1_矿内空气ppt课件

1、矿 井 通 风郭鑫禾:1950251193早期的通风安装：人踩风箱鼓风风箱管 道踏板早期的通风安装：马踩轮子通风 早期的通风安装：马转圈通风现代化的部分通风机现代化的主要通风机第一章 矿内空气矿井通风目的：为井下各任务地点提供足够的新颖空气，使其中有毒有害气体、粉尘不超越规定值，并有适宜的气候条件。矿井通风系统：主要通风机、通风网络巷道和通风构筑物组成。矿井通风系统矿井的心脏与动脉，是保证矿井平安的最主要技术手段之一。本章重点论述矿内空气的主要成分、井下常见的有害气体、矿井的气候条件。通风机巷道网络通风设备1.1 矿内空气成分及其根本性质气体成份（分子式）体积百分比（%）质量百分比(%)氮气（

2、N2）78.0975.55氧气（O2）20.9523.13二氧化碳（CO2）0.030.05氩气，其它稀有气体0.931.25地面空气主要成分矿内空气地面空气进入矿井以后，其成分和性质要发生一系列变化，如氧浓度降低，二氧化碳浓度添加；混入各种有毒、有害气体和矿尘；空气的形状参数温度、湿度、压力等发生改动等。普通来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新颖空气新风；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊空气乏风。有毒有害气体成分虽然矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差别，但在新颖空气中其主要成分依然是氧、氮和二氧化碳。在污浊空气中含有大量有

3、毒有害气体：一氧化碳CO、二氧化氮NO2、二氧化硫SO2、硫化氢H2S等。1.1.1 氧气O2 氧气是维持人体正常生理机能所需求的气体。人类在生命活动过程中，必需不断吸入氧气，呼出二氧化碳。人体维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人的体质、精神形状和劳动强度等。人体需氧量与劳动强度的关系劳动强度呼吸空气量/Lmin-1氧气消耗量/Lmin-1休息0.20.4轻劳动0.6.0中度劳动1.2.6重劳动1.82.4极重劳动2.53.0人体缺氧病症与氧浓度的关系当空气中氧浓度降低时，人体就能够产生不良生理反响，出现种种不适病症，严重时能够导致缺氧死亡。氧浓度（体积）/%主要症状17静止时无影响，工作时

4、能引起喘息和呼吸困难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，如没有及时抢救几分钟内可能导致死亡矿内空气中氧浓度降低的主要缘由人员呼吸煤岩和其他有机物的缓慢氧化煤炭自燃瓦斯、煤尘爆炸煤岩和消费过程中产生的各种有害气体在井下通风不良的地点，假设不经检查而贸然进入，就能够引起人员的缺氧窒息。规定，矿内采掘任务面的进风流中氧含量不得低于20%。每人每分钟供风不少于4m31.1.2 氮气N2氮气是一种惰性气体，是新颖空气中的主要成分，它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但空气中假设氮气浓度升高，那么势必呵斥氧浓度相对降低，从而

5、也能够导致人员的窒息性损伤。正由于氮气为惰性气体，因此又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。1.1.3 二氧化碳CO2二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，比重为1.52，很难与空气均匀混合，故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不助然也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。在新颖空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的，但假设空气中完全不含有二氧化碳，那么人体的正常呼吸功能就不能维持。二氧化碳对人呼吸的影响在抢救遇难者进展人工输氧时，往往要在氧气中参与5%的二氧化

6、碳，以刺激遇难者的呼吸机能。当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，轻那么使人呼吸加快，呼吸量添加，严重时也能够呵斥人员中毒或窒息。二氧化碳中毒病症与浓度的关系二氧化碳浓度（体积）/%主 要 症 状1呼吸加深，但对工作效率无明显影响3呼吸急促，心跳加快，头痛，人体很快疲劳5呼吸困难，头痛，恶心，呕吐，耳鸣6严重喘息，极度虚弱无力79动作不协调，大约十分钟可发生昏迷911数分钟内可导致死亡矿内二氧化碳的主要来源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；煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。此外，有的煤层和岩层中也能长期延续地放出二氧化碳，有的

