矿井智能通风技术 课件全套 项目1-9 矿井空气 -矿井通风系统及其设计

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300mm,距巷壁不得小于200mm。2.开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面应至少设置一个一氧化碳传感器，地点可设置在回风隅角(距切顶线0~1m)、工作面或工作面回风巷，报警浓度为≥0.0024%CO,如图1-13。图1-13采煤工作面一氧化碳传感器的设置3.带式输送机滚筒下风侧10～15m处宜设置一氧化碳传感器，报警浓度≥0.0024%CO。4.自然发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外应设置一氧化碳传感器，报警浓度≥0.0024%CO。5.开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度≥0.0024%CO。(三)一氧化碳传感器的安装(GTH1000)红色—电源正极；蓝色—电源和信号负极；白色—RS485A;绿色—RS485B。【任务训练1】绘制采掘工作面甲烷传感器设置示意图器材：铅笔、橡皮、三角板、直尺。步骤：绘制U、Z、Y、H、W形采煤工作面及双巷掘进传感器设置图，标注风流方向，传感器齐全，图面整洁。【任务训练2】采掘工作面甲烷传感器的设置器材：甲烷传感器、手钳、铁丝、钢卷尺。步骤：在仿真矿井实训室按要求悬挂(垂直，距顶≤300mm,距侧壁≥200mm)。安全文明操作。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区别?1-2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?《煤矿安全规程》对矿井空气中有害气体的最高容许浓度有哪些具体规定?1-3如何用光学瓦斯检测仪测定瓦斯和二氧化碳的浓度?1-4简述用比长式CO检测管法检测CO浓度的步骤，并思考如何测定高浓度和低浓度的CO气体浓度。1-5简述甲烷传感器、一氧化碳传感器的设置要求。1-6采煤工作面和掘进工作面甲烷传感器的设置数量和位置有何要求?1-7已知某矿一个综采工作面总风量为1000m³/min,回风瓦斯浓度为0.5%,月工作28d,月产煤量45000t,试求工作面的绝对和相对瓦斯涌出量。1-8井下某采煤工作面的回风巷道中，已知CO₂的绝对涌出量为8.2m³min,回风量为630m³min,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?项目一矿井空气讲授完毕 项目二矿井气候及其调节【项目描述】矿井气候条件不仅直接影响着工作人员的身体健康和劳动生产率的提高，为保证良好的矿井气候条件，还必须使矿井气候条件的几个参数符合《规程》规定。因此，必须准确测定矿井空气的温度、相对湿度、风速等。要完成测定任务，就需要了解矿井空气温度、湿度、风速的概念、影响因素和变化规律等知识，以及其测定仪器的使用方法。课时分配：任务一矿井气候的调节2课时

|任务二井巷风速的测定2课时【知识目标】1.能解释矿井气候对人体的影响2.能概述矿井空气温度、湿度、风速的概念、影响因素和变化规律3.能陈述《煤矿安全规程》对井下空气温度、湿度和风速的有关规定【能力目标】1.能正确使用仪器测定矿井空气的温度、相对湿度2.能根据矿井温度的高低，提出改善气候条件的措施和方法任务一矿井气候的调节【思政目标】培养勤学善思，能够深入现场一线，求真务实。培养珍爱他人的身体健康和劳动安全为己任。【任务分析】矿井气候是指矿井空气的温度、湿度、风速三个参数的综合作用状态。这三个参数的不同组合，便构成了不同的矿井气候条件。矿井气候条件对井下作业人员的身体健康和劳动安全有重要的影响。一

、人体的热平衡人要维人要维持生理机能和劳动，需要摄取空气、水和食物。这些物质经过消化分解产生能量（热量）。整个机体参与产热，肌肉活动产热最多。体力劳动时，肌肉产热增至正常（安静状态下）的十余倍，可达2500~3140kJ/h。产生的热量一部分用于生理机能，一部分供肌肉做功，剩余通过辐射、对流、传导、汗液蒸发等散热。代谢产热是生物化学过程，散热是物理过程。所以人体热平衡不是简单物理过程，而是在神经系统调节下的复杂过程。二

、矿井气候对人体热平衡的影响三要素：矿井气候由温度、湿度、风速构成，三者共同影响人体热平衡，作用可相互转换。热平衡：人体通过产热与散热维持体温在36.5～37℃之间。不利影响：

温度高、湿度大、风速小→散热受阻，易闷热甚至中暑；

温度低、湿度小、风速大→散热过强，易发冷或感冒。失衡后果：热平衡失调会引发不适或疾病。重要性：矿井气候条件直接影响人员健康与劳动效率。井下工作地点人体最适宜的气候条件是：空气温度为15~20℃、空气相对湿度为50%~60%、风速的大小应根据气温的高低而定，见表2-1。空气温度（℃）适宜的风速（m/s）＜1515～2020～2222～2424～260.3～0.50.5～1.01.0～1.21.2～1.51.5～2.0表2-1

