矿井智能通风技术 · 项目一 矿井空气

项目一

矿井空气【项目描述】在矿井生产过程中，必须源源不断地将地面空气输送到井下各个作业地点，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。这种向矿井连续输送新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出有害气体和

浮尘，改善井下气候条件的作业称为矿井通风。矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段之一。因此，矿井通风的首要任务就是要保证矿井空气的质量符合要求。【知识目标】1.能解释矿井空气主要成分的性质和对人体的影响2.能概述矿井空气中有害气体的性质、来源及危害3.能说出《煤矿安全规程》对矿井空气各种成分的浓度标准【技能目标】1.能使用快速测定法检测矿井空气中各成分的浓度2.能根据矿井空气成分浓度检测情况，提出防治措施【思政目标】培养学生严谨细致的工作态度，一丝不苟的工作作风，良好的团队合作精神，刻苦钻研的劳模精神、劳动精神和工匠精神。【任务分析】矿井空气的成分组成及浓度大小对人体健康和安全生产影响极大，因此必须经常检测，便于掌握情况，防患于未然。要完成该任务，必须熟悉矿井空气成分的组成，掌握检测相应气体浓度常用仪器的操作方法、注意事项等，完成矿井空气成分的检测。【知识链接】所谓矿井空气是指来自地面的新鲜空气和井下产生的有害气体和浮尘的混合体。由于受井下各种自然因素和人为生产因素的影响，与地面空气相比，矿井空气将发生一系列变化。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。一

、地面空气的组成地面空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，亦称为湿空气。干空气是指完全不含有水蒸气的空气，由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和

其他一些微量气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如表1-1所示。气体成分按体积计%按质量计%备注氧气(O₂)20.9623.23惰性稀有气体氢、氮、氩、氪、氙等计在氮气中。氮气(N₂)79.0076.71二氧化碳(CO₂)0.040.06表1-1地面空气组成成分二、矿井空气的主要成分及浓度标准地面空气进入矿井以后，由于受到污染，其成分和性质要发生一系列变化，主要有：氧气含量降低：煤、岩及坑木的氧化，井下火灾及瓦斯、煤尘爆炸，有害气体混入以及井下人员的呼吸等，会使氧气含量相对降低；有害气体混入：如一氧化碳、甲烷、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮等;固体微粒混入：如岩尘、煤尘等；气象变化：如井下空气温度、湿度和压力的变化。新鲜空气：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：用风地点以后、受污染程度较重的出风巷道内的空气。file:///C:/Users/HLY/Downloads/deepseek_html_20260303_0d8a1b(1).html

4/29（一）矿井空气的主要成分

1.

氧气

(O₂)表1-2人体需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6～150.2～0.4轻

劳

动20～250.6～1.0中度劳动30～401.2～1.6重

劳

动40～601.8～2.4极重劳动40～802.5～3.0氧浓度(体积)%主

要

症

状17静止时无影响，工作时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；10～12失去理智，时间稍长有生命危险；表1-3人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系当空气中的氧浓度降低时，人体就可能产生不良的生理反应，出现种种不舒适的症状，严重时可能导致缺氧死亡。表1-4二氧化碳中毒症状与浓度的关系2.二氧化碳

(CO₂)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；7～9动作不协调，大约十分钟可发生昏迷；9～11几分钟内可导致死亡。3.氮气

(N₂)惰性气体，无毒不助燃，但含氮量升高会造成窒息。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。(二)矿井空气主要成分的质量(浓度)标准《煤矿安全规程》明确规定：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，采取措施，进行处理。 一氧化碳浓度%中毒时间人体的反应0.0162～3h无征兆或轻微头疼；0.0481～2h耳鸣、头痛、眩晕、心跳；0.1280.5～1h肌肉酸痛、四肢无力、呕吐、感觉迟钝；0.40.5h丧失知觉、痉挛、呼吸停顿、以致死亡；1.281～3min呼吸停止、死亡。三、矿井空气中常见的有害气体及浓度标准主要有：

一氧化碳CO、

硫化氢H₂S、

二氧化硫SO₂

、

二氧化氮NO₂

、氨NH₃

、氢气H₂

、

甲烷CH₄等。1.

