第一章 矿井空气(第1-4节)

1、矿井通风与安全矿井通风与安全第一章第一章 矿井空气矿井空气第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 一、地面空气与井下空气一、地面空气与井下空气（一）地面空气的主要成分 1、氧气:20.96% 2、氮气:79% 3、二氧化碳:0.04% （二）井下空气与地面空气的不同（二）井下空气与地面空气的不同1、氧气含量减少；2、有毒有害气体含量增加；3、粉尘浓度增大；4、空气的温度、湿度、压力等发生变化。（三）新风与污风（三）新风与污风新鲜风流（新风）：到达用风地点以前的风流，空气成分变化不大。污风风流（污风）：经过用风地点以后的风流。二、矿井空气主要成分的基本性质二、矿井空气主要成分的基本性质 （一）氧

2、气（02） 无色、无嗅、无味；对空气的相对密度 1.105；能助燃。 氧气是维持人体正常生理机能所不可缺少的气体。人在休息时的需氧量为0.20.4L/min；在工作时为13 L/min。 氧气浓度（体积）/%人体主要症状1715101269静止状态无影响，工作时会感到喘息、呼吸困难和强烈心跳呼吸及心跳急促，无力进行劳动失去知觉，昏迷，有生命危险短时间内失去知觉，呼吸停止，可能导致死亡表表1-1 1-1 人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系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

3、有害气体等。 （二）氮气（二）氮气（N N2 2）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。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（CO2）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。当空气中的二氧化碳浓度过高时，将使空气中的氧气含量相对降低，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。二氧化碳浓度（体积）/% 人体主要症状135101020202

4、5呼吸加深，急促 呼吸急促，心跳加快，头痛，很快疲劳呼吸困难，头痛，恶心，耳鸣头痛，头昏，呼吸困难，昏迷呼吸停顿，失去知觉，时间稍长会死亡短时间中毒死亡表表1-2 1-2 空气中二氧化碳浓度对人体的影响空气中二氧化碳浓度对人体的影响二氧化碳比空气重，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。三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准1、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%。2、矿井总回风

5、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。3、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。 四、矿井空气主要成分的检测方法四、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）取样分析法：气瓶取样，分析仪器分析（气相色谱仪）。特点：分析精度高，定性准确；速度慢；操作复杂。适用于井下火区成分检测。（二）快速测定法 ：1、便携式仪器就地检测；2、比长式鉴定管检测。特点：速度快；精确度稍差。矿井空气中常见的有害气体主要有：CH4、 CO2 、 CO、H

6、2S、SO2、NO2、NH3、H2等。一、矿井空气中的有害气体及其基本性质一、矿井空气中的有害气体及其基本性质 （一）甲烷（ CH4 ） “三无”气体，对空气的密度0.554，微溶于水，渗透性和扩散性很强。 本身无毒，但浓度过高时，会使人缺氧窒息。 具有燃烧性和爆炸性。当浓度达到516%时，遇火源能发生剧烈爆炸。 主要来源：煤层中放出。（二）二氧化碳（CO2） 主要性质见第一节：矿井空气主要成分。 （三）一氧化碳（CO）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 。人体吸入含有一氧化碳的空气时，血液缺氧引起窒

7、息和中毒。 表表1-3 1-3 一氧化碳的中毒程度与浓度的关系一氧化碳的中毒程度与浓度的关系 一氧化碳浓度（体积）/%主 要 症 状0.016数小时后有头痛、心跳、耳鸣等轻微中毒症状0.0481h可引起轻微中毒症状0.1280.51h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。30min内即可死亡一氧化碳中毒最显著的特征是：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 。（四）硫化氢（H2S）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%46%时具有爆炸性。硫化氢有剧毒。它不

8、但能使人体血液缺氧中毒，同时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。表表1-4 1-4 硫化氢的中毒程度与浓度的关系硫化氢的中毒程度与浓度的关系 硫化氢浓度（体积）/%主 要 症 状0.0001有强烈臭鸡蛋味0.01流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困难0.050.51h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。 （五）二氧化硫（SO2）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0.0005%时即可嗅到刺激气味。易溶于水，相对密度为2.32，是井下有

9、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。 表表1-5 1-5 二氧化硫的中毒程度与浓度的关系二氧化硫的中毒程度与浓度的关系 二氧化硫浓度（体积）/%主 要 症 状0.0005嗅到刺激性气味0.002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。（六）二氧化氮（NO2）二氧化氮是一种红褐色气体，有强烈的刺激性气味，相对

10、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。 表表1-6 1-6 二氧化氮的中毒程度与浓度的关系二氧化氮的中毒程度与浓度的关系 二氧化氮浓度（体积）/%主 要 症 状0.00424h内不致显著中毒，6h后出现中毒症状，咳嗽0.006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0.025短时间即可致死矿井中二氧化氮的主要来源是爆破工作。 （七）氨气（NH3）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

