礦井通風(fēng) 礦井空氣

礦井通風(fēng)礦井空氣第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二第一章礦井空氣

第一節(jié)礦井空氣成分第二節(jié)礦井空氣中有害氣體第三節(jié)礦井氣候2第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二利用機(jī)械或自然通風(fēng)動力，使地面空氣進(jìn)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(fēng)。3第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二礦井通風(fēng)的發(fā)展：約在1640年，人們開始把進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)路線分開，以利用自然通風(fēng)壓力進(jìn)行礦井通風(fēng)。為了加大通風(fēng)壓力，1650年在回風(fēng)路線上設(shè)置火筐，1787年又在回風(fēng)路線上設(shè)置火爐，使回風(fēng)風(fēng)流加熱。1807年風(fēng)量約200m3／min的活塞式空氣泵、1849年轉(zhuǎn)速約95r／min風(fēng)量約500m3／min的蒸氣鐵質(zhì)離心式扇風(fēng)機(jī)、1898年電力初型軸流式扇風(fēng)機(jī)相繼投入使用。20世紀(jì)40年代以來，礦井已使用功率約1500kW和3000kw的電力軸流式和離心式大型扇風(fēng)機(jī)。4第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1672年入們只知道身穿潮濕衣帽，伏在底板上，手舉一裝有燃著蠟燭的木棍，來點(diǎn)燃局部積存的沼氣。出于危險，后來改用背上共有燃著的蠟燭的騾馬去點(diǎn)燃沼氣。1813年開始用安全燈照明并檢查沼氣和二氣化碳的濃度。20世紀(jì)40年代以來年種氣體的檢測技術(shù)有了較大的發(fā)展。特別是60年代以來，風(fēng)流中各參數(shù)(沼氣和一氧化碳的濃度．風(fēng)速、壓力、溫度等)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了遙測和遙訊。1745年，俄國科學(xué)家M．B．лOMOHOCOB發(fā)表了空氣在礦井流動的理論，1764年法國采礦工程師JARS發(fā)表了關(guān)于礦井自然通風(fēng)的理論，成為礦井通風(fēng)學(xué)科史上奠基的兩篇論文。20世紀(jì)以來，發(fā)表和出版了許多關(guān)于礦井通風(fēng)的論文和專著?，F(xiàn)在礦井通風(fēng)已成為內(nèi)容豐富的一門學(xué)科。5第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

第一節(jié)礦井空氣成份一、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。其主要成分如下。

氣體成分按體積計(jì)／％按質(zhì)量計(jì)／％備注 氧氣（O2）20.9623.32惰性稀有氣體氦、氮?dú)猓∟2）79.076.71氖、氬、氪、二氧化碳（CO2）0.040.06氙等計(jì)在氮?dú)庵?/p>

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。空氣成分有害氣體礦井氣候地面空氣礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)6第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二二、礦井空氣的主要成分及基本性質(zhì)地面空氣進(jìn)入井下時，由于受到污染，其成分和性質(zhì)要發(fā)生變化。故有新鮮空氣和污濁空氣之分。

新鮮空氣：井巷中用風(fēng)地點(diǎn)以前、受污染程度較輕的進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)的空氣，污濁空氣：通過用風(fēng)地點(diǎn)以后、受污染程度較重的回風(fēng)巷道內(nèi)的空氣。盡管礦井空氣與地面空氣相比，在性質(zhì)上存在許多差異，但在新鮮空氣中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。

空氣成分有害氣體礦井氣候地面空氣

礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)7第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二化學(xué)變化井下一切物質(zhì)的緩慢氧化爆破作業(yè)火區(qū)氧化（采空區(qū)自燃發(fā)火）人員的呼吸物理變化氣體混入（CH4,CO2,H2S)固體混入(巖塵，煤塵，其他雜質(zhì)）氣象變化（溫度、氣壓、濕度、體積、濃度）8第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

1．氧氣(O2)

氧氣是維持人體正常生理機(jī)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(qiáng)度等。

人體輸氧量與勞動強(qiáng)度的關(guān)系

勞動強(qiáng)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20-250.6-1.0

中度勞動30-401.2-2.6

重勞動40-601.8-2.4

極重勞動40-802.5-3.1

空氣成分有害氣體礦井氣候

地面空氣

礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)9第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

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(jī)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。人體缺氧癥狀與空氣中氧濃度的關(guān)系氧濃度/%主要癥狀17靜止時無影響，工作時能產(chǎn)生喘息和呼吸困難15呼吸及心跳急促，耳鳴目眩，感覺和判斷能力降低，失去勞動能力10～12失去理智，時間稍長有生命危險6～9失去知覺，呼吸停止，如不及時搶救幾分鐘內(nèi)可能導(dǎo)致死亡空氣成分有害氣體礦井氣候地面空氣

礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)10第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

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(fēng)速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風(fēng)速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。在新鮮空氣中含有微量的二氧化碳對人體的無害的。二氧化碳對人體的呼吸中樞神經(jīng)有刺激作用，所以在搶救遇難者進(jìn)行人工輸氧時用。

礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機(jī)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?？諝獬煞钟泻怏w礦井氣候地面空氣

礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)11第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二3．氮?dú)?N2)

氮?dú)馐且环N惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因?yàn)榈獨(dú)饩哂械亩栊裕虼丝蓪⑵溆糜诰路罍缁鸷头乐雇咚贡ā?/p>

礦井空氣中氮?dú)庵饕獊碓词牵壕卤坪蜕锏母癄€，有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍?滅火人為注氮?？諝獬煞钟泻怏w礦井氣候地面空氣

礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)12第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)

《煤礦安全規(guī)程》依據(jù)其主要成分（O2、CO2）作了明確的規(guī)定。采掘工作面進(jìn)風(fēng)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(fēng)流中不得超過0.75％；當(dāng)采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5％或采區(qū)、采掘工作面回風(fēng)道風(fēng)流中二氧化碳濃度超過1.5％時，必須停工處理。國外規(guī)定，國際勞工局規(guī)定進(jìn)風(fēng)流中氧氣濃度＞19%。俄羅斯、德國工作地點(diǎn)氧氣濃度＞20%。美國、日本規(guī)定行人巷道中氧氣濃度＞19%

?？諝獬煞钟泻怏w礦井氣候地面空氣礦井空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)13第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二補(bǔ)充：井下供風(fēng)量大小問題僅考慮人員耗氧：

Q’×20%=Q’×20.9%-3L/minQ’=0.333m3/min(1L=10-3m3)

人員消耗占總耗氧量的8.3%，則：

D=0.333/8.3%=4m3/min

按人員計(jì)算的礦井需要總風(fēng)量Q:Q=4NK

14第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體空氣中常見有害氣體：CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2

。一、基本性質(zhì)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(dāng)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：造成人體血液“窒息”（血液中血紅素）?？諝獬煞钟泻怏w

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)15第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二１、一氧化碳（CO）

CO中毒癥狀與濃度的關(guān)系CO體積濃度主要癥狀0.02

2～3小時可能引起輕微頭痛0.048

1小時內(nèi)出現(xiàn)輕微的中毒癥狀

0.08

40分鐘內(nèi)頭痛，眩暈和惡心。2小時體溫和血壓下降，脈搏微弱，出冷汗，可能昏迷0.32

5～10分鐘內(nèi)頭痛，眩暈。半小時可能出現(xiàn)昏迷并有死亡危險1.28幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)昏迷和死亡

主要來源：爆破；礦井火災(zāi)；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。空氣成分有害氣體

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)16第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二２、硫化氫（H2S）硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001％即可嗅到，但當(dāng)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。

主要來源：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?？諝獬煞钟泻怏w

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)17第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二２、硫化氫（H2S）

主要危害：硫化氫劇毒，有強(qiáng)烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當(dāng)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。濃度標(biāo)準(zhǔn)0.00066%H2S中毒癥狀與濃度的關(guān)系

H2S濃度（體積）/%主要癥狀0.0025～0.003有強(qiáng)烈臭味0.005～0.01

12小時內(nèi)出現(xiàn)眼及呼吸道刺激癥狀，臭味“減弱”或“消失”0.015～0.02出現(xiàn)惡心，嘔吐，頭暈，四肢無力，反應(yīng)遲鈍。眼及呼吸道有強(qiáng)烈刺激癥狀0.035～0.045

0.5～1小時內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒，可發(fā)生肺炎，支氣管炎及肺水腫，有死亡危險0.06～0.07很快昏迷，短時間內(nèi)死亡

空氣成分有害氣體

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)18第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二３、二氧化氮（NO2）

二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強(qiáng)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(qiáng)的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強(qiáng)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(diǎn)。0.01%出現(xiàn)嚴(yán)重中毒。NO2中毒癥狀與濃度的關(guān)系

NO2濃度（體積）/%主要癥狀

0.004

2～4小時內(nèi)出現(xiàn)咳嗽癥狀

0.006短時間內(nèi)感到喉嚨刺激，咳嗽，胸痛

0.01短時間內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒癥狀，神經(jīng)麻痹，嚴(yán)重咳嗽，惡心，嘔吐

0.025短時間內(nèi)可能出現(xiàn)死亡主要來源：井下爆破工作?？諝獬煞钟泻怏w

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)19第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二4.二氧化硫(SO2)二氧化硫無色、有強(qiáng)烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達(dá)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(qiáng)烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當(dāng)濃度達(dá)到0.002％時，眼及呼吸器官即感到有強(qiáng)烈的刺激；濃度達(dá)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。5.氨氣(NH3)

無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶于水。空氣濃度中達(dá)30％時有爆炸危險。主要危害：氨氣對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；部分巖層中也有氨氣涌出。

空氣成分有害氣體

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)20第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二6.氫氣(H2)

無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點(diǎn)燃溫度比沼氣低100～200℃，主要危害：當(dāng)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。主要有害氣體中：CO、H2S、NH3、H2等有爆炸危險性?？諝獬煞钟泻怏w

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)21第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)做了明確的規(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）NO2