风速与空气温度的关系（一）温度气温对人体热调节起主导作用。低温时，人体主要通过辐射、对流和传导散热；高温时，主要依靠汗液蒸发散热。（二）湿度湿度在高温环境下影响尤为显著。高湿度会阻碍汗液蒸发，使汗液成滴流下，无法有效带走热量，影响人体散热。（三）风速风速影响对流散热。气温低于体温时，风速越大散热越多；气温高于体温时，风速越大人体获得的热量越多。总之，矿井气候条件对人体热平衡是综合作用的结果。高温、高湿、无风环境下散热差，易导致中暑甚至死亡；低温、干燥、有风环境下散热过强，易引起体温过低或感冒。三、衡量矿井气候条件的指标（一）干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。一般来说，由于矿井空气的相对湿度变化不大，所以干球温度能在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。而且这个指标比较简单，使用方便，用干球温度计进行测量。（二）湿球温度在相同的气温（干球温度）下，若湿球温度较低，则相对湿度较小；反之，若湿球温度与气温相接近，则相对湿度较大。因此用湿球温度这个指标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，用湿球温度计进行测量。（三）同感温度同感温度（又称等效温度、有效温度）由美国采暖工程师协会（ASHVE）提出。该指标通过实验，将不同温、湿、风速环境下的舒适感，与湿度饱和、风速为零的环境进行比较，以舒适感相同时的后者温度作为评价标准。它能够综合反映空气温度、湿度和风速对人体热平衡的作用，但不包括环境辐射热的影响。图2-1

同感温度（四）卡他度卡他度通过卡他计测定。卡他计是一种酒精温度计，下端为较大的贮液球，上端有小空腔，玻璃管上标有35℃和38℃两个刻度（均值为人体正常体温36.5℃）。测定时，将贮液球加热至酒精柱升到小空腔一半后取出，擦干并悬挂于待测空气中，记录酒精柱从38℃降至35℃所需时间τ，即可计算干卡他度Kd。干卡他度反映气温和风速的影响，但未包含湿度。为综合评估温度、湿度和风速的共同作用，需采用湿卡他度

Kw​，即在卡他计贮液球上包裹湿纱布后测得，实测与计算方法同干卡他度。卡他计通过贮液球模拟人体散热，1卡他度=41.86W/m²，相当于每小时从1m²表面散失150.7kJ热量。按成年男子体表面积约1.7m²计算，1卡他度约等于每小时散失256.2kJ热量。图2-2卡他计（五）评价矿井气候条件的综合指标目前，世界各国关于矿井气候条件的安全标准差别很大。现将我国及其他一些国家规定标准简介如下：1.我国现行的矿井气候条件安全标准我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度。1982年国务院颁布的《矿山安全条例》第53条规定，采掘工作面的空气温度不得超过26℃,机电硐室的空气温度不得超过30℃。2.国外一些国家的矿井气候条件安全标准世界主要产煤国家对矿井气候条件的评价指标并不统一。主要采用的指标有干球温度、湿球温度、同感温度等。有不少国家采用了同感温度这种指标。例如，美国规定井下同感温度须小于34℃,日本规定须小于31.5℃,比利时和法国均规定须小于31℃。矿井气候条件是指井下空气的温度、湿度和风速三者的综合作用状态。四、矿井空气温度及其调节随着开采深度与强度增加，以及机械化、电气化和集约化程度提高，井下因岩石高温、地热水涌出、空气压缩升温、设备发热等因素导致气温升高，危害人员健康、降低生产效率并增加事故风险。当气温超过《规程》上限（采掘工作面26℃、机电硐室30℃）时，即形成矿井热害，如顾桥矿热害问题严重。因此，进行矿井空调、改善矿内气候条件十分必要。矿井的致热因素主要包括以下三个方面。

（一）矿井地面大气因素地面大气环境对井下风流气象条件影响显著。据凤台县气象站10年统计，年均气温15.1℃、相对湿度73.8%；6–9月气温较高，7月最高（月均27.3℃、湿度83.6%）。夏季地面入风温度高、温湿度变化大，导致井下入风流温度较高且波动明显。

