值的百分数。通常所说的湿度是指相对湿度，它反映了空气中所含水蒸气的量接近饱和的程度，一般认为相对湿度在5060对人体最为适宜。巷道中为什么有“冬干夏湿”的感觉？因为冬天冷空气进入井下后温度要升高，空气的饱和水蒸气量加大，沿途吸收水分，因而井巷显得干燥；夏天的热空气进入井下后，温度要降低，饱和水蒸汽量逐渐减小，空气中的一部分水分凝结成水珠落下，使井巷显得潮湿，故有冬干夏潮之感。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，空气湿度相对稳定，一般都在90以上甚至100.,2）矿井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），如右图。它主要有两支相同的温度计1，2和一个通风器6组成，其中2的水银液球上包有湿纱布，称为湿温度计，另一支称为干温度计，两支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7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，小风扇转动吸入空气从两个金属保护管入口进入，经中间风管后从上部排出。根据湿温度计的读数和干湿温度计的读数差值查表得空气的相对湿度。,2、手摇湿度计,（3）井巷中的风速风速指风流的流动速度。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。风速越大，蒸发越快。同时湿交换效果也随风速增大而加强。风速过低，汗水不易蒸发，人体感到闷热，有害气体和矿尘也不易排散；风速过高，散热过快，易使人感冒，并造成井下落尘飞扬，对安全生产和人体健康不利。,煤矿安全规程规定的不同巷道中的允许风速标准,煤（岩）与瓦斯突出矿井严禁使用架线式电机车。,设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s;无瓦斯涌出的架线机车航道中的最低风速可低于上表，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以后，其最大风速可高于上表的规定值，但不得超过5m/s.,不同风速对应的风级,风级1相当风速（m/s）0.3-1.51级青烟随风偏风级2相当风速（m/s）1.6-3.32级轻风吹脸面风级3相当风速（m/s）3.4-5.43级叶动红旗展风级4相当风速（m/s）5.5-7.94级风吹飞纸片风级5相当风速（m/s）8.0-10.75级带叶小树摇风级6相当风速（m/s）10.8-13.86级举伞步行艰风级7相当风速（m/s）13.9-17.17级迎风走不便风级8相当风速（m/s）17.2-20.78级风吹树枝断,二、矿井气候条件的指标测定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。,3.等效温度等效温度(也称有效温度)是1923年由美国采暖工程师协会提出的。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，等效温度越高人体的舒适感就越差。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为第一个环境的等效温度。例：测得某一采煤工作面风流的干球温度为25，湿球温度为23，风速为1.5m/s，求其等效温度。,等效温度计算表,4.卡他度卡他度是1916年由英国L希尔等人提出的，表示与人的体温接近的卡它温度计向外界散热的速度。卡它计是一种酒精温度计。卡他计下端有一个比普通湿度计大的贮液球，上端有一个小空腔，玻璃管上只有35和38两个刻度，其平均值恰好等于人体的正常体温(36.5)。测定时，先把卡它计的贮液球置于55C左右的热水中加热，当酒精柱上升至小空腔的一半时取出，擦干贮液球表面水分，然后将其悬挂于待测空气中，由于液球散热，酒精柱开始下降，用秒表记下从38降到35所需时间t，然后可用下式求得干卡他度Kd。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。Kd=F/tmcal/scm2,5.卡他度湿卡他度（Kw）：是在卡他计贮