7、甚至能与煤岩粉一同忽然大量喷出，给矿井带来极大的危害。规定：进风流中二氧化碳不超越0.5%；总回风流中，二氧化碳不超越1%。1.1.4 一氧化碳COCO是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。CO能熄灭，浓度在1375%时有爆炸的危险；CO与人体血液中血红素的亲合力比氧大150300倍血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一旦CO进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因此减少了血红素与氧结合的时机，使血红素失去输氧的功能，从而呵斥人体血液“窒息。毒理和临床表现一氧化碳CO CO + Hb HbCO 亲和力 HbCO HbO2 300倍解离

8、速度 HbCO HbO2 3600倍 毒理和临床表现主要为中枢神经、心血管以及血液系统方面病症，如猛烈头痛、头昏、恶心、呕吐；短暂昏厥、不同程度认识妨碍或昏迷，皮肤粘膜呈樱桃红色。重者并发脑水肿、休克或严重心肌损害、呼吸衰竭。出现以锥体系或锥体外系病症精神认识妨碍为主要表现的CO神经精神后发症或迟发脑病。CO中毒病症与浓度的关系CO（ % ）主 要 症 状0.0223小时内可能引起轻微头痛0.0840分钟内出现头痛,眩晕和恶心。2小时内发生体温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能出现昏迷0.32510分钟内出现头痛，眩晕。半小时内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。矿内CO

9、的来源与允许浓度空气中一氧化碳的主要来源有：井下爆破；矿井火灾；煤炭自然以及煤尘、瓦斯爆炸事故等。规定:矿内空气中CO浓度不得超越0.0024% 。 1.1.5 二氧化硫(SO2) SO2是一种无色,有剧烈硫磺味的气体，易溶于水，在风速较小时，易积聚于巷道的底部。对眼睛有剧烈刺激作用。SO2遇水后生成硫酸,对呼吸器官有腐蚀作用，运用喉咙和支气管发炎，呼吸麻木,严重时引起肺病水肿，当空气中含二氧化硫为0.0005%时，嗅觉器官能闻到刺激味。0.002%时，有剧烈的刺激，可引起头痛和喉痛。0.05%时，引起急性支气管炎和肺水肿，短期间内即死亡。主要来源：含硫矿物的氧化与自燃；在含硫矿物中爆破；以及

10、从含硫矿层中涌出。规定：空气中二氧化硫含量不得超越0.0005%。1.1.6 二氧化氮(NO2)二氧化氮是一种褐红色的气体，有剧烈的刺激气味，相对密度为1.59，易溶于水。二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有剧烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。二氧化氮中毒有埋伏期，有的在严重中毒时髦无明显觉得，还可坚持任务。但经过624小时后发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。二氧化氮中毒病症与浓度的关系二氧化氮（体积）/%主 要 症 状0.00424小时内可出现咳嗽症状。0.006短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸疼。0.01短时间内出现严重

11、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。 二氧化氮的来源与允许浓度矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破任务。规定氮氧化合物不得超越0.00025%。1.1.7 硫化氢H2S 硫化氢无色、微甜、有浓郁的臭鸡蛋味，当空气中浓度到达0.0001%即可嗅到。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，能够积存于旧巷积水中。空气中硫化氢浓度为4.3%45.5%时有爆炸危险。 硫化氢剧毒，有剧烈的刺激作用。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。主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解

12、；矿物氧化和熄灭；从老空区和旧巷积水中放出。规定硫化氢的允许浓度为0.00066%。2003年12月23日22时左右，重庆市开县高桥镇的川东北气矿16H井发生特大井喷事故，呵斥243人死亡，万人中毒。1.1.8 氨气NH3 氨气是一种无色、有浓郁臭味的气体，比重为0.596，易溶于水，空气浓度中达30%时有爆炸危险。 氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。 矿内空气中氨气的主要来源：爆破任务，用水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。允许浓度为0.004%。1.1.9 氢气H2氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能自燃，其点燃温度比甲烷低100200，当空气中氢气浓度为4%74

13、%时有爆炸危险。 井下空气中氢气的主要来源：井下蓄电池充电时可放出氢气；有些中等蜕变的煤层中也有氢气涌出。 1.2 矿内气候条件 1.2.1 矿内空气温度矿内空气温度是影响矿内气候条件的重要要素。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1520。1影响矿内空气温度的主要要素1岩石温度岩层温度的三带1变温带：随地面气温的变化而变化的地带；2恒温带：地表下地温年年不变的地带；3增温带：恒温带以下地带；不同深度处的岩层温度可按式计算： tt0+G ( ZZ0)式中 t0恒温带处岩层的温度，；G地温梯度，即岩层温度随深度变化率，/m， 常用百米地温梯度，即/100m；Z岩层的深度；