（二）地质地热因素本矿井为全隐蔽含煤区，煤系地层被厚224.1–576.0m的新生界松散层覆盖，其导热性差，阻碍地热散失，使深部热流积聚于煤系，形成高地温梯度。恒温带深度30m、温度16.8℃，平均地温梯度3.08℃/100m。第一水平-780m原始岩温37.7–43.7℃，平均40.1℃。地热是矿井升温主因，围岩通过热传导及裂隙水对流将热传给风流。经计算，围岩放热约280kW（三）矿井生产环境因素矿井生产活动直接影响井下热环境。机电设备运转、煤炭运输、风流压缩及煤岩氧化等过程均与风流发生热交换，导致气温升高。机电设备散热：本矿井开采强度大，机械化程度高，机电设备总装机容量约4300kW，单个掘进面设备动力平均500kW、最高800kW。设备散热对热环境影响较大，同时引起水分蒸发、增加空气湿度。经计算，机械设备放热量约176kW。运输中煤炭放热：采落煤炭温度接近围岩初始温度，运输过程中将热量传递给风流。以运输机上的煤炭放热最大，其中10%~20%用于升温风流，80%~90%用于增加湿度。经计算，运输中煤炭放热约56kW。风流压缩热：本矿井第一水平-780m，下山采至-850m。风流下行时位能转化为焓值，温度随压力升高。经计算，风流压缩热约144kW。氧化放热：多数煤层易自燃，煤、含硫围岩及支护材料的氧化散热是局部升温的热源。如顾桥矿采空区氧化热约144kW。综上，本矿井热环境影响因素多，尤其地温高、设备散热量大，热害已成为制约安全生产的主要因素，必须进行热害防治。

五、热害防治措施矿井热害防治的措施很多，归纳分析主要有两种类型：一种是非制冷降温措施，又称开采技术措施，主要包括选择合理的开拓方式与通风系统，增大通风量，改革通风形式、采煤工艺等；另一种是采用机械制冷降温。两种方式都以矿井通风为基础条件，以使井下作业地点气象条件达到规定标准为目的。机械制冷降温是在开采技术及通风措施无法达到要求或不经济合理时才采取的措施。理论研究和生产实践表明：采取开采技术及通风措施改善矿井气象条件是一种比较经济有效的手段，但由于受到许多技术经济条件的约束，其改善的程度是有限的。（一）非制冷降温措施针对顾桥矿热源多、散热量大的特点，采取了以下开采技术与通风降温措施进行综合治理：合理开拓部署：采用立井、石门、大巷开拓，分区开拓与通风，缩短进风线路，减少风流沿途热增量。合理开采方法：回采面采用走向或倾斜长壁后退式回采、U型通风，减少采空区散热量。合理集中生产：投产时仅设1个综采面、8个掘进头，减少热源点，便于集中风量发挥降温作用。合理增大风量：在允许风速范围内，回采面配风47–52m³/s、风速约3.5m/s；掘进面配风10–20m³/s、风速约1m/s，既降温又改善人体散热。减少井筒淋水：进风井筒通过表土及含水层时采取封堵、注浆，降低进风流含湿量与热焓。降低煤岩温度：采用煤层注水、煤岩巷湿式掘进。抑制采空区氧化：进行黄泥灌浆、及时封闭采空区。上述措施虽能部分减少热源散热，改善气象条件，但因热源多、围岩与设备散热量大，采掘面气温仍较高。据测算，回采面末端与掘进面迎头气温达33.9–36.6℃，超过《矿山安全条例》规定的28℃。此外，该矿为厚表土、高瓦斯、高地温、高开发强度特大型矿井，风量已接近允许上限（回采面）或受限于局扇能力（掘进面），通风增量潜力有限。因此，在充分发挥通风降温作用的同时，必须采取制冷降温措施，才能从根本上治理热害。（二）机械制冷降温矿井制冷设备包括机械设备、管路系统和调节控制装置。机械设备主要指制冷机、通风机、泵、换热器。管路系统主要指风筒、冷媒水循环系统、冷却水循环系统。如图2-3所示。1—制冷站；2—冷水泵；3—冷水管；4—局部通风机；5—空冷器；

6—风筒；7—冷却水泵；8—冷却水管；9—冷却塔图2-3矿井空调系统结构模式矿井空调系统按其各子系统的分布状况可分为五种基本类型：1.全部放在地面，冷却矿井入风，称为地面集中式。被冷却后的入风气温应不低于2℃,它使矿井气候保持冬季的状态。在地面可采用大型而价廉的氨制冷机，装修、管理方便。适用于地面入风温度高为主要热源、通风路线不长的矿井。在南非的金矿使用较多。如图2-4所示。

1—压缩机；2—蒸发器；3—冷凝管；4—节流阀；5、15—水池；

6、7、14—水泵；8—冷却塔；9—冷却水管；10—热交换器；

11、13、17—冷水管；12—高低压换热器；16、18—空冷器图2-4地面集中式空调系统2.制冷机和空冷器在井下，排热系统在地面。其冷却水管路承受高压，设有中间换热器，用冷却水的低压系统去冷却冷凝器。如图2-5所示。图2-5制冷站设在井下，地面排除冷凝热