一氧化碳(CO)无色、无味、无臭，相对密度0.97,微溶于水，浓度13%～75%时遇火能燃烧和爆炸。有剧毒。据统计，煤矿发生瓦斯爆炸、煤尘爆炸及火灾事故时死亡人数中，约70%～75%都是因一氧化碳中毒而死。表1-5一氧化碳中毒症状与浓度的关系2.二氧化氮(NO₂)红褐色，剧毒。表1-6NO₂对人体的危害：0.0034%呼吸困难，0.01%剧烈咳嗽，0.025%短时间内死亡。二氧化氮浓度，%人体的反应0.00340.0060.010.025呼吸困难，6h后出现咳嗽等中毒症状呼吸道感到刺激，咳嗽，肺部疼痛剧烈咳嗽，恶心、呕吐，神经系统麻木短时间内死亡3.二氧化硫(SO₂)SO₂浓度：0.002%眼睛红肿流泪，0.05%急性支气管炎肺水肿短时死亡。二氧化硫浓度（%）人体的反应0.00050.0020.05感到有刺激味；眼睛红肿、流泪，咳嗽，头痛，喉疼；急性支气管炎，肺水肿，短时间中毒死亡。4.硫化氢(H₂S)浓度0.0001%能闻到气味，0.1%几分钟死亡。5.氨(NH₃)氨能刺激皮肤和上呼吸道；6.氢气(H₂)氢气极轻，爆炸界限4%～74%。硫化氢浓度，%人体的反应0.00010.0010.050.1能闻到气味；数小时后轻度中毒，流唾液、轻鼻涕，呼吸困难，头晕；严重中毒，30min到1h失去知觉，痉挛，不急救就死亡；致命中毒，几分钟即可死亡。7.瓦斯(CH₄)无色无味无臭，相对密度0.55,有燃烧爆炸性。爆炸界限5%～16%,9.5%时威力最强。矿井瓦斯等级划分：低瓦斯、高瓦斯、突出矿井。瓦斯爆炸条件：浓度在爆炸范围内、氧气≥12%、高温火源≥650℃、火源存在时间大于感应期。防止瓦斯爆炸措施：加强通风；加强检查和管理；消除高温火源；严格执行规程。矿井瓦斯涌出量表示：绝对瓦斯涌出量：指矿井在单位时间内涌出瓦斯量的立方米数。相对瓦斯涌出量：指矿井在正常生产条件下，日平均产煤1或月平均产煤1的瓦斯涌出量。有害气体名称最高允许浓度/%一氧化碳(CO)0.0024氧化氮(换算成NO₂)0.00025二氧化硫(SO₂)0.0005硫化氢(H₂S)0.00066氨(NH₃)0.004(二)矿井空气中有害气体的浓度标准表1-9矿井有害气体最高允许浓度《规程》对甲烷浓度的详细规定：总回风巷甲烷浓度超过0.75%必须处理；采掘工作面回风巷甲烷≥1.0%停止工作；≥1.5%切断电源；体积大于0.5m³空间积聚浓度≥2.0%附近停止工作。气味和颜色：NH₃浓烈臭味，SO₂硫磺味，H₂S臭鸡蛋味，CO₂略带酸臭味；NO₂红褐色。相对密度：>1:SO₂(2.21),NO₂(1.59),CO₂(1.52),H₂S(1.17)

<1:H₂(0.07),CH₄(0.55),NH₃(0.59),CO(0.97),N₂(0.97)。溶水性：SO₂>H₂S>CO₂>NO₂、NH₃o爆炸性：CH₄,H₂S,CO,H₂NH₃o毒性：NO₂最毒，SO₂、H₂S、CO、NH₃0CH₄、CO₂、H₂、N₂无毒性但浓度高时窒息。图1-

1仪器的结构示意图1-照明装置组；2-聚光镜组；3-平面镜组；4-折光棱镜组；5-反射棱镜组；6-物镜组；7一测微组；8-目镜组；9一吸收管组；10-气室组；11-按钮组；12-盘形管四、有害气体的检测方法与防治措施1.光学瓦斯检测仪(AQG-1)检测瓦斯所用的仪表在煤矿中是数量最多、使用最普遍的安全检测仪表，也是近年来研制种类最多的仪表。煤矿中用于检测瓦斯的仪器有光学瓦斯检测仪、瓦斯检测报警仪、瓦斯断电仪等。(2)仪器的工作原理

：由光源1发出的光经聚光镜2成为平行光束，到达平面镜3后分为两束，分别通过空气室和瓦斯室，产生光程差，形成干涉条纹。当瓦斯室气体浓度变化，折射率改变，干涉条纹移动，根据移动距离测出浓度。已知：光程=光线所通过的路程×光所通过的煤质的折射率。当气室长度不同，灵敏度不同。图1-2光学瓦斯检测仪原理图1—光源；

2—聚光镜；

3－下面镜；

4—平行玻璃；

5—气室组；

6—折光棱镜；

7—反射棱镜；

8—望远镜系统(3)使用方法1)使用前的准备工作①检查药品是否失效；②进行气密检查；③检查干涉条纹是否清晰；④用新鲜空气清洗气室；⑤干涉条纹的零位调整。1—测微手轮；2—粗动手轮；3—目镜；

