項(xiàng)目一 礦井空氣成分

知識(shí)點(diǎn)

◆描述礦井空氣主要成分及其基本性質(zhì)

◆列舉礦井空氣主要成分的檢測(cè)方法

◆描述礦井空氣中有害有毒氣體及其基本性質(zhì)

◆列舉礦井空氣中有害有毒氣體的檢測(cè)方法

技能點(diǎn)

◆能使用儀器檢測(cè)空氣主要成分的濃度，并判斷其是

否符合安全標(biāo)準(zhǔn)

◆能使用儀器檢測(cè)礦井空氣中的有害有毒氣體的濃度，

并判斷其是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)模塊一礦井空氣成分課題一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】

一、地面空氣與礦井空氣

（一）地面空氣組成（干空氣）

1.氧氣：20.96%2.氮?dú)?79%3.二氧化碳：0.04%（二）礦井空氣與地面空氣異同1.氧氣含量減少

2.二氧化碳含量增加3.混入了各種有毒、有害氣體和礦塵4.空氣的溫度、濕度、壓力等物理參數(shù)變化模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】（三）新風(fēng)與污風(fēng)新風(fēng)：進(jìn)入采掘工作面、硐室等用風(fēng)地點(diǎn)之前，空氣成分或狀態(tài)變化較小的風(fēng)流。污風(fēng)：經(jīng)過采掘工作面、硐室等用風(fēng)地點(diǎn)之后，空氣成分或狀態(tài)變化較大的風(fēng)流。

二、礦井空氣主要成分及安全標(biāo)準(zhǔn)（一）氧氣

無色、無味、無臭，略重于空氣。氧是很活躍的化學(xué)元素，易使多種元素氧化，能助燃。更重要的是，人類之所以能夠在地球上生存，就要不斷地吸入氧氣，呼出二氧化碳。

模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動(dòng)強(qiáng)度等。

表1-1人體需氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】表1-2人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關(guān)系

氧氣濃度降低原因：人員呼吸；煤巖、坑木和其它有機(jī)物的緩慢氧化；爆破工作；井下火災(zāi)和瓦斯、煤塵爆炸。此外，煤巖和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生有毒有害氣體，也會(huì)相對(duì)降低氧濃度。

在井下通風(fēng)不良的巷道中，應(yīng)特別注意對(duì)氧氣濃度的檢查，嚴(yán)禁貿(mào)然進(jìn)入，以防發(fā)生缺氧窒息事故。

模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】（二）二氧化碳無色、略帶酸臭味，不助燃也不能供人呼吸，易溶于水。二氧化碳比空氣重，常積聚在風(fēng)速較小的巷道底板、水倉、溜煤眼、盲巷、采空區(qū)等通風(fēng)不良處；在風(fēng)速較大的巷道內(nèi)，一般能與空氣均勻混合。新鮮空氣中微量二氧化碳對(duì)人體是有利的。它對(duì)呼吸中樞神經(jīng)有刺激作用，若空氣中完全不含二氧化碳，則正常的呼吸功能就不能維持。但是，當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度過高時(shí)，將使空氣中的氧氣含量相對(duì)降低，對(duì)人體是不利的?？諝庵卸趸紝?duì)人體的危害程度與濃度的關(guān)系如表1-3所示

模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】表1-3人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關(guān)系主要來源有：煤和有機(jī)物的氧化；人員呼吸；爆破；火災(zāi)；瓦斯、煤塵爆炸等。此外，在個(gè)別煤層和巖層中也能涌出，

甚至與煤或巖石一起突然噴出。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】（三）氮?dú)鉄o色、無味、無臭，略輕于空氣，微溶于水，不助燃，無毒，不能供人呼吸。當(dāng)空氣中的氮?dú)鉂舛仍黾訒r(shí)，會(huì)相應(yīng)降低氧氣濃度，人會(huì)因缺氧而窒息。

在井下廢棄舊巷或封閉的采空區(qū)中，有可能積存氮?dú)?。利用氮?dú)獾亩栊?，可將其用于井下防滅火。?shí)踐證明，氮?dú)夥罍缁鹗欠乐蚊禾孔匀嫉囊豁?xiàng)十分有效的技術(shù)，并得到廣泛應(yīng)用。主要來源：井下爆破和有機(jī)物的腐爛；個(gè)別煤巖層中也會(huì)有氮?dú)庥砍觥?/p>

模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】

（四）安全標(biāo)準(zhǔn)由于氧氣和二氧化碳對(duì)人體健康和安全生產(chǎn)影響很大，所以《煤礦安全規(guī)程》對(duì)其濃度標(biāo)準(zhǔn)做了明確規(guī)定：1、采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中，按體積計(jì)算，氧氣濃度不低于20%，二氧化碳濃度不超過0.5%；2、礦井總回風(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷風(fēng)流中，二氧化碳超0.75%時(shí)，必須立即查明原因，進(jìn)行處理；3、采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中二氧化碳超1.5%時(shí)，必須停止工作，撤出人員，采取措施，進(jìn)行處理。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】三、礦井空氣中有害氣體及安全標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣中常見的有害氣體主要有：一氧化碳（CO）硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氨氣（NH3）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等。（一）一氧化碳