1—压缩机；2—蒸发器；3—冷凝器；4—节流阀；5、11—冷水泵；

6、9、12—冷水管；7—冷水池；8、10—空冷器；13—高低压换热器；

14—冷却水管；15—冷却水泵；16—冷却塔；17—换热器3.在井下排除冷凝热的系统。全部制冷系统均在井下。利用井下水进行冷却时，要对水进行处理符合要求方可使用。用循环水通过井下冷却塔在回风流中排除冷凝热时，要进行过滤净化。如图2-6所示。潘三矿在1782（1）试用的制冷系统就属这种方式。该系统由抚顺煤科分院设计，采用烟台冰轮集团生产的LSM-500双螺杆式制冷机组、大连冷冻机厂生产的JB-150型空冷器。系统制冷量约500kW，电机功率132kW。在试用中，1782（1）采面风量1420m3/min，使用前工作面温度32℃,使用后工作面温度降为约29℃。

1—压缩机；2—蒸发器；3—冷凝器；4—节流阀；5、8—水池；

6—冷水泵；7—冷却水泵；9—冷却塔；10—空冷管图2-6制冷站设在井下，井下排除冷凝热4.混合式制冷空调系统。同时采用以上两种以上制冷系统。如图2-7所示。图2-7井上、下联合空调系统

1、2、3、4—制冷机；5—空气预冷器；7、8、9—空冷器；10—冷却塔5.矿用移动式空调机组。采用直接蒸发式空冷器，省去了载冷剂，结构紧凑，适合于移动频繁、热负荷较小的掘进工作面使用。淮河能源控股有限公司的顾桥矿1117工作面采用了矿用移动式空调机组和制造大冰块联合降温使工作面的温度下降4℃。综上所述，在采深不大于600m时，通常采用上述前三种综合措施就可以解决一般的高温问题，无需人工制冷。对于人工制冷空调的矿井，为了降低空调费用，也要注意上述措施。当采用上述措施不能解决高温问题，或者在技术经济基础上不合理时，应采用人工制冷空调设施。（三）局部降温措施局部降温措施采取回采工作面配备井下局部降温设备、高温掘进工作面采取工作面放置冰块解决工作环境的高温问题。1.局部降温设置井下局部降温系统采用大气降温机，大气降温机设在工作面运输顺槽加宽式冷源硐室，回冷机和蓄水箱设在回风联络巷内，便于热能释放后能直接回到矿井总回风道。例如顾桥矿在距工作面700m、1400m、2100m处的运输顺槽中各安装一套大气降温机，实现分级降温。随着工作面回采的推进，逐步将700m、1400m处的大气降温机移至工作面收作线处，保证工作面的降温效果。2.降温系统辅助设施（1）冷源硐室：大气降温机需要在进风巷道预备专门的设备室，长度15m左右，宽1.2，高度1.5m左右。（2）冷却系统：降温机主机的冷却通过回冷机循环系统实现。回冷机安置在回风联络巷道内，以便释放的热能够排到地面。例如顾桥矿采用三台DV400降温机使用一套冷却系统的方法，这个系统由4台RK450回冷机和一个约7立方米的蓄水箱构成，冷却水由称作回冷机泵站的冷却水循环泵组输送到各大气降温机的冷凝器，冷却水流量为150m3/h，冷却水水质要求无杂质、经软化处理，输送冷却水的管道直径150mm，冷却系统需要风量2400m3/min，实际回风2900m3/min。（3）保冷材料：为降温机输送冷却水的管路需要外敷聚乙烯的隔热钢管。冷风机出口的冷风需要保温输送时，选择合适口径的风筒即可。六、矿井空气的湿度及其测定湿度的大小直接影响水分蒸发的快慢，因此，能影响人体的出汗蒸发和对流散热。空气相对湿度对人体热平衡和温热感有着重要作用，空气的湿度是指空气中所含的水蒸气量或潮湿程度。有两种表示方法：温度℃饱和水蒸气量

饱和水蒸气压力温度℃饱和水蒸气量饱和水蒸气压力-201.11281412.01597-151.61931512.81704-102.32881613.61817-53.44221714.4193204.96101815.3206515.26551916.2219825.67052017.2233136.07572118.2249146.48112219.3263856.88702320.4281167.39332421.6298477.79982522.9317188.310682624.2335798.811432725.63557109.412272827.03784119.913112928.540101210.014023030.142361311.314963131.84490（一）绝对湿度指单位体积湿空气中所含水蒸气的质量（g/m3），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气量，用Fth表示。温度越高，空气的饱和水蒸气量越大。在标准大气压下，不同温度时的饱和水蒸气量如表2-2所示。表2-2在标准大气压下不同温度时的饱和水蒸气量、饱和水蒸气压力（二）相对湿度指空气中水蒸气的实际含量（f）与同温度下饱和水蒸气量（Fth）比值的百分数：

φ=(f/Fth)×100%

当φ=0时为干空气，当φ=100%时为饱和空气。通常所说的湿度指的都是相对湿度，它反映的是空气中所含水蒸气量接近饱和的程度。一般认为相对湿度在50%~60%对人体最为适宜。