4、5—电源按钮；6—附加吸收管；7—吸气球图1-3

仪器的使用2)甲烷浓度测定①采气5~6次；②观察干涉条纹移动，读整数部分；③转动测微手轮使黑条纹对齐整数刻度，读取小数；④结果为整数+小数。3)二氧化碳浓度测定①无甲烷时直接读数×0.955;②有甲烷时先测混合浓度(不用钠石灰),再测甲烷浓度，差值×0.955。校正系数

K=345.8×(t+273)/P4)测定中应注意的问题湿度大影响清晰度；钠石灰失效读数偏高；漏气读数偏低；氧气浓度降低引起正值偏差。2.便携式瓦斯检测报警器可连续测定，声光报警。使用前充电、调零。注意事项：防摔、防电压不足、不适用于高浓度瓦斯和二氧化硫环境，定期校验。3.比长式检测管法(CO、NO₂、H₂S等)采样器为圆筒形压入式手动采样器(图1-5)。检测步骤：气密性检查、换气、采样50mL、送气(100s匀速)、读数。表1-

10我国煤矿用比长式气体检测管主要性能表(部分)1—气嘴；2—接头胶管；3—阀门把；4—变换阀；5—垫圈；6—活塞筒；7—拉杆；8—手柄图1-5圆筒形压入式手动采样器结构示意图4.高浓度气样的测定①稀释法：取样10mL

加新鲜空气40mL,

读数×5。②缩小送气量和时间：采样量=50/N

mL,送气时间=100/Ns,浓度=读数×N。五、有毒有害气体主要防治措施7.防止煤炭自燃；8.综合防尘；9.

佩戴自救器；10.按标准构筑密闭；11.

对中毒人员急救。1.加强通风；2.抽采瓦斯；3.向煤层灌石灰水；4.水炮泥、喷雾洒水；5.加强监测与检查；6.设置栅栏，封闭盲巷；【任务训练1】用光学瓦斯检测仪测矿井空气中的瓦斯浓度一

、任务名称同上二

、所需器材

光学瓦斯检测仪(0~10%)、温度计、空盒气压表、标准气样。三

、训练步骤1)指导老师演示；(2)测前准备、药品检查、气密性、光路、调零；(3)甲烷浓度测定；(4)二氧化碳浓度测定；(5)测定温度、气压；(6)

校正计算；(7)填写表1-11。表1-11甲烷浓度测定数据记录表(格式如下)四

、安全文明生产遵守规程，不得损坏仪器，注意防护，清洁存放。表1-11甲烷浓度测定数据记录表(格式略)【任务训练2】比长式检测管法测定矿井空气中的有害气体浓度一

、任务名称

比长式检测管法测定CO浓度二、器材

圆筒形压入式手动采样器、秒表、CO检测管(I型、Ⅱ型)、CO标准气样。三、训练步骤1)演示；(2)检查采样器、秒表、检测管；(3)清洗活塞筒，采气；(4)检测管两端开口，插入排气口，匀速送气；(5)读取变色柱上端浓度；(6)填写表1-12。四

、安全文明生产

同前。表1-12CO浓度测定数据记录表【知识目标】1.熟悉甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围的规定2.掌握甲烷传感器设置的通用要求及采煤工作面、掘进工作面的设置3.掌握一氧化碳传感器的设置要求【技能目标】1.能根据采煤工作面、掘进工作面的不同情况，提出甲烷传感器的设置方案2.能提出一氧化碳传感器的设置方案3.能根据生产情况的变化，检查甲烷传感器、一氧化碳传感器的设置【思政目标】培养学生严谨细致的工作态度，一丝不苟的工作作风，良好的团队合作精神，刻苦钻研的劳模精神、劳动精神和工匠精神。任务二矿井空气智能感知系统的安设一、甲烷传感器(一)设置通用要求1.甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板(顶梁、屋顶)不得大于300mm,距巷道侧壁(墙壁)不得小于200mm,并应安装维护方便，不影响行人和行车。2.甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围应符合表1-13的规定。【任务分析】矿用气体传感器是矿井安全监控最重要的设备之一，能够连续监测井下气体浓度的变化情况，弥补了人工检查气体浓度时间间隔长、发现问题不及时、配合生产不紧密的缺陷。因此，必须按照规定设置甲烷、一氧化碳传感器。表1-13甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围(部分)甲烷传感器设置地点编

