1矿井空气教学课件

1、2020/10/5,1,2020/10/5,1,Mine Ventilation and Dust Control,矿井通风与防尘 东华理工大学 巫林平,2020/10/5,2,2020/10/5,2,目 录 Contents,1 绪论 2 矿内大气 3 矿内风流的基本性质 4 矿内风流运动的能量 方程式 5 矿井通风阻力 6 矿井自然通风 7 机械通风 8 矿井风流基本定律和风量分配,9 矿井通风系统 10 局部通风 11 矿井通风系统设计 12 矿井通风管理与 监测 13 矿井通风技术的新发展 14 矿井防尘,2020/10/5,3,2020/10/5,3,1 绪

2、 论 Introduction,1.1 课程性质、目的及任务 1.2 课程的主要内容和基本要求 1.3 课程的重点和难点 1.4 课程的实验安排 1.5 课程的学时分配,2020/10/5,4,2020/10/5,4,1.1 课程性质、目的及任务the properties, Purposes and Task of the Course,矿井通风与防尘是采矿工程、安全工程的必修专业课。矿井通风是矿井各生产环节中最基本的一环，在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。 矿井通风的根本目的就是向矿井输入新鲜空气和排出污浊空气。即依靠通风动力将定量的新鲜空气，沿着既定的通风线路不断地输入井下，以

3、满足回采工作面、掘进工作面、机电硐室、火药库以及其他用风地点的需要；同时，将用过的空气不断排出地面。,2020/10/5,5,2020/10/5,5,1.1 课程性质、目的及任务the properties, Purposes and Task of the Course,基本任务是供给矿井新鲜风量，以冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性气体和粉尘，保证井下风流的质量和数量符合国家安全卫生标准，创造良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故，保障井下人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产。,2020/10/5,6,2020/10/5,6,1.2 课程的主要内容和基本要求the Main Con

4、tents and Basic Requirements of the Course,主要内容 1 研究矿内有毒、有害（CO，NO2，H2S，SO2）及放射性气体 和粉尘生成及分布的规律。 2 研究矿内气候条件的变化规律。 3 正确确定矿井的总供风量和各作业地点所需的风量。 4 正确确定矿井的通风系统、通风网路结构和通风方法。 5 正确计算矿井通风阻力，合理确定所需的通风动力。 6 随着生产的发展变化及时进行风量的调节。 7 对矿井通风状况进行检查、测定，及时发现问题，解决问题。 基本要求 掌握矿内大气的性质和风流运动的基本规律，学会矿井通风和防尘的检测方法、技术管理措施和设计计算方法。,20

5、20/10/5,7,2020/10/5,7,1.3 课程的重点和难点the Keynote and Difficult Point of the Course,重点是学习矿内风流运动的基本规律、风量计算及分配、矿井通风阻力计算以及主扇选型。 难点是矿井通风系统的分析和设计。,2020/10/5,8,2020/10/5,8,1.4 课程的实验安排Experiment Arrangement of the Course,本课程设有6学时的实验，主要有： 1 空气物理参数测定及风速仪的校正； 2 风流压力测定、管道断面压力分布的测定； 3 风流沿程流动压力的测定、阻力系数的测定 及通风机性能测定；

6、4 粉尘浓度及分散度的测定。,2020/10/5,9,2020/10/5,9,1.5 课程的学时分配Teaching Hours of the Course,本课程总学时52，其中授课46学时，实验6学时。 成绩评定： 本课程是考试课，采用结构评分，即平时作业、考勤课堂表现占本课程考核总成绩的20%，实验课成绩占20%，期末定时作业占60%。,2020/10/5,10,2020/10/5,10,参考文献,【0】支学艺，张红婴主编,矿井通风与防尘，化学工业出版社，2013年 【1】陈国山，王洪胜主编,矿井通风与防尘,冶金工业出版社，2010年 【2】陈晓青主编，金属矿床露天开采，北京：冶金工业出