無色、無味、無臭，略輕于空氣，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，有爆炸性。一氧化碳有劇毒，要熟知中毒機(jī)理。一氧化碳中毒最顯著的特征是中毒者粘膜和皮膚呈現(xiàn)櫻桃紅色。一氧化碳的中毒程度與一氧化碳濃度、時(shí)間及人的體質(zhì)有關(guān)，如表1-4所示。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】表1-4一氧化碳中毒癥狀與濃度關(guān)系主要來源有：爆破工作；礦井火災(zāi)；瓦斯及煤塵爆炸等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在煤礦發(fā)生的瓦斯、煤塵爆炸及火災(zāi)事故中，約70～75%的死亡人員是一氧化碳中毒所致。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】(二)硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋氣味，與空氣相對(duì)密度為1.19，易溶于水，能燃燒，當(dāng)濃度達(dá)4.3%～45.5%時(shí)具有爆炸性。硫化氫有劇毒。它不但能使人體血液缺氧中毒，同時(shí)對(duì)眼睛及呼吸道的粘膜具有強(qiáng)烈的刺激作用，能引起鼻炎、氣管炎和肺水腫。當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001%時(shí)可嗅到臭味，但當(dāng)濃度較高時(shí)（0.005~0.01%），因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。

硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-5所示。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】表1-5硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系主要來源有：坑木等有機(jī)物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區(qū)和舊巷積水中放出；有些煤層中也有硫化氫涌出。

模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】（三）二氧化硫無色、有強(qiáng)烈硫磺氣味及酸味，易溶于水，比空氣重，當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，常常積聚在巷道的底部。二氧化硫有劇毒，遇水后生成亞硫酸、硫酸，對(duì)眼睛和呼吸粘膜有強(qiáng)烈刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。主要來源有：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；從含硫煤體中涌出。表1-6二氧化硫的中毒程度與濃度的關(guān)系模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】（四）二氧化氮紅褐色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，比空氣重（相對(duì)密度1.59），易溶于水。二氧化氮遇水后生成硝酸，對(duì)眼睛、呼吸道粘膜和肺部組織有強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，嚴(yán)重時(shí)可引起肺水腫。二氧化氮的中毒有潛伏期，容易被人忽視。中毒初期僅是眼睛和喉嚨有輕微的刺激癥狀，常不被注意，有的在嚴(yán)重中毒時(shí)尚無明顯感覺，還可堅(jiān)持工作，但經(jīng)過6～24h后才出現(xiàn)中毒征兆。主要特征是指頭及皮膚出現(xiàn)黃色斑點(diǎn)，吐黃色痰液，甚至死亡。二氧化氮的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-7所示。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】表1-7二氧化氮的中毒程度與濃度的關(guān)系主要來源是爆破工作。炸藥爆破時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列氮氧化物，如一氧化氮（遇空氣即轉(zhuǎn)化為二氧化氮）、二氧化氮等。

模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】（五）氨氣無色、有濃烈臭味的氣體，比空氣輕（相對(duì)密度為0.6），易溶于水。當(dāng)空氣中的氨氣濃度達(dá)30%時(shí)具有爆炸危險(xiǎn)。氨氣有劇毒。它對(duì)皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫，嚴(yán)重時(shí)失去知覺，以致死亡。氨氣主要來源：爆破工作；用水滅火時(shí)產(chǎn)生；部分巖層中也有氨氣涌出。

（六）氫氣無色、無味、無毒，比空氣輕，是井下最輕的有害氣體空氣中氫氣濃度達(dá)到4%~74%時(shí)具有爆炸危險(xiǎn)。主要來源：井下蓄電池充電；有些中等變質(zhì)的煤層中也有氫氣涌出。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】（七）安全標(biāo)準(zhǔn)1.有害氣體安全標(biāo)準(zhǔn)表1-8礦井空氣中有害氣體最高允許濃度《規(guī)程》還規(guī)定：井下充電硐室風(fēng)流中以及局部積聚處的氫氣濃度不得超過0.5%。通過上述有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)可以看出，最高允許濃度的制定都留有較大的安全系數(shù)。模塊一礦井空氣成分【相關(guān)知識(shí)】2.礦井空氣主要成分安全標(biāo)準(zhǔn)