0.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004氫H2

0.5%

《規(guī)程》中規(guī)定CO的最高允許濃度為其輕微中毒（0.048%）的1/20，NO2的最高允許濃度為其危險中毒濃度（0.025%）的1/100?？梢娭灰獓?yán)格遵守《規(guī)程》規(guī)定，就可避免有害氣體對人體的危害?？諝獬煞钟泻怏w

礦井氣候基本性質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)22第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二補(bǔ)充：體積濃度和質(zhì)量濃度的換算原則：任何氣體的克分子量就是該氣體在標(biāo)況下22.4L的質(zhì)量

體積濃度=質(zhì)量濃度*22.4/分子量例CO：

0.0024%×（28×1000）/（22.4/1000）

=30mg/m323第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)礦井氣候礦井氣候：溫度、濕度和流速一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響人體新陳代謝獲得能量；部分用來維持人體自身的生理機(jī)能活動以及滿足對外做功的需要，其余部分必須通過散熱的方式排出體外，才能保持人體正常的生理功能。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(jìn)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)境溫度與周圍物體的表面；

蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的相對濕度和流速?？諝獬煞钟泻怏w礦井氣候影響熱平衡衡量指標(biāo)安全標(biāo)準(zhǔn)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(fù)，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射散熱量，可正，可負(fù)；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(dāng)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<024第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二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。當(dāng)氣溫低于體溫時，對流和輻射是人體的主要散熱方式，溫差越大，對流散熱量越多，當(dāng)氣溫等于體溫時，對流散熱完全停止，蒸發(fā)成了人體的主要散熱方式。當(dāng)氣溫高于體溫時，對流傳遞給人熱量，蒸發(fā)幾乎成為人體惟一的散熱方式。

相對濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。隨氣溫的升高，蒸發(fā)散熱的作用越來越強(qiáng)。若相對濕度較大，汗液就難于蒸發(fā)，不能起到蒸發(fā)散熱的作用，人體就會感到悶熱。

風(fēng)速：影響人體的對流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大，風(fēng)速越大，對流散熱量也越大。當(dāng)周圍氣溫小于人體體溫時，失熱；當(dāng)周圍氣溫大與于人體體溫時，得熱。風(fēng)速越大，蒸發(fā)越大。同時濕交換效果也隨風(fēng)速增大而加強(qiáng)?？諝獬煞钟泻怏w礦井氣候影響熱平衡衡量指標(biāo)安全標(biāo)準(zhǔn)25第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

礦井氣候條件對人體熱平衡的影響是一種綜合的作用，如人處在氣溫高、濕度大、風(fēng)速小的高溫潮濕環(huán)境中，散熱效果都很差，這時由于人體散熱太慢，體溫升高、心率加快、身體不好服等癥狀，嚴(yán)重時可導(dǎo)致中暑、甚至死亡。相反，人體會感到很冷，同樣也不舒適因此，調(diào)節(jié)和改善礦井氣候條件也是礦井通風(fēng)的基本任務(wù)之一?？諝獬煞钟泻怏w礦井氣候影響熱平衡衡量指標(biāo)安全標(biāo)準(zhǔn)26第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二二、衡量礦井氣候條件的指標(biāo)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(biāo)之一。特點(diǎn)：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標(biāo)比較簡單，使用方便。但這個指標(biāo)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(biāo)仍沒有反映風(fēng)速對人體熱平衡的影響。空氣成分有害氣體礦井氣候影響熱平衡衡量指標(biāo)安全標(biāo)準(zhǔn)27第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二3.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(chǔ)來評價礦井氣候條件的指標(biāo)。當(dāng)氣溫在25—36℃的范圍內(nèi)，等效溫度和濕球溫度基本上呈線性關(guān)系，兩者具有同樣的意義，因而也是不完善的。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。通過實(shí)驗(yàn)得出．實(shí)驗(yàn)時，將三個受試者置于一個溫度為t、相對濕度為ψ，風(fēng)速為ν的已知環(huán)境中，并記下他們的感受，然后把他們請到另一個溫度(用t1表示)可調(diào)，相對濕度為l00％，風(fēng)速為0的環(huán)境里，通過調(diào)節(jié)溫度t1使他們的感受與第一個環(huán)境相同，那么則稱t1為第一個環(huán)境的同感溫度。反映出溫度、濕度和風(fēng)速這三者對人體熱平衡的綜合作用。顯然，同感溫度越高，人體舒適感就越差。例：測得某一采煤工作面風(fēng)流的干球溫度為25℃，濕球溫度為23℃，風(fēng)速為1.5m/s，求其同感溫度。

空氣成分有害氣體礦井氣候影響熱平衡衡量指標(biāo)安全標(biāo)準(zhǔn)28第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二29第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二5.卡他度卡他度是1916年由英國L．希爾等人提出的。是一種酒精溫度計(jì)，卡他計(jì)下端有一個比普通濕度計(jì)大的貯液球，上端有一個小空腔，玻璃管上只有35℃和38℃兩個刻度，其平均值恰好等于人體的正常體溫(36.5℃)。測定時，先把貯液球置于熱水中加熱，當(dāng)酒精柱上升至小空腔的一半時取出，擦干貯液球表面水分，然后將其懸掛于待測空氣