1—干球温度计；2—湿球湿度计；3—湿棉纱布；4、5—双层金属保护管；

6—通风器；7—风管图2-8风扇湿度计测量空气湿度主要是风扇湿度计，如图2-8所示。它主要由两支相同的温度计1、2和一个通风器6组成，其中一支温度计的水银液球上包有湿纱布，称为湿温度计，另一只温度计称为干温度计。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，小风扇转动吸风。利用水分蒸发吸热原理，湿球温度计的温度值低于干球温度计的温度值，空气的相对湿度越小，干湿温度差就越大。根据湿温度计的读数（t′，℃)和干、湿度计的读数差值(Δt，℃),由表2-3即可查出空气的相对湿度(φ)。表2-3由风扇湿度计读数值查相对湿度例3-1矿井回风巷道内测得风流的干球温度为25℃，湿球温度为22℃。求该处矿井空气的相对湿度。解：因=22℃，Δ=25℃—22℃=3℃查表得相对湿度为77%。四、矿井气候参数的测定学习并掌握使用温度计、湿度计、卡他计测定空气的温度、湿度、卡他度。项目训练序号项目训练名称材料、工具名称一矿井空气温度、湿度的测定1普通温度计2手摇式湿度计3风扇式湿度计4秒表5棉球或湿纱布6滴管

二

矿井环境气候的卡他度测定1卡他计2热水瓶3温度计4秒表1.矿井空气温度、湿度的测定（1）空气温度的测定：使用普通温度计或湿度计中的干温度计测定空气温度。（2）用手摇湿度计测定相对湿度（步骤如图2-9）。（3）用风扇湿度计测定相对湿度（步骤如图2-10）。图2-9利用手摇湿度计测定相对湿度的步骤图2-10利用风扇湿度计测定相对湿度的步骤检查仪器的完好性，摇把是否灵活，2支温度计是否示数正常在1支温度计的水银球上包裹上湿纱布，用滴管滴上水使之潮湿手握摇把，以150r/min的速度旋转1~2min迅速准确地读取2支温度计的数值并记录在表1-18中根据干、湿温度计的读数及差值查表1-16，，就可得出本地点的相对湿度检查仪器的完好性，钥匙是否存在，2支温度计是否示数正常在湿温度计的纱布上用滴管滴上水使之潮湿上紧发条，风扇转动，2min后，读取2支温度计的数值并记录在表1-18中根据干、湿温度计的读数及差值查表1-16，，就可得出本地点的相对湿度2.矿井环境气候的卡他度测定将卡他计放入55℃左右的热水中使酒精面升至仪器上部空间三分之一处，取出抹干，悬挂于待测点，记录由38℃下降至35℃所需时间，然后计算卡他度：五、安全文明生产①训练过程中，学生必须遵守操作规程，按照规定顺序进行操作。②不得野蛮操作，不得损坏仪器、仪表、设备。③做好安全防护，训练过程中，谨防自身伤害及相互伤害事故。④训练完成后，对所有仪器设备进行清洁，并按要求存放H干=F/t(2-3)H湿=F/t(2-4)仪器类别测定次数时间（s）时间平均值（s）干卡他度（毫卡）湿卡他度（毫卡）环境温度(℃)卡他常数干卡他计1

2

3

湿卡他计1

2

3

表2-6

卡他度记录表【知识目标】1.了解机械式风表的工作原理2.掌握风表的测定方法和数值处理任务二井巷风速的测定【能力目标】1.能够正确选择风表的量程2.能够根据测风方法熟练操作风表和秒表。【思政目标】能够深入一线，虚心向生产一线的技术大拿学习，培养严谨细致的工作态度和精益求精的工匠精神。【任务分析】井巷风速的大小对煤矿安全生产影响很大。风速过小，井下的瓦斯和粉尘排放不了，容易引起瓦斯和煤尘爆炸，恶化工作环境；风速过大，引起粉尘飞扬，粉尘由落尘转为漂浮状态，恶化工作环境，引起人体散热过快，容易感冒，也造成电能无益消耗。单位时间内通过井巷断面的空气体积叫做风量，它等于井巷的断面积与通过井巷的平均风速的乘积。因此，测量风量时必然测定风速。风速和风量测定是矿井通风测定技术中的重要组成部分，也是矿井通风管理中的基础性工作。序号井

巷

名

称容许风速（）最

低最

高

1

2

34

5

67

89

无提升设备的风井和风硐专为升降物料的井筒风桥升降人员和物料的井筒主要进、回风巷架线电机车巷道运输机巷，采区进、回风巷采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷掘进中的岩巷1.0