7、版社，2010年 【3】李建波主编，金属矿床地下开采，北京：冶金工业出版社，2011年 【4】王德明主编，矿井通风与安全，徐州：中国矿业大学出版社，2012年 【5】刘锡明主编。矿井通风与安全，北京：冶金工业出版社，2013年,2020/10/5,11,2020/10/5,11,参考文献,1 矿井通风技术测定及其应用 淮南煤炭学院通风安全教研室 煤炭工业出版社 2 矿井通风阻力及其测定 黄元平 煤炭工业出版社 3 煤矿安全手册 第一篇 矿井通风与空调 赵金福 煤炭工业出版社 4 矿井通风 黄元平 中国矿业学院出版社 5 矿井通风与安全 吴中立 中国矿业大学出版社 6 矿井通风工程 （美）C.J

8、.霍尔 煤炭工业出版社 7 金属矿井通风防尘设计参考资料 冶金工业出版社 8 通风学 （日）平松良雄 冶金工业出版社 9 冶金地下矿山安全规程 10 金属非金属矿山安全 湖北科学技术出版社 11 矿山安全培训教材 国家安全生产监督管理局安全科学技术研究 中心 12 矿井通风与防尘 王英敏 冶金工业出版社,2020/10/5,12,2020/10/5,12,2 矿内大气 Atmosphere Air in Mine,2.1 矿内空气的主要成分 2.2 矿内空气中常见的有害气体 2.3 放射性气体 2.4 矿内气候条件,2020/10/5,13,2020/10/5,13,2.1 矿内空气的主要成分

9、 Main Composition of Mine Air,2.1.1 地面空气 2.1.2 矿井空气 2.1.3 井下空气的主要成分,2020/10/5,14,2020/10/5,14,2.1.1 地面空气 Atmospheric Air,地面空气一般是由以下几种气体混合组成： O2 氧 20.90；（按体积百分比） N2 氮 78.13； CO2 二氧化碳 0.03； Ar 氩 0.93； 其它稀有气体 0.01。 地面空气是干空气和水蒸气的混合气体，在正常情况下，地面空气（干空气）中各种气体的组成如上述，它们表示某种气体的体积在干空气的总体积中所占的百分数。,2020/10/5,15,2

10、020/10/5,15,2.1.2 矿井空气 Air in Mine,地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。 地面空气进入井下后会发生物理和化学两种变化。（？） 表现为：氧含量降低，二氧化碳量增高，并混入了矿尘和有毒有害气体（如CO2 、H2S 、N02、SO2），空气的温度、湿度和压力也发生了变化等。,一般来讲，正常的地面空气进入矿井后，当其成分与地面空气成分相同或相差不多时，称为矿内新鲜空气（安全规程规定，就含尘量而言，入风风源的含尘量不大于0.5mg/m3）（新风）。,2020/10/5,16,2020/10/5,17,2020/10/5,17,2.1.2 矿井空气 Air in Mine

11、,当井下空气中混入各种有毒有害气体，含氧量降低，CO2增加，以及粉尘含量增加，这时称为矿内污浊空气（污风）。,2020/10/5,18,2020/10/5,18,物 理 变 化 Physical Change,1 气体混入。井下空气中混入 CO2 和H2S 等气体。 2 固体混入。井下各作业点所产生的矿尘（岩尘）和其它杂尘浮游在井下空气中。 3 气象变化。主要是由于井下空气的温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。,2020/10/5,19,2020/10/5,19,化 学 变 化 Chemical Change,井下一切物质（如岩石，坑木等）的缓慢氧化、自燃现象及人体呼吸产生CO

12、2 。 井下爆破、火区氧化、机械润滑油高温分解等都能产生CO。 井下火区氧化和含硫矿的水解都能产生H2S。 井下爆破能产生氧化氮（NO2 及 N2O5）等。,2020/10/5,20,2020/10/5,20,2.1.3 井下空气的主要成分 Main Composition of Mine Air,井下空气的主要成分有O2，N2， CO2 ，但是N2是惰性气体，变化不大，故主要还是O2 ，CO2。,2020/10/5,21,2020/10/5,21,氧 气 (O2) （1）Oxygen,氧为无色、无味、无臭的气体，相对密度为1.11。它是一种非常活泼的元素，能与很多元素起氧化反应，能帮助燃烧和

