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1、安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院 安全工程系,通 風 安 全 學(xué)第一章 礦井空氣,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 礦井空氣成份 一、地面空氣的組成 二、礦井空氣的主要成分及基本性質(zhì) 三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標準 第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體 一、基本性性質(zhì) 二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準 第三節(jié) 礦井氣候 一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響 二、衡量礦井氣候條件的指標 三、礦井氣候條件的安全標準,本章重點,礦內(nèi)空氣的主要成分、井下常見的有害氣體、礦井的氣候條件。,第一章 礦井空氣,第一 節(jié) 礦井空氣成份,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

2、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。 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。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,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， 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。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,人體輸氧量與勞動強度的關(guān)系 勞動強度

3、 呼吸空氣量（L/min） 氧氣消耗量（L/min） 休 息 6-15 0.20.4 輕 勞 動 20-25 0.6-1.0 中度勞動 30-40 1.2-2.6 重 勞 動 40-60 1.8-2.4 極重勞動 40-80 2.5-3.1,第一 節(jié) 礦井空氣成份,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(yīng)，出現(xiàn)種種不舒適的癥狀，嚴重時可能導(dǎo)致缺氧死亡。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,礦井空氣中氧濃度降低的主要原因： 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； 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。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,2二氧化碳(C

4、O2) （1）主要性質(zhì): 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。 （2）對人呼吸的影響： 在搶救遇難者進行人工輸氧時，往往要在氧氣中加入5%的二氧化碳，以刺激遇難者的呼吸機能。 當空氣中二氧化碳的濃度過高時，也將使空氣中的氧濃度相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴重時也可能造成人員中毒或窒息。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,（3）主要來源： 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。 3氮氣(N2) 性質(zhì)：一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成

5、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。正因為氮氣具有的惰性，因此可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。 氮氣主要來源：井下爆破和生物的腐爛，有些煤巖層中也有氮氣涌出,滅火人為注氮。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標準 規(guī)程第100條，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。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,空氣中常見有害氣體：CO

6、、NO2、SO2 、NH3 、H2 。 一、基本性性質(zhì) 、一氧化碳（CO） 性質(zhì)：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1375范圍內(nèi)時有爆炸的危險。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,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250300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%，510分鐘引起頭痛、眩暈，

7、30分鐘引起昏迷，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。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,CO中毒癥狀與濃度的關(guān)系,、硫化氫（H2S） 性質(zhì)：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。相對密度為1.19，易溶于水。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.345.5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。 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

8、區(qū)和舊巷積水中放出。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,2003年12月23日22時左右，重慶市開縣高橋鎮(zhèn)的川東北氣礦16H井發(fā)生特大井噴事故，造成243人死亡。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,、二氧化氮（NO2） 性質(zhì)：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。 主要來源：井下爆破工作。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,中毒癥狀與濃度關(guān)系表,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,4.二氧化硫(SO2)

9、 性質(zhì)：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。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,5.氨氣(NH3) 性質(zhì)：無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶于水，?？諝鉂舛戎羞_30時有爆炸危險。 主要危害：對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，引起喉頭水腫。 主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅

10、火等；巖層中也涌出。 6.氫氣(H2) 性質(zhì)：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100200， 主要危害：當空氣中氫氣濃度為474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。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,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。,二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度,第三節(jié) 礦井氣候,礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數(shù)為礦井氣候條件的三要素。 一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平

11、衡的影響 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。 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。,第三節(jié) 礦井氣候,人體熱平衡關(guān)系式：qm-qw=qd+qz+qf+qch 式中： qm產(chǎn)熱量，取決于人體活動量； qW用于做功而消耗的熱量，qm-qw排出的多余熱量； qd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； qch由熱量轉(zhuǎn)化而沒有排出體外的能量；,第三節(jié) 礦井氣候,人體熱平衡時，qch=0； 當外界環(huán)境影響人體