礦井空氣的主要成分中，由于氧氣和二氧化碳對(duì)人體健康和安全生產(chǎn)影響很大，所以《煤礦安全規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）對(duì)其濃度標(biāo)準(zhǔn)做了明確規(guī)定。采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中，按體積計(jì)算，氧氣濃度不低于20%，二氧化碳濃度不超過0.5%；礦井總回風(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷風(fēng)流中，二氧化碳超過0.75%時(shí)，必須立即查明原因，進(jìn)行處理；采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中二氧化碳超過1.5%時(shí)，必須停止工作，撤出人員，采取措施，進(jìn)行處理。模塊一礦井空氣成分【知識(shí)鏈接】1.大氣壓力礦井通風(fēng)中，習(xí)慣將壓強(qiáng)稱為壓力。由于空氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子之間不斷碰撞，同時(shí)氣體分子也不斷地和容器壁碰撞，形成了氣體對(duì)容器壁的壓力。氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用P表示。地面空氣壓力習(xí)慣稱為大氣壓，在不同標(biāo)高處其大小是不同的。地球周圍大氣層的厚度高達(dá)數(shù)千千米，越靠近地表空氣密度越大，空氣分子數(shù)越多，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大，所以大氣壓力也越大。此外，大氣壓力還與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān)，即便是同一地區(qū)，也會(huì)隨季節(jié)不同而變化，甚至一晝夜內(nèi)都有波動(dòng)。模塊一礦井空氣成分【知識(shí)鏈接】測(cè)定大氣壓力的儀器常用空盒氣壓計(jì)，空氣壓力的單位為帕斯卡（Pa），簡(jiǎn)稱帕，1Pa=1N/m2。壓力較大時(shí)還有千帕（KPa）、兆帕（MPa）1MPa=1000KPa=1000000Pa有的壓力儀器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。

模塊一礦井空氣成分【知識(shí)鏈接】2.空氣密度P——空氣的壓力，Pa；T——熱力學(xué)溫度（T＝273+t），K；t——空氣的溫度，℃；φ——相對(duì)濕度，%； P飽——溫度為t時(shí)的飽和水蒸氣壓力（差表可得），pa。模塊一礦井空氣成分【知識(shí)鏈接】3.氣體檢測(cè)儀器儀表（1）氣體檢定管比長式CO檢定管結(jié)構(gòu)示意圖1—堵塞物；2—活性炭；3—硅膠；4—消除劑；5—玻璃粉；6—指示劑工作原理：當(dāng)待測(cè)氣體通過檢定管時(shí)，將與管內(nèi)指示劑發(fā)生變色反應(yīng)，根據(jù)變色長度來確定待測(cè)氣體濃度

（比長式）。當(dāng)待測(cè)的氣體通過檢定管時(shí)，將與管內(nèi)指示劑發(fā)生變色反應(yīng)，根據(jù)指示劑變色程度不同，來確定待測(cè)氣體濃度（比色式）。

模塊一礦井空氣成分【知識(shí)鏈接】（2）氣體采樣器手動(dòng)采樣器結(jié)構(gòu)示意圖1—?dú)庾?—接頭膠管3—閥門把4—變換閥5—墊圈6—活塞筒7—拉桿8—手柄由變換閥和活塞筒等部分組成?；钊?用來抽取氣樣，變換閥4則可以改變氣樣流動(dòng)方向或切斷氣流。當(dāng)閥門把手3處于垂直位置時(shí)，活塞筒與接頭膠管2相通；當(dāng)閥門把手順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)水平位置時(shí)，活塞筒與氣嘴1相通；閥門把手處于45°位置時(shí)，閥門將活塞筒與外界氣體隔斷。在活塞拉桿7上刻有標(biāo)尺，可以表示出手柄拉動(dòng)到某一位置時(shí)吸入活塞筒的氣樣體積（ml），采樣器最大導(dǎo)氣量一般為50ml。模塊一礦井空氣成分【知識(shí)鏈接】（3）氧氣檢測(cè)儀1—氧氣濃度顯示器；2—儀器銘牌；3—示值調(diào)準(zhǔn)電位器旋鈕；4—氧氣擴(kuò)散孔；5—提手；6—密封蓋；7—開關(guān)模塊一礦井空氣成分【知識(shí)鏈接】（4）光學(xué)瓦斯鑒定器礦井空氣中二氧化碳的測(cè)定主要使用光學(xué)瓦斯鑒定器，檢查方法詳見“礦井瓦斯防治技術(shù)”。也可利用比長式檢測(cè)管法檢測(cè)。模塊一礦井空氣成分【課程小結(jié)】煤礦生產(chǎn)為地下作業(yè)，煤（巖）內(nèi)又賦存著以甲烷為主的有毒有害氣體，因此，決定了搞好煤礦安全工作的艱巨性。礦井空氣是《礦井通風(fēng)技術(shù)》課程的基礎(chǔ)，又與礦工的身心健康密切相關(guān)。經(jīng)過該模塊的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，將掌握礦井空氣的檢測(cè)方法、濃度標(biāo)準(zhǔn)及防治措施，對(duì)從事煤礦生產(chǎn)和管理的人員是大有幫助的。本模塊緊緊圍繞“礦井氣體及其檢測(cè)”，主要介紹了礦井空氣主要?dú)怏w成分和有毒有害氣體的性質(zhì)、危害、安全標(biāo)準(zhǔn)及防治措施等相關(guān)知識(shí)。同時(shí)，為擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，又設(shè)計(jì)了大氣壓力、空氣密度、氣體檢測(cè)儀表等鏈接知識(shí)。為做到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，該模塊配有專項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，真正提高學(xué)生該方面的知識(shí)和