13、供人和动物呼吸，是空气中不可缺少的气体。 放热反应,2020/10/5,22,2020/10/5,22,氧 气 (O2) （1）Oxygen,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 6-15 0.20.4 轻 劳 动 20-25 0.6-1.0 中度劳动 30-40 1.2-2.6 重 劳 动 40-60 1.8-2.4 极重劳动 60-80 2.5-3.1,2020/10/5,23,2020/10/5,23,氧 气 (O2

14、) （2） Oxygen,当空气中的含氧量减小时，人们的呼吸就会感到困难，严重时会导致窒息（含氧量降到69） 。所以，我国矿山安全规程规定，矿内空气的含氧量不得低于20。 氧气既提供人呼吸，又是助燃物质。井下工人劳动，需要有足够含氧量的空气，但对一些采空区域却要阻止含氧空气进入，以防自燃，酿成火灾。,2020/10/5,24,2020/10/5,24,氧 气 (O2) （2） Oxygen,地面空气进入井下后，氧气浓度会有所降低。主要原因有： 1）人员呼吸； 2）坑木和其他有机物的缓慢氧化； 3）爆破工作； 4）井下火灾、矿尘爆炸； 5）矿岩和生产中产生其他有害气体等。,2020/10/5,2

15、5,2020/10/5,25,二 氧 化 碳 (CO2) Carbon Dioxide,CO2是一种比重为1.52的无色无味气体，常沉积在巷道的底部。 我国矿山安全规程规定：有人工作或可能有人到达的井巷， CO2不得大于0.5，总回风流中CO2不大于1。,2020/10/5,26,2020/10/5,26,二 氧 化 碳 (CO2) Carbon Dioxide,不助燃，也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼鼻喉黏膜有刺激作用。 对人的呼吸起刺激作用； 当空气中CO2浓度过大时，造成氧浓度降低，可以引起缺氧窒息。当空气中的CO2含量达1020，人就有生命危险。,2020/1

16、0/5,27,2020/10/5,27,二 氧 化 碳 (CO2) Carbon Dioxide,二氧化碳比空气重，常常积聚在矿井巷道底板、水仓、盲井、采空区及通风不良处。 矿井中二氧化碳的主要来源有： 有机物的氧化；人员呼吸；井下爆破；井下火灾；爆炸等。有时也能从矿岩中大量涌出，甚至与岩石一起突然喷出，给安全生产造成重大影响。,2020/10/5,28,2020/10/5,28,氮气(N2) Carbon Dioxide,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，但当空气中氮气浓度增加时，会相应降低氧气浓度，人会因缺氧

17、而窒息。 在废弃旧巷或封闭的采空区中，有可能积存氮气、矿井中的氮气主要来源于：井下爆破；有机物的腐烂；天然生成的氮气从矿岩中涌出。,2020/10/5,29,2020/10/5,29,2.2 矿内空气中常见的有害气体Main Noxious Gases in Mine,金属矿山井下常见的对安全生产威胁最大的有毒气体有：CO，NO2，SO2 ，H2S等。 2.2.1 有毒气体的来源 2.2.2 各种有毒气体的性质 2.2.3 矿尘 2.2.4 矿内空气成分安全标准,2020/10/5,30,2020/10/5,30,2.2.1 有毒气体的来源the Source of Noxious Gases