14、Z0恒温带的深度。 1.2.1 矿内空气温度影响矿内空气温度的主要要素2空气的紧缩与膨胀 空气向下流动时，空气受紧缩产生热量，普通垂深每添加100米，温度升高1；相反，空气向上流动时，那么因膨胀而降温，平均每升高100米，温度下降0.80.9。3氧化生热 矿井内的有机矿物、坑木、充填资料、油垢、布料等都能氧化发热。例如，经氧化生成2g二氧化碳时，可使1 m3空气升温14.5。在煤层中的采掘巷道，暴露煤面氧化产生的热量较大，故回采任务面是通风系统中温度最高的区段。影响矿内空气温度的主要要素4水分蒸发 水分蒸发时从空气中吸收热量，使空气温度降低。每蒸发一克水可吸收0.585千卡的热量，能使1 m3

15、空气降温1.9，可见水的蒸发对降低气温起着重要的作用。5通风强度 (指单位时间进入井巷的风量)，温度较低的空气流经巷道或任务面时，可以吸收热量，供风量越大，吸收热量越多。因此，加大通风强度是降低矿井温度的主要措施之一。影响矿内空气温度的主要要素6) 地面空气温度的变化 地面气温对井下气温有直接影响，尤其是较浅的矿井，矿内空气温度受地面气温的影响更为显著。7) 地下水的作用 矿井地层中假设有高温热泉，或有热水涌出时，能使地温升高，相反，假设地下水活动剧烈，那么地温降低。) 其它要素 如机械运转以及人体散热等都对井下气温有一定影响。特别是随着机械化程度的不断提高，机械运转所产生的热量不能忽视。2矿

16、内空气温度的变化规律在进风道路上矿内空气的温度与地面气温相比，有冬暖夏凉的景象。回采任务面的气温在整个风流道路上，普通是最高的区段。在回风道路上，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，但根本上年年变化不大。影响矿内空气温度的主要要素1.2.2 矿内空气的湿度矿内空气湿度是指矿内空气中所含水蒸汽量。绝对湿度指每1m3或1kg的湿空气中所含水蒸汽量的克数。相对湿度指湿空气中实践含有水蒸汽量与同温度下的饱和水蒸汽量之比的百分数 式中 w空气中所含水蒸汽量(即绝对湿度)，g/m3； s在同一温度下空气中的饱和水蒸汽量， g/m3 。 空气中饱和水蒸汽量的大小取决于空气的温

17、度。井下空气湿度的变化规律 进风线路有能够出现冬干夏湿的景象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘任务面和回风线路上，气温年年不变，湿度也年年不变，普通都接近100，随着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地下水。 1.3 矿内空气的热物理参数1.3.1 空气的密度、比容 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号表示。空气可以看作是均质气体，故：式中 M空气的质量，kg V空气的体积，m3 ； 空气的密度，kgm3； 当空气的温度和压力改动时，其体积会发生变化。所以空气密度是随温度、压力而变化的，从而得出空气的密度是空间点坐标和时间的函数。如在大气压P0为101325Pa，气

18、温为0273.15K时，干空气密度0为1.293 kgm3。湿空气的密度是1 m3空气中所含干空气质量和水蒸气质量之和： 式中，d1m3湿空气中干空气的质量，kg ； v1m3湿空气中水蒸气的质量，kg。由气体形状方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气的密度计算公式：式中，P空气的压力，Pa ； t空气的温度， ； Ps温度t时饱和水蒸气的分压，Pa ； 相对湿度，用数表示。空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，用符号(m3kg)表示，比容和密度互为倒数，它们是一个形状参数的两种表达方式。那么：1.3.2空气的比热、内能、焓比热单位物量的物质在单位温度变化时所吸收或放出的热量称为比热。定义式为： 比热的单位取决于热量单位和物量单位。表示物量的单位不同，比热的单位也不同。通常采用的物量单位 ：质量(kg)、规范容积(Nm3)和千摩尔(kmo1)。因此，相应的就有质量比热、容积比热和摩尔比热之分。 空气的内能 气体的内能是指气体内部分子热运动的动能和由分子间相互吸引力所产生的位能的总和。井下空气可视为理想气体，而理想