《通风安全学》解析

《通风安全学》张建云第一章矿井空气1第一章矿井空气一、矿井通风的任务：1．通风供氧。2．排除和稀释井下有毒有害气体和矿尘。3．提供良好的气候条件满足井下人员呼吸。保证空气的清洁程度和防止瓦斯、煤尘爆炸事故。包括矿井风流的温度、湿度和风速。张建云第一章矿井空气2二、地面空气的组成按体积计算：O2—20.96%，N2—79%，CO2—0.04%。三、矿井空气的主要成分及基本性质1．新鲜空气：2．污浊空气：3．矿井空气与地面空气的不同：张建云第一章矿井空气3≮10m上顺槽下顺槽切顶线煤壁污风污风目录张建云第一章矿井空气4①O2浓度↘，CO2浓度↗；②有害气体混入；③固体微粒混入；④气象变化：湿度、温度、压力。CH4，CO2，H2S，SO2，NO2等有害气体增加。岩尘、煤尘等混入。由于井下空气温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度的变化。矿井空气与地面空气的不同：目录张建云第一章矿井空气5四、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准1．《规程》135条规定：矿井总回风巷或一翼回风巷中瓦斯或二氧化碳浓度超过0.75%时，必须立即查明原因，进行处理。2．《规程》136条规定：采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。目录张建云第一章矿井空气63．《规程》139条规定：采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。目录张建云第一章矿井空气7五、体积浓度和质量浓度的换算：任何气体的克分子量就是该气体在标准状态下1mol即22.4L的质量。如CO2的克分子量为44g,故相当于体积浓度0.5%的CO2的质量浓度为：3/,821.9%5.00224.044mg1m3的空气0.005m3的CO20.0224m3的CO244g的CO2目录张建云第一章矿井空气8六、矿井空气中常见的有害气体及其基本性质：常见的有害气体一氧化碳甲烷（第九章）氢气氨气二氧化硫硫化氢二氧化氮张建云第一章矿井空气91．一氧化碳（CO）（1）CO是一种无色无味无臭的气体；比空气轻，能与空气均匀地混合。（2）能燃烧，有爆炸性。（3）有毒性。中毒最显著的特征的中毒者粘膜和皮肤呈樱桃红色。中毒症状与浓度的关系见表1-2-1。（4）主要来源：井下爆破、火灾；自燃、瓦斯或煤尘爆炸事故。目录张建云第一章矿井空气102．硫化氢（H2S）（1）H2S是一种无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味的气体；（2）能燃烧，有爆炸性。（3）有剧毒，有强烈的刺激作用。中毒症状见P5。（4）易溶于水，但不稳定，常存在旧巷的积水中。（5）主要来源：有机物腐烂；矿物氧化燃烧；从老塘和旧巷水放出。目录张建云第一章矿井空气113．二氧化氮（NO2）（1）褐红色，有强烈刺激气味。（2）易溶于水：NO2＋H2O→HNO3。（硝酸）（3）中毒有潜伏期。（5）主要来源：井下爆破。（4）中毒者指头出现黄色斑点。中毒与浓度的关系见P6表1-2-3。目录张建云第一章矿井空气124．二氧化硫（SO2）（1）无色，有强烈的硫磺味。（2）易溶于水：SO2＋H2O→H2SO4。（硫酸）（3）有毒性。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。（5）主要来源：含硫矿物的氧化与自燃；在含硫的矿物中爆破；从含硫矿层中涌出。（4）在风速较小时，易积聚于巷道的底部。目录张建云第一章矿井空气13七、矿井空气中有害气体的安全浓度标准：《规程》第100条规定：名称最高允许浓度（%）名称最高允许浓度（%）一氧化碳0.0024硫化氢0.00066二氧化氮0.00025氨气0.004二氧化硫0.0005%＝24ppm张建云第一章矿井空气14八、有害气体的检测1．