18、,1 爆破时所产生的炮烟。炸药在井下爆炸后，产生大量的有毒有害气体，如CO, NO2等。 2 柴油机工作时所产生的废气。柴油机工作时所排废气的主要成分是氧化氮，CO 、 醛类和油烟等。（缸径） 坑内柴油机废弃排放指标 单位g/(kW*h),2020/10/5,31,2020/10/5,31,爆 破 Explosion,爆破是矿山生产的主要作业之一。爆破后，工人不能立即进入工作面，因为现代各种工业炸药的爆破分解都是建立在可燃物质(如碳、氢、氧等)气化的基础上。当炸药爆炸时除产生水蒸气和氮外，还产生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等有毒有害气体，统称为炮烟。它会直接危害矿工的健康和安全。,2020/1

19、0/5,32,2020/10/5,32,2.2.1 有毒气体的来源the Source of Noxious Gases,3 硫化矿物的氧化。在开采高硫矿床时，由于硫化矿物缓慢氧化，产生SO2 和 H2S气体。 4 井下火灾。井下火灾引起坑木燃烧，产生大量的CO。,2020/10/5,33,2020/10/5,33,2.2.2 各种有毒气体的性质the Properties of Noxious Gases,一氧化碳（CO）：矿山安全规程规定：矿内空气中CO浓度不可超过0.0024。爆破后，在通风机连续运转条件下，CO浓度降至0.02时，才可进入工作面。 物理性质： 无色无味无臭的气体，对空气

20、的相对密度为0.97，故能均匀的散布于空气中，不用特殊仪器不易察觉。微溶于水，化学性质不活泼，但浓度在13%75%时能引起爆炸。,2020/10/5,34,2020/10/5,34,一 氧 化 碳 Carbon Monoxide,极毒：当空气中一氧化碳浓度为0.4%时，在很短的时间内人就会失去知觉，抢救不及时就会中毒死亡。 主要危害：血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250300倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。当浓度为0 .08%时，

21、40分钟引起头痛眩晕和恶心；浓度为0.32%时，510分钟引起头痛、眩晕，30分钟引起昏迷，死亡。,2020/10/5,35,2020/10/5,35,2.2.2 各种有毒气体的性质the Properties of Noxious Gases,中毒程度和中毒快慢与下列因素有关： 1）空气中一氧化碳的浓度； 2）与含有CO的空气接触时间； 3）呼吸频率与呼吸深度； 4）与人的体质和体格有关； 一氧化碳浓度与人体中毒程度的关系,2020/10/5,36,2020/10/5,36,2.2.2 各种有毒气体的性质the Properties of Noxious Gases,氮氧化物（NOxNO2）

22、：矿山安全规程规定：氮氧化物不大于0.00025。（NOx5mg/m3） 硫化氢（H2S）： 矿山安全规程规定：井下空气中H2S含量不能超过0.00066。（H2S10mg/m3）。 二氧化硫(SO2)：矿山安全规程规定：空气中 SO2含量不得超过0.0005。（SO2 5mg/m3）。,2020/10/5,37,2020/10/5,37,氮氧化物（NOxNO2）Nitrogen Dioxide,炸药爆炸时产生一系列的氮氧化物，如NO，NO2，NO遇空气中的氧就立即氧化为NO2。 NO2是一种比重为1.57的有强烈窒息性红褐色气体，易溶于水而生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈

23、的刺激及腐蚀作用。 主要危害：对于人体最大的危害是引起肺水肿。二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。矿内空气中当NO2的浓度为0.01%时，出现严重中毒， 0.025时，很快使人中毒死亡。 矿井中二氧化氮的主要来源是爆破工作。,2020/10/5,38,2020/10/5,38,硫化氢（H2S）Hydrogen Sulfide,硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，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，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6.0时，有爆炸危险。 主要危害：硫化氢剧

24、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。如当浓度达到0.1%时，在短时间内就会有生命危险。,2020/10/5,39,2020/10/5,39,硫化氢（H2S）Hydrogen Sulfide,主要来源：坑木等有机物腐烂，含硫矿物的水化，从老空区和旧巷道积水中放出。 金属非金属矿山安全规程中规定：井下空气中硫化氢含量不得超过0.00066%。,2020/10/5,40,2020/10/5,40,二 氧 化 硫 (SO2) Sulfur Dioxide,二氧化硫(SO2)，无色、有强烈的硫磺气味及