号报警浓度%CH₄断电浓度%CH₄复电浓度%CH₄断电范围采煤工作面回风隅角T0≥1.0≥1.5<1.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面T1≥1.0≥1.5<1.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面T1≥1.0≥1.5＜1.0工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备采煤工作面回风巷T2≥1.0≥1.0＜1.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备煤与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷T3T4≥0.5≥0.5＜0.5工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备采用串联通风的被串采煤工作面进风巷T4≥0.5≥0.5＜0.5被串采煤工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备采用两条以上巷道回风的采煤工作面第二条、第三条回风巷T5≥1.0≥1.5＜1.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备T6≥1.0≥1.0＜1.0表1-13甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围(部分)甲烷传感器设置地点编

号报警浓度%CH₄断电浓度%CH₄复电浓度%CH₄断电范围高斯、煤与瓦斯突出矿井采煤工作面回风巷中部

≥1.0≥1.0＜1.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备采煤机

≥1.0≥1.5＜1.0采煤机及工作面刮板输送机电源煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面T1≥1.0≥1.5＜1.0掘进巷道内全部非本质安全型电气设备煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面回风流中T2≥1.0≥1.0＜1.0掘进巷道内全部非本质安全型电气设备煤与瓦斯突出矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面的进风分风口处T4≥0.5≥0.5＜0.5掘进巷道内全部非本质安全型电气设备采用串联通风的被串掘进工作面局部通风机前

T3≥0.5≥0.5＜0.5被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备≥0.5≥1.5＜0.5包括局部通风机在内的被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备高瓦斯矿井双巷掘进工作面混合回风流处T3≥1.0≥1.0＜1.0除全风压供风的进风巷外，双巷掘进巷道内全部非本质安全型电气设备高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井掘进巷道中部

≥1.0≥1.0＜1.0掘进巷道内全部非本质安全型电气设备(二)《煤矿安全规程》相关规定第四百九十九条：井下下列地点必须设置甲烷传感器：采煤工作面及其回风巷和回风隅角；煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面及其回风流中；突出矿井采煤工作面进风巷；串联通风被串工作面进风巷等。第五百条：突出矿井在采煤工作面进、回风巷，掘进工作面回风流，采区回风巷，总回风巷设置的传感器必须是全量程或者高低浓度甲烷传感器。第五百零一条：采煤机、掘进机、掘锚一体机、连续采煤机、梭车、锚杆钻车、采用防爆蓄电池或者防爆柴油机为动力装置的运输设备等必须设置甲烷断电仪或者便携式甲烷检测报警仪。(三)采煤工作面甲烷传感器的设置长壁采煤工作面甲烷传感器应按图1-6设置。U形通风方式在回风隅角设置TO(距切顶线≤1m),工作面设置T1,回风巷设置T2;突出矿井进风巷设置T3、T4;串联被串工作面进风巷设置T4。Z形、Y形、H形、W形参照。

（a）U形通风方式（b）Z形通风方式

图1-6

(a)U

形通风方式

(b)Z

形通风方式(c)Y形通风方式

(d)H

形通风方式

(e)W形通风方式（c）Y形通风方式

（d）H形通风方式（e）W形通风方式采用两条巷道回风的采煤工作面按图1-7设置T5、T6。回风巷长度大于1000m时应在回风巷中部增设甲烷传感器。采煤机应设置机载式甲烷断电仪或便携仪。图1-7采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器的设置(四)掘进工作面甲烷传感器的设置煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面：T1(工作面混合风流处)、T2(回风流中);串联被串掘进工作面局部通风机前设T3;突出矿井进风分风口设T4(图1-8)。双巷掘进混合回风流处设T3(图1-9)。长度大于1000m时中部增设。

图1-8掘进工作面甲烷传感器的设置图1-9双巷掘进工作面甲烷传感器的设置(五)其他地点甲烷传感器的设置采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站；装煤点(图1-10);瓦斯涌出巷道下风流(图1-11);矿用机车；带式输送机井筒；临时施工点；煤仓上方；地面选煤厂；瓦斯抽采泵站等必须设置甲烷传感器。图1-10装煤点甲烷传感器的设置图1-11瓦斯涌出巷道的下风流中甲烷传感器的设置(六)甲烷传感器的安装有线甲烷传感器GJG100J:4芯线(红+、蓝-、白频率/485+、绿断电/485-),与分站接线如图1-12。无线甲烷传感器GJJ100W:基于TDLAS,外部结构如图1-13。天线向下，与基站距离尽量不超过100m。

图1-12传感器与KJ91X-F

分站接线图图1-13GJJ100W

矿用无线激光甲烷传感器外部结构图二、一氧化碳传感器(一)《煤矿安全规程》相关规定第五百零三条：使用防爆柴油动力装置的矿井及开采容易自燃、自燃煤层的矿井，应当设置一氧化碳传感器和温度传感器。(二)一氧化碳传感器的设置1.一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板不得大于30