11、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。（八）氢气（H2）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。 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表表1-7 1-7 矿井空气中有害气体最高允许浓度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CO0.0024氧化氮（换算成二氧化氮）NO20.00025二氧

12、化硫SO20.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.004氢H20.5三、有害气体的检测方法三、有害气体的检测方法 （一）瓦斯（CH4）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 。（二）CO、NO2、H2S、SO2、NH3、H2的快速检测方法：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确定待测气体浓度的。 图图1-2 1-2 比长式比长式COCO检测管结构示意图检测管结构示意图 图图1-3 1-3 圆筒形压入式手动采样器结构示意图圆筒形压入式手动采样器结构示意图 检测管名称型号测量范围(体积比

13、%)最 小分辨率最小检测浓度颜色变化CO(550)10-6(10500)10-6(1005000)10-6510-62010-620010-6510-61010-610010-6白棕褐色CO20.2%3.0%1%15%0.2%1%0.1%0.5%蓝色白色H2S1(3100) 10-6510-6310-6白棕色SO21(2.5100) 10-6510-62.510-6紫土黄色NO21(150) 10-62.510-6110-6白黄绿色NH31(20200) 10-62010-62010-6桔黄蓝灰色O21%21%1%0.5%白茶色H210.5%3.0%0.5%0.3%白淡红表表1-8 1-8 我

14、国煤矿用比长式气体检测管主要性能表我国煤矿用比长式气体检测管主要性能表 四、防止有害气体危害的措施四、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。复习思考题复习思考题1-1 地面空气的主要成分是什么？矿井空气与地面空气有何不同？1-2 什么是矿井空气的新鲜风流？污风风流？1-3 氧气有哪些性质？造成矿井空气中氧气减少的原因有哪些？1-4

15、 矿井空气中氧气和二氧化碳的安全浓度标准分别是多少？1-5 矿井空气中常见的有害气体有哪些？它们的来源和对人体的影响如何？规程对这些有害气体的最高允许浓度是如何规定的？1-6用比长式检测管法检测有害气体浓度的原理是什么？可用来检测哪些气体？1-7 防止有害气体危害的措施有哪些？习习 题题1-1 井下某采煤工作面的回风巷道中，已知CO2的绝对涌出量为6.5m3/min，回风量为520 m3/min，问该工作面回风流中的CO2浓度是多少？是否符合安全浓度标准？ 矿井气候：指矿井空气的矿井气候：指矿井空气的温度、湿度温度、湿度和和风速风速等参数的综合等参数的综合 作用状态。作用状态。一、一、 矿井气

16、候对人体热平衡的综合影响矿井气候对人体热平衡的综合影响人体的散热方式人体的散热方式对流对流辐射辐射蒸发蒸发周围空气的周围空气的温度、风速温度、风速周围物体的周围物体的表面温度表面温度周围空气的相周围空气的相对湿度、风速对湿度、风速气候参数气候参数温度温度湿度湿度风速风速空气温度低于体温：对流、辐射空气温度低于体温：对流、辐射空气温度等于体温：蒸发为主空气温度等于体温：蒸发为主空气温度高于体温：蒸发空气温度高于体温：蒸发影响汗液蒸发的效果影响汗液蒸发的效果影响对流、蒸发效果影响对流、蒸发效果气候参数对人体散热的影响气候参数对人体散热的影响二、矿井空气的温度、湿度和风速二、矿井空气的温度、湿度和风

17、速（一）矿井空气的温度（一）矿井空气的温度地面温度影响因素井下围岩温度机电设备散热煤炭等有机物氧化人体散热水分蒸发空气的压缩或膨胀通风强度最适宜的矿井空气温度为1520 在不同矿井、不同的通风地点，影响因素和影响大小也不尽相同，但总的来看，升温作用大于降温作用，因此，随着井下通风路线的延长，空气温度逐渐升高。 与地面空气相比，井下空气有冬暖夏凉冬暖夏凉的感觉。 （二）矿井空气的湿度（二）矿井空气的湿度定义：空气的湿度是指空气中所含的水蒸气量或潮湿程度。定义：空气的湿度是指空气中所含的水蒸气量或潮湿程度。（1 1）绝对湿度绝对湿度：指单位体积湿空气中所含水蒸气的质量：指单位体积湿空气中所含水蒸气

18、的质量（g/mg/m3 3），用），用f f表示。表示。（2 2）相对湿度相对湿度：指空气中水蒸气的实际含量（：指空气中水蒸气的实际含量（f f）与同温度）与同温度下饱和水蒸气量（下饱和水蒸气量（F F饱）比值的百分数，用公式饱）比值的百分数，用公式表示如下：表示如下：%100饱Ff一般认为相对湿度在一般认为相对湿度在5060%对人体最为适宜对人体最为适宜一般情况下，在矿井进风路线上，空气的湿度随季一般情况下，在矿井进风路线上，空气的湿度随季节变化感觉也不同。节变化感觉也不同。 有有冬干夏湿冬干夏湿的感觉的感觉（三）井巷中的风速（三）井巷中的风速 定义：风速是指风流的流动速度。一般用定义：风速