25、酸味，空气中浓度达到0.0005即可嗅到。其相对密度为2.2，常存在于巷道底部，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，眼睛及呼吸器官即感到有强烈的刺激（瞎眼气体）；浓度达0.05时，短时间内即有致命危险。,2020/10/5,41,2020/10/5,41,二 氧 化 硫 (SO2) Sulfur Dioxide,矿井中二氧化硫的主要来源：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。 我国规程规定：空气中SO2含量不得超过0.0005%。,2020/10/5,42,2020/10/5,42,氨气，

26、氢气,氨气（火灾，爆炸事故）：无色有浓烈臭味的气体，相对密度为0.6，易溶于水。氨气浓度达到30%时遇明火有爆炸性。有剧毒，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。 氢气：无色无味无毒，相对密度0.07。浓度达到4%74%时具有爆炸危险。 主要来源：蓄电池充电，矿井火灾和爆炸事故。,2020/10/5,43,2020/10/5,43,2.2.3 矿 尘 Mine Dust,在开采过程中，所产生的一切细散状矿物和岩石的尘粒，称为矿尘，它能较长久地悬浮于空气中，也叫做粉尘。含游离二氧化矽（SiO2）的粉尘叫做矽尘。 矿尘最大的危害是，当人体长期吸入含有游离SiO2的矿

27、尘时，会引起矽肺病。矽肺病是矿山的一种主要职业病，是因为长期大量吸入含游离SiO2的矿尘引起的。矽尘沉积于肺泡中，使肺组织部分地失去弹性而硬化，使人们呼吸功能减退，出现咳嗽、气短、胸痛、无力等症状，不仅造成病痛，并影响劳动能力，严重时将丧失劳动能力。 井下作业场所的粉尘浓度必须符合国家标准。,2020/10/5,44,2020/10/5,44,二 氧 化 矽 Silicon Dioxide,二氧化矽是地壳上常见的氧化物，是许多岩石和矿物的重要组成部分，它有两种存在状态：一种是结合态的二氧化硅，即矽酸盐矿物，如长石，滑石，石棉等，对人体的危害较轻。另一种是游离状态的SiO2, 主要是石英，以及燧

28、石、磷石英、白石英等。矿尘中含游离SiO2含量越高，对人体危害越大。一般金属矿山矿尘游离SiO2含量在3070左右，有时高达90以上。,2020/10/5,45,2020/10/5,45,粉尘浓度国家标准 the National Standard of Dust Density,我国关于防止厂矿企业中矽尘危害的决定中规定，作业场所空气中粉尘气体浓度：含游离SiO2大于10者，不能超过2 mg/m3， 小于10者，不得超过10 mg/m3。,2020/10/5,46,2020/10/5,46,矿内空气成分安全标准 Safety Standard of Air Composition in Mi

29、ne,2020/10/5,47,2020/10/5,47,有毒气体中毒时的急救,急救措施： 1.立即将中毒者移至新鲜空气处或地表； 2.将患者口中一切妨碍呼吸的东西松开； 3.保暖 4.输氧 5.解毒,2020/10/5,48,2020/10/5,48,有毒气体的测定,以快速准确的测定法为宜，现场广为采用的测定方法为检定管快测定法。 比色法 比长法,2020/10/5,49,2020/10/5,49,2.3 放射性气体 Radiated Gases,2.3.1 氡及其子体的性质和危害 2.3.2 矿内大气中氡的来源 2.3.3 氡及氡子体的最大允许度,2020/10/5,50,2020/10/

