第一章 礦內(nèi)大氣

第一章礦內(nèi)大氣第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日礦井通風防塵一、學習該課程的目的二、該課程的學習方法三、該課程的學習的重點和難點四、該課程學時分配五、成績評定六、紀律要求第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日礦井通風防塵主要參考書1.《礦井通風防塵》汪德淇

主編冶金工業(yè)出版社2.《金屬礦井通風防塵》周洵遠主編冶金工業(yè)出版社第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日第一章礦井空氣

利用機械或自然通風動力，使地面空氣進入井下，并在井巷中作定向和定量地流動，最后排出礦井的全過程稱為礦井通風。目的、主要任務—保證礦井空氣的質(zhì)量符合要求。第一節(jié)礦內(nèi)空氣的主要成分及其變化定義：地面空氣進入礦井以后即稱為礦井空氣。一、地面空氣的組成地面空氣是由干空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。

干空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。干空氣的組成成分比較穩(wěn)定，其主要成分如下。

第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會引起濕空氣的物理性質(zhì)和狀態(tài)變化。

二、礦井空氣的主要成分及基本性質(zhì)

新鮮空氣：井巷中用風地點以前、受污染程度較輕的進風巷道內(nèi)的空氣，污濁空氣：通過用風地點以后、受污染程度較重的回風巷道內(nèi)的空氣。氣體成分按體積計／％按重量計／％備注氧氣（O2）20.9623.28二氧化碳（CO2）0.040.08第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日1．氧氣(O2)

氧氣是維持人體正常生理機能所需要的氣體,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)和勞動強度等。

人體輸氧量與勞動強度的關(guān)系

勞動強度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）

休息6-150.2－0.4

輕勞動

中度勞動

重勞動

極重勞動

第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日

當空氣中的氧濃度降低時，人體就可能產(chǎn)生不良的生理反應，出現(xiàn)種種不舒適的癥狀，嚴重時可能導致缺氧死亡。

礦井空氣中氧濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖和其他有機物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸；此外，煤巖和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對降低。2．二氧化碳(CO2)

二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。

礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機物的氧化；人員呼吸；碳酸性巖石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標準采掘工作面進風流中的氧氣濃度不得低于20％；二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風流中不得超過0.75％；當采掘工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5％或采區(qū)、采掘工作面回風道風流中二氧化碳濃度超過1.5％時，必須停工處理。第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)礦內(nèi)空氣中的主要有毒氣體

空氣中常見有害氣體：CO、NO2、SO2、H2一、爆破及內(nèi)燃設備產(chǎn)生的主要有毒氣體

爆破是礦山生產(chǎn)的主要作業(yè)之一。爆破后不能立即進入工作面，因為現(xiàn)代各種工業(yè)炸藥的爆破分解都是建立在可燃物質(zhì)(如碳、氫、氧等)氣化的基礎上。當炸藥爆炸時除產(chǎn)生水蒸氣和氮外，還產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等有毒有害氣體，統(tǒng)稱為炮煙。它會直接危害礦工的健康和安全。第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日

１、一氧化碳（CO）一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內(nèi)時有爆炸的危險。

主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進入人體后，首先就與血液中的血紅素相結(jié)合，因而減少了血紅素與氧結(jié)合的機會，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。0.08%，40分鐘引起頭痛眩暈和惡心，0.32%，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。

主要來源：爆破；礦井火災；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日２、硫化氫（H2S）

硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當空氣中濃度達到0.0001％即可嗅到，但當濃度較高時，因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶于水，在常溫、常壓下一個體積的水可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時有爆炸危險。

主要危害：硫化氫劇毒，有強烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當空氣中硫化氫濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。0.005~0.01%，1~2小時后出現(xiàn)眼及呼吸道刺激，0.015~0.02%

主要來源：有機物腐爛；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。第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日

３、二氧化氮（NO2）二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強烈的刺激氣味，相對密度為1.59，易溶于水。

主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蝕性很強的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強烈的刺激及腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現(xiàn)黃色斑點。0.01%出現(xiàn)嚴重中毒。

主要來源：井下爆破工作。第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日

4.二氧化硫(SO2)