CO检测（1）取样到化验室分析。（2）用便携式仪器在现场快速测试。此法广泛采用。使用的仪器包括抽气唧筒、秒表、温度计及一次性检定管。（3）遥测目录张建云第一章矿井空气取样唧筒1—气体入口；2—检定管插孔；3—三通阀阀把；4—活塞柱；5—比色板；6—温度计目录张建云第一章矿井空气162．比长式CO检定管的使用（带实物）：612345图1-1比长式CO检定管1－堵塞物2－活性碳3－硅胶4－消除剂5－玻璃粉6－指示剂（发烟硫酸、I2O5）目录张建云第一章矿井空气172．CH4检测（1）取样到化验室分析。（2）用光学瓦检器检测。（3）用便携式电子检测器检测。目录（4）遥测。张建云第一章矿井空气18九、矿井气候概念：1．温度《规程》102条进风井口以下的空气温度（干球温度，下同）必须在2℃以上。目录生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。张建云第一章矿井空气19影响矿井温度的因素：（1）岩石温度的影响。（2）地面空气温度对井下气温的影响。（3）井下生成热和吸热对矿井气温的影响。（5）通风强度对矿井温度有较大的影响。（4）空气压缩产生热。目录张建云第一章矿井空气20进风井出现矿井第一个气候条件—“冬暖夏凉”的主要原因是恒温层的存在。t夏=30℃20～30m恒温层地温增升层变温层地表进风井口地表t恒≈20℃t冬=2℃目录张建云第一章矿井空气212．对湿度（1）绝对湿度。：（2）相对温度目录SV井下较为适宜的φ值：50—60%。张建云第一章矿井空气22ep1.在夏季地表空气温度为30℃，空气的相对湿度φ1为70%，进入矿井后，空气温度降为27℃，若空气的绝对湿度不变，求进入矿井后的相对湿度。若空气温度降为25℃、23℃呢？解：ρV=30.1×70%=21.07g/m3（1）t=27℃，ρS=25.6g/m3φ2=21.07÷25.6=82%（2）t=25℃，ρS=22.9g/m3φ2=21.07÷22.9=92%（3）t=23℃，ρS=20.4g/m3，φ3=?目录张建云第一章矿井空气2320～30m恒温层变温层地表进风井口地表为什么进风井会出现矿井第二个气候条件——“冬干夏湿”？进风井会出现矿井第二个气候条件的原因：有恒温屋的存在。SV目录张建云第一章矿井空气24（3）矿井空气的相对湿度的测定：测定仪器：手摇式湿度计或风扇式湿度计。右图为风扇式湿度计。ep2.某地点干温度计读数为t=22℃,湿温度计读数为t=20℃,求该空气的相对湿度ф。解：查表P398，得ф=0.83。目录张建云第一章矿井空气25ep3.矿井的总风量Q=2500m3/min,入风温度为5℃，空气相对湿度φ1为70%，排风温度为20℃，相对湿度φ2为90%，求每昼夜风流由矿井中带走的水蒸气量。解：Q水=Q1×2500×60×24=38.592吨1m3风量带走的水量Q1为：Q1=17.2×90%－6.8×70%＝10.72克1天风量带走的水量Q水为：目录张建云第一章矿井空气263．风速（1）《规程》101条对井下风速的限定：井巷名称允许风速m/s井巷名称允许风速m/s最低最高最低最高无提升设备的风井15架线电机车巷道1.08专为升降物料的井筒12运输机巷，采区进、回风巷0.256风桥10采煤面、掘进煤、半煤巷0.254升降人员和物料的井筒8掘进中的岩巷0.154主要进、回风巷8其他通风人行巷道0.15目录张建云第一章矿井空气27（2）风速的测定（P322）①测风仪表：风表可分为高速（v＞10m/s）、中速（v=0.5～10m/s）、低速（v=0.1～0.5m/s）三种。高速风表一般为杯式；中、低速风表一般为翼式。目录张建云第一章矿井空气28②测风方法线路法：一分钟内走完全路程。分格定点法：一分钟，每格时间相同。目录张建云第一章矿井空气29③测风方式迎面式：侧身式：SSk4.0测风员面向风流来的方向，手持风表，将手臂向正前方伸出进行测风；需将测得的风速在风表校正曲线上查出真风速，再乘以校正系数（一般取1.14）,得实际表速。