30、5,50,2.3.1 氡及其子体的性质和危害 the Properties and Harm of Radon,氡是一种惰性气体，对人体无直接危害，但氡子体是呈固体微粒形式，大小为0.001-0.05m，有一定的荷电性，具有很强的附着能力。因此，在空气中很容易与粉尘结合形成“放射性气溶胶”。被吸入人体后，氡及其子体继续衰变放出射线，长期作用能使支气管和肺组织产生慢性损伤，引起病变，故认为它是产生矿工肺癌的原因之一。,2020/10/5,51,2020/10/5,51,2.3.1 氡及其子体的性质和危害 the Properties and Harm of Radon,（1）氡及其子体的性质 氡

31、是无色无味透明的放射性气体，半衰期为3.825D。惰性气体，能溶于水、油类、有机溶剂及其它溶解。能被固体物质吸附，吸附力最强的是活性炭。 衰变规律：氡-镭A-镭B-镭C-镭C-镭D-铅 由氡到铅的衰变过程中所产生的短寿命中间产物统称为氡的子体。氡子体具有金属特性和荷电性，与物质粘附性很强，易于矿尘结合、黏着，形成放射性气溶胶。,2020/10/5,52,2020/10/5,52,2.3.1 氡及其子体的性质和危害 the Properties and Harm of Radon,（2）氡及其子体的危害 射线穿透能力差，电离本领强，内照射对人体组织的危害较大，多表现为呼吸道系统疾病。 、射线穿透

32、能力强，外照射引起的损伤多表现为神经系统和血液系统的疾病。 对含铀矿山，外照射不是主要危害，主要放射性危害是内照射。 氡子体对人体贡献的剂量比氡大19.8倍，氡子体的危害是主要的。,2020/10/5,53,2020/10/5,53,2.3.2 矿内大气中氡的来源 Source of Radon in Mine Air,1）岩石中普遍存在着铀，铀不断地衰变，不断产生氡气，并从岩石的裸露表面进入空气中。 2）氡在水中的溶解度不大，但由于岩石裂隙中存在高浓度的氡，使地下水中溶解大量的氡，一经流入矿井，氡便从水中析出。 3）采矿及掘进都在不断地破碎矿岩。随着矿岩裸露面的增加，也增加了矿井的氡析出量。

33、,2020/10/5,54,2020/10/5,54,2.3.3 氡及氡子体的最大允许浓度 the Permissible Concentration of Radon,氡及其子体对人体的危害条件： A. 空气中氡及其子体要超过一定浓度； B. 氡及其子体能进入人体内； C.人体接受上述浓度的氡和子体要超过一定时间。 我国放射性防护规定规定矿山井下工作场所空气中的最大允许浓度为3.7kBq/m3，或叫1艾曼。 氡子体的潜能值不超过0.3工作水平或1国标，或6.4J/m3。,2020/10/5,55,2020/10/5,55,2.4 矿内气候条件 the Climate Condition in

34、 Mine,2.4.1 概述 2.4.2 矿内空气的湿度、含湿量 2.4.3 矿内空气温度 2.4.4 井下气候条件的舒适性 2.4.5 衡量矿井气候条件的指标,2020/10/5,56,2020/10/5,56,2.4.1 概 述（1）General Introduction,人体在工作或休息时，都在不断产生和散发热量。在正常条件下，人体产热速率和环境冷却能力相适应而处于平衡状态，体温保持在36.537度。 新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。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。,2020/10/5,57,2020/10/5,57,2.4.1 概

35、 述（1）General Introduction,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。经该途径散发的热量约占总散热量的70%85%。 对流散热(thermal convection) 紧贴身体的空气由于辐射的结果温度升高，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。 蒸发散热是指体液的水分在皮肤和粘膜（主要是呼吸道粘膜）表面由液态转化为气态，同时带走大量热量的一种散热方式。（与矿井气候条件之间的关系？）,2020/10/5,58,2020/10/5,58,2.4.1 概 述（1）Gener

36、al Introduction,对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。 矿井气候条件主要指矿井空气的温度、湿度和流速等，也称矿井气候条件的三要素。,2020/10/5,59,59,2.4.1 概 述（2） General Introduction,矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素。 空气温度：对人体对流、辐射起着主要作用。 相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。 风速：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。同时湿交换效果也随风速增大而加强。如有风的天气，衣服干得快。 影响人体产生热量主要决定于劳