0.25

0.25

0.15

0.15151210888644表2-7

矿井巷道中的风速《规程》对各井巷的风速做出最低、最高限制的主要原因有：（1）为了有效地冲淡和排除有害气体，防止瓦斯积聚。（2）有利于排除浮游矿尘和防止沉积矿尘飞扬。（3）创造良好的气候条件。（4）避免浪费，使通风费用更加合理。一、井巷断面上的风速分布空气在井巷中流动时，风速在巷道断面上的分布是不均匀的。一般来说，位于巷道轴心部分的风速最大，靠近巷道周壁部分的风速最小，如图2-11所示，通常所谓巷道内的风速都是指平均风速νij。平均风速与最大风速的比值叫做巷道的风速分布系数（速度场系数），用Kij表示，其值与井巷粗糙程度有关。对于砌碹巷道，Kij=0.8~0.86；木棚支护巷道，Kij=0.68~0.82；无支护巷道，Kij=0.74~0.81。图2-11巷道中的风速分布二、测风站的设置井下测风要在测风站内进行。对测风站的要求：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；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、障碍物和拐弯等局部阻力；若测风站位于巷道断面不规整处，其四壁应用其他材料衬壁呈固定形状断面，长度不得小于4m；采煤工作面不设固定的测风站；测风站内应悬挂测风记录板。三、智能测风仪表及其测定方法（一）机械叶轮怯风表风表按风速的测量范围不同分为高速风表（0.8~25m/s）、中速风表（0.5~10m/s）和微（低）速风表（0.3~5m/s）三种。目前我国生产和使用的机械叶轮式风表主要有：DFA-2型（中速）、DFA-3型（微速）、DFA-4型（高速）、AFC-121（中、高速）、EM9（中速）等。图2-12机械叶轮式风表1—提环；2—翼轮；3—底座；4—护壳；

5—计数器；

6—离合闸；7—回零闸压杆；图2-13风表操作手法注意事项：（1）防止剧烈撞击；（2）不要随意松动螺丝；（3）不要碰触或拨动翼片；（4）用后擦净放入盒内；（5）定期检验。4.测风方法煤矿上常用线路法测平均风速。如图2-14所示。分为迎面法和侧身法两种。迎面法测得的真风速需乘以1.14校正；侧身法校正系数K=(S-0.4)/S(2-5)。

图2-14线路法测风线路法测风时，根据测风员的站立姿势不同又分为迎面法和侧身法两种。5.测风步骤（1）估测风速，选用相应量程的风表；（2）取出风表和秒表，回零，使风表叶轮平面迎向风流，待转动正常后同时打开计数器和秒表，1min内均匀走完测量路线，读取风表指针读数；在同一地点测三次，取平均值，计算表速ν表=n/t(2-6)；（3）根据风表校正曲线求真风速ν真=a+bν；（4）根据测风员站立姿势，将真风速乘以校正系数K得到实际平均风速ν均=Kν真；（5）根据平均风速和测风站断面积，计算巷道通过的风量Q=ν均S)。图2-15风表校正曲线示意图6.测风时注意事项（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；（4）按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差；（5）秒表和风表的开关要同步，确保在1min内测完全线路（或测点）；（6）有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测；（7）同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值。7.机械怯风表校正（图2-16）图2-16空气动力管式风表校正装置

1—集流器；2—阻尼网；3—稳流管；4—收缩管；5—工作管；

6—风表；7—皮托管；8—直线管；9—文丘里喷嘴及压差计；

10—直线管；11—调节阀；12—帆布接头；13—通风机被校正的风表置于工作管5之中，管中的风速用调节阀11控制，其大小从连接于文丘利喷嘴的压差计9上读出。压差计9的刻度用皮托管7测算的平均速度校正。（二）电子翼轮怯风速计煤矿上常用的CF-I(Ⅱ)电子翼轮式风速计为矿用本安型仪表，适用于煤矿井下及其它易燃易爆场合测量瞬时风速及平均风速。如图2-17所示。图2-17CF-Ⅰ（Ⅱ）电子翼轮式风速计性能指标：测风范围低速0.3~0.5m/s，高速0.5~25m/s；环境温度0~40℃；相对湿度0~95%（25℃)。工作原理：由翼轮式光电传感器、数据测量处理系统及键盘组成。使用方法：开机显示“888”；一分钟平均风速测量；N秒钟平均风速测量；测量值的存入和调出（可存储30个测量值）。【任务训练】一、任务名称井巷风速和风量的测定二、训练操作步骤

①进入测风巷道中测风站内，初步估测风速的大小，然后选用相应量程的风表；②在巷道内根据断面情况，选用迎面法或侧身法进行测风；③确定采用分格定点法或线路法移动风表；④利用风表校正曲线或校正方程校正测量结果，并记录测量结果；⑤用米卷尺或巷道断面积测量仪，测量巷道的断面积，并记录测量结果，根据断面形状，选取相应的计算公式，计算出巷道断面积；⑥计算巷道通过的风量。表2-8