二氧化硫無色、有強烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達到0.0005％即可嗅到。其相對密度為2.22，易溶于水。主要危害：遇水后生成硫酸，對眼睛及呼吸系統(tǒng)粘膜有強烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當濃度達到0.002％時，眼及呼吸器官即感到有強烈的刺激；濃度達0.05％時，短時間內(nèi)即有致命危險。主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中涌出。第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日

6.氫氣(H2)

無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點燃溫度比沼氣低100～200℃，主要危害：當空氣中氫氣濃度為4～74％時有爆炸危險。主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質(zhì)的煤層中也有氫氣涌出、或煤氧化。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準礦井空氣中有害氣體對井下作業(yè)人員的生命安全危害極大，因此，《規(guī)程》對常見有害氣體的安全標準做了明確的規(guī)定，第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日安全規(guī)程規(guī)定礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度有害氣體名稱符號最高容許濃度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)放射性元素產(chǎn)生的有害物質(zhì)一、氡及其危害μm，有一定的荷電性，具有很強的附著能力，因此在空氣中很容易與粉塵結(jié)合形成“放射性氣溶膠”。被吸入人體后，氡及其子體繼續(xù)衰變放出α射線，長期作用能使支氣管和肺組織產(chǎn)生慢性損傷，引起病變，故認為它是產(chǎn)生礦工肺癌的原因之一。二、礦內(nèi)大氣中氡的來源巖石中普遍存在著鈾，鈾不斷地衰變，不斷產(chǎn)生氧氣，并從巖石的裸露表面進入空氣中。

氧在水中的溶解度不大，但由于巖石裂隙中存在高濃度的氡，使地下水中溶解大量的氡，一經(jīng)流入礦井，氡便從水中析出。采礦及掘進都在不斷地破碎礦巖。隨著礦巖裸露面的增加，也增加了礦井的氡析出量。第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、氡及氡子體的最大允許度我國制訂的《放射性防護規(guī)定》中指出，礦山井下工作場所空氣中氡及其子體最大允許濃度如下：氡：1×10-10Ci/L=3.7kBq/m3氡子體的α潛能值：4×104MeV/L=6.4μJ/m3;空氣中氡子體濃度的限值：8.3μJ/m3。第四節(jié)矽塵及其危害影響矽肺病發(fā)生和發(fā)展的因素有：粉塵含游離二氧化矽的多少、粉塵粒度、空氣含塵量、人接觸含塵空氣的時間以及人的體質(zhì)等。諸因素中空氣含塵量是主要因素。為了保證工人的健康，安全規(guī)程規(guī)定:地下礦山(無論粉塵中游離二氧化矽含最在10%以上或以下)，作業(yè)場所空氣中粉塵的最高允許濃度為2mg/m3；進風巷道與采掘工作面的風源含塵量不得大于0.52mg/m3。第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日第五節(jié)礦內(nèi)氣候條件礦井氣候：礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數(shù)的綜合作用。這三個參數(shù)也稱為礦井氣候條件的三要素。一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響新陳代謝是人類生命活動的基本過程之一。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發(fā)這三種基本形式進行的。對流散熱取決于周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決于環(huán)境溫度；蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的相對濕度和流速。第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日人體熱平衡關(guān)系式：qm-qw=qd+qz+qf+qchqm——人體在新陳代謝中產(chǎn)熱量，取決于人體活動量；qW——人體用于做功而消耗的熱量，qm-qw人體排出的多余熱量；qd——人體對流散熱量，低于人體表面溫度，為負，否則，為正；qz——汗液蒸發(fā)或呼出水蒸氣所帶出的熱量；qf——人體與周圍物體表面的輻謝散熱量，可正，可負；qch——人體由熱量轉(zhuǎn)化而沒有排出體外的能量；人體熱平衡時，qch=0；當外界環(huán)境影響人體熱平衡時，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低，qch<0第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素。

空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。

相對濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。

風速：影響人體的對流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對流換熱強度隨風速而增大。同時濕交換效果也隨風速增大而加強。如有風的天氣，涼衣服干得快。第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、衡量礦井氣候條件的指標