37、动强度。而影响人体散热的条件是空气的温度、湿度和风速三者的综合状态。,2020/10/5,60,2020/10/5,60,2.4.2 矿内空气的湿度、含湿量 Humidity of Mine Air,1 几个概念 2 影响湿度的原因 3 矿井湿度变化规律,2020/10/5,61,2020/10/5,61,几 个 概 念 Concept,1 绝对湿度（ ）。单位体积或单位重量的湿空气中所含水蒸气重量的实际值（g/m3 或g/kg）。 2 饱和能力（ ） 。单位体积或单位重量的空气能容纳水蒸气量的极限能力或最大能力（g/m3 或g/kg）。 当温度升高时，空气的体积增大，空气分子间的孔隙增大，容

38、纳水蒸气的能力增大。这就是说，空气温度越高，空气的饱和能力就越大。 3 相对湿度( )。在温度相同和压力相同的条件下，空气的绝对湿度和饱和能力的百分比叫做空气的相对湿度。 4 露点。在气压不变，水蒸气无增减的情况下，不饱和空气因冷却而达到饱和时的温度。,2020/10/5,62,2020/10/5,62,相对湿度的计算 Calculation of Relative Humidity,为水蒸气压力， 为饱和水蒸气压力。 =0， =100% ，分别意味着什么？ 在一定温度和压力下， 的数值是常数，则由上式可知，和 是成正比例变化的，即空气的相对湿度越大，则空气的绝对湿度也越大，即表示这时的空气越

39、潮湿。,2020/10/5,63,2020/10/5,63,影响湿度的原因 Factors Affecting Humidity,1 地面湿度随季节变化。 阴雨季节湿度较大，夏季相对湿度较低（气温高， 高），冬季相对湿度较大（气温低， 低）。 2 地面湿度与地理位置有关。沿海地区较高，向内陆逐渐降低，西北地区达到最低值。因为空气中水蒸气来自水面，故大气中湿度一般自沿海向内陆和自低层向高层（海拔）递减。（如赣南平均海拔300500m，甘肃2000m左右）。,2020/10/5,64,2020/10/5,64,矿井湿度变化规律 Change Law of Humidity in Mine,井下湿度

40、由于矿井涌水或滴水或充填、湿式作业、喷雾洒水等原因，井下通常都很潮湿，金属矿山井下相对湿度在8090左右。 一般来说，在矿井进风路线上，冷天相对湿度大，含有一定量水蒸气的冷空气进入井下，气温逐渐升高，其饱和能力逐渐变大，相对湿度变小，沿途要吸收井巷中的水分，则进风段干燥；热天相对湿度低，热空气进入井下，气温逐渐降低，其饱和能力逐渐变小，使其中一部分水蒸气凝结成水珠，故进风段里很潮湿。这就是人们常见的进风段冬干夏湿现象。采掘工作面和回风路线上，因气温常年不变，故其湿度亦几乎常不变，而且相对湿度都在95以上。,2020/10/5,65,2020/10/5,65,2.4.3 矿内空气温度 Tempe

41、rature of Air in Mine,1 温度变化 2 影响矿内温度的因素 3 井下气温变化规律,2020/10/5,66,2020/10/5,66,温 度 变 化 the Change of Temperature,矿内空气温度是矿内气候条件的一个重要因素。矿内空气最适宜人们劳动的温度是15-20。 空气在矿井中流动，会由于各种原因而导致温升。通常有对流温升和换热温升。 对流温升，是指空气由于绝热压缩和水分蒸发时所引起的空气温度变化。 换热温升，是指岩石和空气中的热交换，所引起的空气温度的变化。,2020/10/5,67,2020/10/5,67,影响矿内温度的因素 the Facto