测风点巷道断面及风速测量记录表测点风表读数平均风速

巷道参数/m断面积

风量n1n2n3平均值n形状上宽下宽高度1

2

3

4

5

项目知识拓展

矿井温湿度感知系统在采矿作业过程中，是否能够正确有效合理地监测矿井下的温湿度，这事关整个采矿作业安全的问题。按照作业标准要求，技术工人需要实时采集矿井井下不同深度的温度、湿度参数，并在电脑上实时显示，以及记录全部井下温度、湿度的数据，生成历史记录，在需要时进行查询。

图2-18矿井井下温湿度监测系统一、在每处矿井通道不同深度处分别放置2台智能无线温湿度传感器，采集矿井内温度、湿度参数。此方案选用XL61单路温湿度传感器，通过Zigbee无线传输。二、2台XL61单路温湿度传感器放置在矿井的不同深度位置处，读取环境的温湿度并将采集到的数据以无线的方式进行转发。三、由于现场环境以及矿井深度对通讯距离的限制，需配置2个中继装置。将采集数据转发至管理装置。四、XL91智能网关与XL61智能测控终端中继进行无线通讯实现数据的无线传输。除此之外，在整个温湿度监测系统的监控中心服务器上需要安装一套i.View数据监控软件，目的是通过Ethernet、复习思考题2-1影响矿井气候条件的因素有哪些？评价矿井气候条件的主要指标有哪些？2-2矿井高温热源有哪些？如何降温？2-3什么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？当φ=0时和φ=1各为何种空气？2-4机械式风表测风时为什么要校正其读数？迎面法与侧身法测风的校正系数为何不同？2-5简述用电子翼轮式风速计测风过程，储存数据时有哪些注意事项？2-6测得井下某一工作面风流的干球温度为25℃,湿球温度为20℃,用查表法求其相对湿度是多少？2-7某采煤面回风巷测风地点为梯形断面，上底宽2米、下底宽4米、高3米，用侧身法测得三次的风表读数分别为298、296、302，测定时间均为1min，该风表的校正曲线表达式为ν真=0.14+1.005ν表，试求该处的风速和通过的风量各为多少？项目二

矿井气候及其调节

讲授完毕项目三矿井空气流动基本规律【项目描述】为了保证矿井所需风量，必须研究空气流经井巷时的基本规律。因此，首先要掌握矿井空气的主要参数及其测定方法，矿井风流的压力种类、相互关系及其测定方法。课时分配：任务一矿井空气主要参数及其测定2课时

|任务二矿井空气压力及其测量方法4课时【知识目标】1.了解空气的密度、比容、压力、粘性等物理参数的基本概念2.掌握空气密度的性质、压力单位的换算关系【技能目标】1.学会用空盒气压表测算大气压力2.学会测算空气密度的方法和步骤任务一矿井空气主要参数及其测定【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。任务一

矿井空气主要参数及其测定【知识链接】矿井空气的主要物理参数除和温度、湿度和风速有关外，还和空气的密度、比容、粘性等有关。一

、空气的密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度。在标准大气状况下（P=101325Pa，t=0℃,φ=0%），干空气的密度为1.293kg/m3。当空气的相对湿度不为0时，湿空气密度的计算公式为：式中：P——空气的压力，Pa；t——空气的温度，℃;φ——相对湿度，%；P饱——温度为t(℃)时的饱和水蒸气压力，Pa。当压力和温度一定时，湿空气的密度总是小于干空气的密度。一般将空气压力为101325Pa，温度为20℃,相对湿度为60%的矿井空气称为标准矿井空气，其密度为1.2kg/m3。二

、空气的比容单位质量空气所占有的体积叫空气的比容，用ν（m3/kg）表示，比容和密度互为倒数： v=1/ρ三

、空气的压力（压强）根据物理学的分子运动理论可导出理想气体作用于容器壁的空气压力关系式：n

——单位体积内的空气分子数；——分子平移运动的平均动能。标准大气压（atm）=760mmHg=1.013*105Pa表3-1压力单位换算表四

、空气的粘性当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力（内摩擦力）以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。任何流体都有粘性，粘性是流体流动时产生阻力的内在因素。对空气而言，粘性系数随温度的升高而增大，压力对粘性系数的影响可以忽略。五

、矿井空气参数的测定（一）大气压力的测定1.

大气压力测量仪器最常用的是空盒气压表，其外形和结构如图3-1所示。其原理是以随大气压力变化而产生轴向移动的真空膜盒作为感应元件，通过传动机构带动指针，指示出当时某测点的绝对静压值。1—指针；2—指针轴；3—游丝；4—指针轴托板；5—表盘；6—反光镜；7—表盘固定柱；8—上托板；9—托板固定柱；10—温度表；11—扇形齿轮；12—中间轴；13—调节螺钉；14—配重块；15—连接杆；16—真空膜盒组；17—调节器；18—下托板；19—安装螺钉（a）外形图

（b）结构图图3-1空盒气压计2.