12、熱平衡時，人體溫度升高qch0，人體溫度降低， qch0 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。,第三節(jié) 礦井氣候,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：直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單，使用方便。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。 氣溫過高或過低，對人體都有不良的影響。最適宜的礦內(nèi)空氣溫度是1520。,第三節(jié) 礦井氣

13、候,1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素 (1）巖石溫度-巖層溫度的三帶 變溫帶：隨地面氣溫的變化而變化的地帶； 恒溫帶：地表下地溫常年不變的地帶； 增溫帶：恒溫帶以下地帶。,第三節(jié) 礦井氣候,不同深度處的巖層溫度可按式計算： tt0+G ( ZZ0) 式中： t0恒溫帶處巖層的溫度，； G地溫梯度，即巖層溫度隨深度變化率，/m， 常用百米地溫梯度，即/100m； Z巖層的深度； Z0恒溫帶的深度.,第三節(jié) 礦井氣候,(2）空氣的壓縮與膨脹 空氣向下流動時，空氣受壓縮產(chǎn)生熱量，一般垂深每增加100m，溫度升高1；相反，空氣向上流動時，則因膨脹而降溫，平均每升高100m，溫度下降0.80.9。 (3）

14、氧化生熱 礦井內(nèi)的有機礦物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化發(fā)熱。例如，經(jīng)氧化生成2g二氧化碳時，可使1m3空氣升溫14.5。在煤層中的采掘巷道，暴露煤面氧化產(chǎn)生的熱量較大，故回采工作面是通風系統(tǒng)中溫度最高的區(qū)段。,第三節(jié) 礦井氣候,(4）水分蒸發(fā) 水分蒸發(fā)時從空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低。每蒸發(fā)1克水可吸收0.585千卡的熱量，能使1 m3空氣降溫1.9，可見水的蒸發(fā)對降低氣溫起著重要的作用。 (5）通風強度 指單位時間進入井巷的風量。溫度較低的空氣流經(jīng)巷道或工作面時，能夠吸收熱量，供風量越大，吸收熱量越多。因此，加大通風強度是降低礦井溫度的主要措施之一。,第三節(jié) 礦井氣候,(6) 地

15、面空氣溫度的變化 地面氣溫對井下氣溫有直接影響，尤其是較淺的礦井，礦內(nèi)空氣溫度受地面氣溫的影響更為顯著。 (7) 地下水的作用 礦井地層中如果有高溫熱泉，或有熱水涌出時，能使地溫升高，相反，若地下水活動強烈，則地溫降低。 () 其它因素 如機械運轉(zhuǎn)以及人體散熱等都對井下氣溫有一定影響。特別是隨著機械化程度的不斷提高，機械運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量不能忽視。,第三節(jié) 礦井氣候,2)礦內(nèi)空氣溫度的變化規(guī)律,在進風路線上礦內(nèi)空氣的溫度與地面氣溫相比，有冬暖夏涼的現(xiàn)象。 回采工作面的氣溫在整個風流路線上，一般是最高的區(qū)段。 在回風路線上，因通風強度大，水分蒸發(fā)吸熱，氣流向上流動而膨脹降溫，使氣溫略有下降，但基本

16、上常年變化不大。,第三節(jié) 礦井氣候,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。 在相同干球溫度下，若濕球溫度低，則相對濕度小，反之，濕球溫度與氣溫相接近，則相對濕度大。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。,第三節(jié) 礦井氣候,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。 當氣溫在2536時，等效溫度和濕球溫度基本上呈線性，兩者有同樣的意義。因為 V hv p，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于0, 在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動，面渦漩。,第三

17、節(jié) 礦井氣候,4 .同感溫度 也稱有效溫度，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。t、V、，記下感受， V=0、=100%，調(diào)節(jié)T，感受相同； 它反應(yīng)t、V、對人體影響， T越高，人舒適越差； t=25，t=23 , V=1.5m/s; T=18,第三節(jié) 礦井氣候,5.卡他度 卡他度分為：干卡他度、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， K d=41.868F/t W/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