1.干球溫度干球溫度是我國現(xiàn)行的評價礦井氣候條件的指標之一。特點：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單，使用方便。但這個指標只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。

2.濕球溫度

濕球溫度是可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日

3.等效溫度等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎來評價礦井氣候條件的指標。

4.同感溫度同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國采暖工程師協(xié)會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環(huán)境的感覺而得出的同感溫度計算圖。第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日

5.卡他度卡他度是1916年由英國L.希爾等人提出的?？ㄋ扔每ㄋ嫓y定?？ㄋ确譃椋焊煽ㄋ?、濕卡他度

干卡他度：反映了氣溫和風速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測出溫度、濕度和風速三者的綜合作用效果，

Kd=41.868F/tW/m2

濕卡他度（Kw）：是在卡他計貯液球上包裹上一層濕紗布時測得的卡他度，其實測和計算方法完全與干卡他度相同。第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、礦井氣候條件的安全標準

我國現(xiàn)行評價礦井氣候條件的指標是干球溫度。國務院頒布的《礦山安全條例》第53條規(guī)定，礦井空氣最高容許干球溫度為28℃。第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日第六節(jié)有毒氣體、空氣含塵量和氣候條件的檢查一、有毒氣體的檢測利用各種檢定管測定空氣中各種有害氣體的原理是:根據(jù)各種待測氣體和檢定管中指示劑發(fā)生化學變化后指示劑變色的深淺或長度，來確定各種氣體的濃度。前者稱為比色法，后者稱為比長法。目前生產(chǎn)的有一氧化碳、硫化氫和氧化氮等幾種檢定管。使用的方法是:

比色法：先將檢定管的兩端玻璃封口打開，并插在抽氣唧筒的排氣口上，使三通開關(guān)把手轉(zhuǎn)到水平位置，拉動}1筒的活塞把手，抽取一定體積(一般為50mL)的待測氣體;然后把三通開關(guān)把手轉(zhuǎn)到垂直位置，用100s的時間壓送唧筒活塞，使待測氣體均勻地通過檢定管。根據(jù)顏色改變的深淺或長度，即可讀出有害氣體的濃度。第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日比長法：利用吸附五氧化二碘(I2O5)和發(fā)煙硫酸的硅膠作指示劑，置于坡璃管中;當含有一氧化碳的氣體通過檢定管時，檢定管中的指示劑與一氧化碳相接觸并起化學反應，一氧化碳將五氧化二碘還原，產(chǎn)生一個棕色變色圈(游離碘)，變色圈的長度與通過檢定管的氣體中的一氧化碳濃度成正比。因此，根據(jù)變色圈的長度就可以指示一氧化碳的濃度，井從檢定管的刻度上直接讀出被測氣體的一氧化碳濃度。第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、空氣含塵量的測定在抽氣動力的作用下，含塵的空氣通過采樣器上的濾膜，粉塵被阻留在濾膜表面。根據(jù)濾膜增加的重量(即被阻留的粉塵量)和過濾的空氣量，就可按下式算出空氣中的粉塵濃度。第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、礦井氣候條件的測定

1、卡達計為了評定空氣的溫度、濕度及風速對人體的綜合作用，一般采用卡達計。它是一種用來測定在溫度、濕度、風速的綜合作用下空氣散熱能力的儀器。它內(nèi)裝酒精，上面刻有35℃及38℃的刻度。每支卡達計上標有一個常數(shù)，它表示在該卡達計的酒精容器每平方厘米的表面積上，當溫度從38℃降到35℃時，損失了多少千分之一卡的熱量。將酒精容器放入60℃－80℃的熱水中，當酒精上升到上面擴大部分的三分之一處，取出后擦干表面的水，記錄酒精液面從38℃降到35℃的時間，即可求出干卡達度。干卡達度表示溫度及風速綜合作用的散熱效果。測定時，若從熱水中取出后，在灑精容器表而包上濕紗布，則側(cè)出的是濕卡達度，表示溫度、濕度及風速綜合作用下的散熱效果。第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日

2、濕度計空氣相對濕度影響蒸發(fā)水分的數(shù)量，故根據(jù)干濕溫度差及干溫度值即可求出空氣的相對濕度。濕