是测风员面向巷道壁站立，手持风表，将手臂向风流垂直方向伸出进行测风。校正系数K值计算：目录张建云第一章矿井空气30④风速的计算：V表→V真→V实际→Q。V真＝a＋b·V表V实际＝K·V真Q＝V实际×S246246Ep.已知风表特性曲线如图，当测得表速分别为4、6m/s时，对应真风速应分别为3、4m/s。目录张建云第一章矿井空气31Ep.如图，某半圆拱巷道，墙高1.55m，巷宽2.8m，用侧身法测得的表风速为3m/s，该风表的校正曲线表达式是V真＝2＋0.9V表,求该巷道通过的风量。2.8m1.55mS＝2.8×1.55＋π×1.42÷2＝7.42m2先求出巷道面积：目录张建云第一章矿井空气32解：946.042.74.042.74.0SSkV真＝a＋b·V表＝2＋0.9×3＝4.7（m/s）V实际＝K·V真＝0.946×4.7＝4.447（m/s）Q＝V实际·S＝4.447×7.42＝33（m3/s）【思考】：可不可以用Q＝V真·（S－0.4）计算风量？目录张建云第一章矿井空气33⑤测风规定：《规程》第105条矿井必须建立测风制度，每10天进行1次全面测风。对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。应根据测风结果采取措施，进行风量调节。在同一地点测风次数不应少于3次；每次测量结果误差不应超过5%，然后取3次的平均值。目录张建云第二章矿井空气流动理论34第二章矿井空气流动基本理论一、矿井空气主要物理参数1.压力压力的单位及其换算见P396。2.密度)378.01(15.273003484.0SPPtP张建云第二章矿井空气流动理论35附表1-1目录单位名称PammH2OmmHgatmPa10.1019727.50062×10-39.86932×10-6mmH2O9.8066517.35559×10-29.67841×10-5mmHg133.32213.59511.31579×10-3atm10132510332.37601张建云第二章矿井空气流动理论36Ep.已知，地面大气压P为760mmHg，温度t为15℃，相对湿度φ为90%，求空气的密度。解：查表P397，得t为15℃时Ps为17.04×102Pa。)378.01(15.273003484.0SPPtP)17049.0101325378.01(1515.273101325003484.0=1.218㎏/m3张建云第二章矿井空气流动理论37二、风流能量与压力：1．静压能—静压（1）绝对压力：（2）相对压力：h=P－P02．重力位能Epo＝ρ·g·Z位能与静压可以相互转化。张建云第二章矿井空气流动理论38解：Ep.某矿井口标高+200m,大气压力P0为750mmHg,矿井空气的平均密度为1.2㎏/m3,求在井下-500m处深处的大气压力？P＝P0＋ρgZ＝750×133.322＋1.2×9.81×700＝108231.9Pa＝811mmHg目录张建云第二章矿井空气流动理论393．动压221iivvh目录（1）只有做定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。（2）动压总是大于0。（3）同一断面，各点的动压值不等。张建云第二章矿井空气流动理论40三、风流点压力及其相互关系绝对全压Pt＝绝对静压P＋动压hv相对全压ht＝相对静压h＋动压hv目录h=P－P0张建云第二章矿井空气流动理论413018Z（1）测量相对全压Pt。（2）测量相对静压ht。（3）测量动压hv。目录张建云第二章矿井空气流动理论423018Z①判断是抽出式通风还是压入式通风；②判断绝对全压端＋和绝对静压端－；③写出相对全压、相对静压和动压。目录步骤：第二章矿井空气流动理论43（4）两点间压力差的测量＋＋返回本节返回本章目录张建云第二章矿井空气流动理论44四、可压缩气体能量方程：21Z1Z21．单位体积（m3）流体能量方程：)()22(2122