42、rs Affecting Temperature in Mine,地面空气温度 空气受压缩和膨胀 岩石温度的影响,2020/10/5,68,2020/10/5,68,地面空气温度 the Temperature of Atmospheric Air,地面气温一年四季有周期性变化，甚至一日之内也发生周期性变化。 地面空气温度的变化对井下空气的影响极大 。我国北方冬季寒冷，进风段若不预热，有可能出现冰冻现象；南方夏季炎热，使井下温度升高，恶化工作环境，尤其是浅井。,2020/10/5,69,2020/10/5,69,空气受压缩和膨胀 Compression and Expansion of Air

43、,当空气沿井筒向下流动时，由于井筒加深，空气受压缩，而放出热量，使空气温度升高；当空气向上流动时，则膨胀吸热，使温度降低。 空气温升计算式： t2 -t1 = g ( z1 - z2 ) / Cp t1、t21、2点的空气温度，；z1、z2 1、2点的标高，m; Cp 空气的定压比热容，J/kg ； g 重力加速度，m/s2 。,2020/10/5,70,2020/10/5,70,岩石温度的影响（1）Effect of Rock Temperature,地表以下岩石的温度是变化的，可分为三带： 变温带：温度随地表温度而变化； 恒温带：不受地表温度的变化影响，而稳定不变。其温度近似等于当地年平均

44、气温，深度大约距地表2030米。 增温带：在恒温带以下，岩石温度随深度的增加而增加。 一定深度的岩石温度计算式： tZ = t0 + Gt ( Z - Z0 ) tZ 距地面垂深Z米处的岩层温度， ；t0 恒温带处岩层的温度，可近似取当地年平均气温，。Z 岩层的深度，m； Z0 恒温带的深度，m; Gt 地温梯度，即岩层温度随深度的变化率， /m。,2020/10/5,71,2020/10/5,71,岩石温度的影响（2） Effect of Rock Temperature,围岩与井下空气的热交换是一个复杂的非稳态定过程，但其主要热交换方式为传导和对流。当围岩温度高于进入矿内空气的温度时，岩体

45、内部的热量就会传递到巷道壁，再由岩壁散发到空气中，使空气加热而升温。 岩体中的热量不断地传给空气，在巷道周围逐渐形成冷却圈。冷却圈的大小决定于岩石的性质、岩体与空气的温差，以及距井口的距离和通风时间的长短。,2020/10/5,72,2020/10/5,72,岩石温度的影响（2） Effect of Rock Temperature,围岩向空气的散热量可按下列热平衡方程式计算： Q= Kq pL ( tr - ta ) 式中， tr为围岩的原始温度； ta为巷道内某点空气的温度；p为巷道周长，m； Kq为围岩的非稳态热交换系数，约为0.3-1.0；,2020/10/5,73,2020/10/5

46、,73,矿井热源,除岩石温度的影响之外，水分蒸发及冷凝、机械散热、氧化生热、热水散热也会成为井下增温的主要原因。 井下人体散热、灯火、电气设备、放炮、岩石破碎过程散发的热量在矿井总散热量中所占的比例不大，不会成为主要热源。,2020/10/5,74,2020/10/5,74,井下气温变化规律（1）the Change Law of Temperature in Mine,在进风路线上（指向矿井进风口到采掘工作面的一段路线）： 冬季：冷空气进入井下，冷气温与地温进行热交换，风流吸热，地温散热，因地温随深度增加且风流下行受压缩，故沿线气温逐渐升高。 夏季：与冬季的情况相反，沿线气温逐渐下降。即在进风路线上，气温随四季而变，和地表气温相比，有冬暖夏凉的现象，对地表气温起调节作用，进风路线好比调节器。,2020/10/5,75,2020/10/5,75,井下气温变化规律（2） the Change Law of Temperature in Mine,在采掘工作面内，由于物质的氧化程度大，机电设备多，人员多以及爆破工作等，致使产生较大的热量，对风流起着加热作用，气温逐渐升高，而且常年变