19、是指风流的流动速度。一般用V V表示，单位表示，单位m/sm/s。 表表1-10 1-10 风速与温度之间的合适关系风速与温度之间的合适关系 空气温度/151520202222242426适宜风速/m/s0.51.01.01.52.0风速大小直接影响人体的散热效果，同时影响井巷中煤尘浓度和风量表表1-11 1-11 井巷中的允许风流速度井巷中的允许风流速度 井巷名称允许风速/（m/s）最低最高无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷8架线电机车巷道1.08运输机巷，采区进、回风巷0.256采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩

20、巷0.154其它通风人行巷道0.15三、衡量矿井气候条件的安全标准三、衡量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：1、进风井口以下的空气温度必须在2以上。2、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。3、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8：0016：00h的时间内进行

21、。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、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 。例例1-21-2 在井下某处用风扇湿度计测得风流的干球温度为24.2,湿球温度为20.

22、2。求此处空气的相对湿度。解解：t=20.2 t=24.220.2=4 查表1-12得相对湿度为69%。 五、矿井气候条件的改善五、矿井气候条件的改善（一）空气预热（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7080，再使其与冷空气混合，混合后的空气温度达到2以上。（二）降温措施（二）降温措施 1、通风降温 2、改革采煤方法和顶板管理 3、减少各种热源散热 4、制冷降温冷热空气混合方式冷热空气混合方式井筒混合式井筒混合式井口房混合式井口房混合式井筒、井口房混合式井筒、井口房混合式复习思考题复习思考题1-7 什么叫矿井气候条件？气候条件对人体热平衡有何影响？1-8 什么

23、叫空气的绝对湿度和相对湿度？矿井空气的湿度一般有何变化规律？1-9 为什么在矿井的进风路线中冬暖夏凉、冬干夏湿？1-10 规程对矿井气候条件的安全标准有何规定？1-11 矿井的预热和降温主要有哪些方面的措施？习习 题题1-2 测得井下某一工作面风流的干球温度为22，湿球温度为20，其相对湿度是多少？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。 一、井巷断面上的风速分布一、井巷断面上的风速分布平均风速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。砌碹巷道，K

24、速=0.80.86；木棚支护巷道，K速=0.680.82；无支护巷道，K速=0.740.81。 二、测风仪表二、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 1、构造：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。 2、种类：高速风表（0.825m/s）、中速风表（0.510m/s）微（低）速风表（0.35m/s）风表校正曲线表速（指示风速）v表与实际风速（真风速）v真的关系。v真abv表 目前我国生产和使用的叶轮式风表主要有：DFA2型（中速）DFA3型（微速）DFA4

25、型（高速）AFC121（中、高速）EM9（中速） 图图1-8 风表校正曲线示意图风表校正曲线示意图 （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

26、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。如MSF1型风速计就是利用电感变换元件的电子叶轮式风速计。（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、测风方法及步骤三、测风方法及步骤（一）测风地点 （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

27、弯等局部阻力。（3）若测风站位于巷道断面不规整处，其四壁应用其它材料衬壁呈固定形状断面，长度不得小于4m。（4）采煤工作面不设固定的测风站，但必须随工作面的推进选择支护完好、前后无局部阻力物的断面上测风。（5）测风站内应悬挂测风记录板（牌），记录板上写明测风站的断面积、平均风速、风量、空气温度、大气压力、瓦斯和二氧化碳浓度、测定日期以及测定人等项目。 （二）测风方法 图图1-9 1-9 线路法测风线路法测风图图1-10 1-10 定点法测风定点法测风 侧身法侧风S40SK.=迎面法侧风 K=1.14 （三）用机械式风表测风步骤（1）测风员进入测风站或待测巷道中，先估测风速范围，然后选用相应量程

28、的风表。（2）取出风表和秒表，先将风表指针和秒表回零，然后使风表叶轮平面迎向风流，并与风流方向垂直，待叶轮转动正常后（约2030s），同时打开风表的计数器开关和秒表，在1min的时间内，风表要均匀地走完测量路线（或测量点），然后同时关闭秒表和计数器开关，读取风表指针读数。 （3）根据表速查风表校正曲线，求出真风速v真。 （4）根据测风员的站立姿势，将真风速乘以校正系数K得实际平均风速v均。 （5）根据测得的平均风速和测风站的断面积，按下式计算巷道通过的风量： Q=v均S （四）测风时应注意的问题（1）风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准；（2）风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差；（3）风表叶轮平面要与风流方向垂直，偏角不得超过10，在倾斜巷道中测风时尤其要注意