测压方法（1）测压时，将空盒气压表水平放置；（2）读数前用手轻轻扣敲仪器外壳或表面玻璃，以消除传动机构中的摩擦；（3）观察时指针与镜面指针相重叠，此时指针所指数值即为气压表示值Ps；（4）读取气压表上温度表示值t；（5）气压值的计算，仪器上读取的气压表示值只有经过下列订正后方能使用：温度订正值

ΔPt=

a·t

示值订正值

ΔPs（内插法求得）补充订正值

ΔPd订正后的气压值：P=Ps+

(ΔPt

+

ΔPs

+

ΔPd)

1.测算方法：由公式（3-1），只要测出空气的温度、大气压力和相对湿度就可以计算出空气的密度。2.测算步骤：（1）测定温度；

（2）测定大气压力；

（3）测定相对湿度；

（4）计算。3.注意事项：大气压力和相对湿度要同时测定；各参数测定3次取平均值。（二）空气密度的测算【任务训练1】一

、任务名称

用空盒气压表测算大气压力二

、所需器材

空盒气压表。三

、训练步骤（1）指导老师演示；（2）检查空盒气压表完好无损，并配有检定证书；

（3）测压时，气压表水平放置在测点处，轻轻敲击外壳，放置3~5min（压差大时10~20min）后读数；

（4）由公式（3-5）对读数进行校正，并换算单位；

（5）填写表3-2。表3-2

大气压力测定数据记录表四

、安全文明生产遵守操作规程，爱护设备，做好防护，清洁存放。【任务训练2】一

、任务名称

测算空气密度二

、所需器材

空盒气压表、干湿温度表、秒表、纱布、滴管、饱和蒸汽压力表。三

、训练步骤（1）指导老师演示；（2）检查器材完好；

（3）测定空气温度（干球温度）；

（4）测算大气压力；（5）测算空气的相对湿度；

（6）填写表3-3。表3-3

空气密度的测算数据记录表【知识目标】1.掌握矿井空气压力的种类、概念、产生的原因及其特点2.掌握压力的两种测算基准，理解绝对压力与相对压力之间的关系3.理解并掌握抽出式通风、压入式通风风流中各压力之间的关系【技能目标】1.学会正确使用常用的测压仪器2.能够使用测压仪器测算风流点压力任务二

矿井空气压力及其测量方法【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】矿井生产属于地下作业，其自然条件和生产条件都很复杂。进行矿井通风压力测定，及时、准确地提供井下空气的压力，是搞好矿井通风、预防矿井事故、处理灾害事故和救护人员的重要手段。任务二

矿井空气压力及其测量方法一、空气的压力和能量能量与压力是矿井通风中两个重要的基本概念，它们既密切相关又有区别。风流任一断面上都有压能、位能和动能，这三种机械能量又可分别用相应的静压、位压和动压（速压）来体现。1.

压能（静压能）——静压（静压力）无论空气是处于静止还是流动状态，空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外做功的机械能叫压能。当空气分子撞击到器壁上时就有了力的效应，这种单位面积上力的效应称为静压力，简称静压。静压特点：（1）无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；（2）风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；（3）风流静压的大小反映了单位体积风流所具有的能够对外做功的压能的多少。2.

位能——位压物体在地球引力作用下，由于位置高度不同而具有的一种能量叫位能。位能所呈现的压力叫位压。位压的计算应有一个参照基准面。如果在地面上把质量为M（）的物体提高Z（m），就要对物体克服重力做功。位压的特点1）位能是相对某一基准面而具有的能量，它随所选基准面的变化而变化。在讨论位能时，必须首先选定基准面。一般应将基准面选在所研究系统风流流经的最低水平。2）位能是一种潜在的能量，常说某处的位能是对某一基准面而言，它在本处对外无力的效应，即不呈现压力，故不能像静压那样用仪表进行直接测量。只能通过测定高差及空气柱的平均密度来计算。3）位能和压能可以相互转化，当空气由标高高的断面流至标高低的断面时位能转化为压能；反之，当空气由标高低的断面流至标高高的断面时部分压能转化为位能。在进行能量转化时遵循能量守恒定律。3.

动能——动压当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，任一断面上单位体积风流的动能叫做动压（速压）。

动压的特点：（1）只有作定向流动的空气才具有动压，具有方向性；（2）动压总是大于零；（3）在同一流动断面上，各点的动压值不等；（4）某断面动压即为该断面平均风速计算值。4.全压、势压和总压力风流中某点的静压与动压之和称为全压；某点的静压与位压之和称为势压；井巷风流中任一断面（点）的静压、动压、位压之和称为该断面（点）的总压力。井巷风流中两断面上存在的能量差即总压力差是风流之所以能够流动的根本原因。二

、空气压力的测量基准及其相互关系（一）绝对压力：以真空为测算基准（零点）而测得的压力，用P表示。绝对压力总是正值。（二）相对压力：以当地当时同标高的大气压力为测算基准（零点）测得