一、矿井通风系统的安全管理

1刘学功二〇〇九年九月煤矿“一通三防”安全管理2第一节矿井通风系统的安全管理一、矿井通风的基本知识（一）矿井通风的基本任务目的：为井下各工作地点提供足够的新鲜空气，使其中有毒有害气体、粉尘不超过规定值，并有适宜的气候条件，提高矿井防灾、抗灾、救灾能力，保证安全生产。是保障矿井安全的最主要技术手段之一。矿井通风系统：矿井的心脏与动脉。。3（二）矿内空气成分及有害气体性质地面空气主要成分气体成份（分子式）体积百分比（%）质量百分比(%)氮气（N2）78.0975.55氧气（O2）20.9523.13二氧化碳（CO2）0.030.05氩气，其它稀有气体0.931.254地面空气进入矿井以后，由于受到污染，其成分和性质要发生一系列的变化，如氧浓度降低，二氧化碳浓度增加；混入各种有毒、有害气体和矿尘；空气的状态参数（温度、湿度、压力等）发生改变等。一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气（新风）；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊空气（乏风）。矿内空气5尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。在污浊空气中含有大量有毒有害气体：一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等。有毒有害气体成分6氧气（O2）氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体。人类在生命活动过程中，必须不断吸入氧气，呼出二氧化碳。人体维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。7人体需氧量与劳动强度的关系劳动强度呼吸空气量/L·min-1氧气消耗量/L·min-1休息６～１５0.2～0.4轻劳动２０～２５0.6～１.0中度劳动３０～４０1.2～１.6重劳动４０～６０1.8～2.4极重劳动４０～８０2.5～3.08人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系氧浓度（体积）/%主要症状17静止时无影响，工作时能引起喘息和呼吸困难15呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力降低，失去劳动能力10～12失去理智，时间稍长有生命危险6～9失去知觉，呼吸停止，如有及时抢救几分钟内可能导致死亡•当空气中氧浓度降低时，人体就可能产生不良生理反应，出现种种不适症状，严重时可能导致缺氧死亡。9人员呼吸煤岩和其他有机物的缓慢氧化煤炭自燃瓦斯、煤尘爆炸煤岩和生产过程中产生的各种有害气体矿内空气中氧浓度降低的主要原因在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入，就可能引起人员的缺氧窒息。我国《煤矿安全规程》规定，矿内空气中氧含量不得低于20%。10氮气（N2）氮气是一种惰性气体,是新鲜空气中的主要成分,它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。11二氧化碳（CO2）二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，比重为1.52，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合，故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不助然也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持。12在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能。当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。二氧化碳对人呼吸的影响13二氧化碳中毒症状与浓度的关系二氧化碳浓度（体积）/%主要症状1呼吸加深，但对工作效率无明显影响3呼吸急促，心跳加快，头痛，人体很快疲劳2呼吸困难，头痛，恶心，呕吐，耳鸣6严重喘息，极度虚弱无力7～9动作不直协调，大约十分钟可发生昏迷9～11数分钟内可导致死亡14矿井空气中二氧化碳的主要来源是：煤和有机物的氧化；人员呼吸；碳酸性岩石分解；炸药爆破；煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然大量喷出，给矿井带来极大的危害。《规程》规定:进风流中二氧化碳不得大于0.5%；总回风流中,二氧化碳不超过1%。矿内二氧化碳的主要来源15一氧化碳（CO）CO是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为0.97,微溶于水,能与空气均匀地混合。CO能燃烧，浓度在13～75%时有爆炸的危险；CO与人体血液中血红素的亲合力比氧大150～300倍（血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞）。一旦CO进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。16一氧化碳中毒症状与浓度的关系一氧化碳浓度（体积）/%主要症状0.022～3小时内可能引起轻微头痛0.0840分钟内出现头痛,眩晕和恶心。2小时内发生体温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能出现昏迷。0.325～10分钟内出现头痛，眩晕。半小时内可能出现昏迷并有死亡危险。1.28几分钟内出现昏迷和死亡。17一氧化碳对人的生理作用18空气中一氧化碳的主要来源有：井下爆破；矿井火灾；煤炭自然以及煤尘、瓦斯爆炸事故等。《规程》规定:矿内空气中CO浓度不得超过0.0024%。矿内CO的来源与允许浓度19二氧化硫(SO2)二氧化硫是一种无色,有强烈硫磺味的气体,易溶于水,在风速较小时,易积聚于巷道的底部.对眼睛有强烈刺激作用.二氧化硫与水后生成都市硫酸,对呼吸器官有腐蚀作用,使用喉咙和支气管发炎,呼吸麻痹,严重时引起肺病水肿,当空气中含二氧化硫为0.0005%时,嗅觉器官能闻到刺激味。0.002%时,有强烈的刺激,可引起头痛和喉痛。0.05%时，引起急性支气管炎和肺水肿，短期间内即死亡。《规程》规定：空气中二氧化硫含量不得超过0.0005%。20二氧化氮(NO2)二氧化氮是一种褐红色的气体,有强烈的刺激气味,相对密度为1.59,易溶于水.二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚持工作。但经过6～24小时后发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。21二氧化氮中毒症状与浓度的关系二氧化氮（体积）/%主要症状0.0042～4小时内可出现咳嗽症状。0.006短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸疼。0.01短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹，严惩咳嗽，恶心，呕吐。0.025短时间内可能出现死亡。22矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破工作。《规程》规定，氮氧化合物不得超过0.00025%。二氧化氮的来源与允许浓度23硫化氢（H2S）硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到0.0001%即可嗅到,但当浓度较高时,因嗅觉神经中毒麻痹,反而嗅不到。硫化氢相对密度为1.19,易溶于水,在常温、常压下一个体积的水可溶解2.5个体积的硫化氢,所以它可能积存于旧巷的积水中.硫化氢能燃烧,空气中硫化氢浓度为4.3%～45.5%时有爆炸危险硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水肿；而且还能阻碍生物的氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主；浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡《规程》规定硫化氢的允许浓度为0.00066%24氨气（NH3）氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，比重为0.596,易溶于水,空气浓度中达30%时有爆炸危险。氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。矿内空气中氨气的主要来源：爆破工作，用水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。《规程》允许浓度为0.004%。25氢气（H2）氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能自燃，其点燃温度比甲烷低100～200℃，当空气中氢气浓度为4%～74%时有爆炸危险。井下空气中氢气的主要来源：井下蓄电池充电时可放出氢气；有些中等变质的煤层中也有氢气涌出。26矿内空气温度矿内空气温度是影响矿内气候条件的重要因素。气温过高或过低，对人体都有不良的影响。最适宜的矿内空气温度是15～20℃。1．影响矿内空气温度的主要因素1)岩石温度岩层温度的三带变温带随地面气温的变化而变化的地带恒温带地表下地温常年不变的地带增温带恒温带以下地带272)空气的压缩与膨胀空气向下流动时，由于空气柱的增加，空气受到压缩而产生热量，一般垂深每增加100米，其温度升高1℃；相反，空气向上流动时，则又因膨胀而降温，平均每升高100米，温度下降0.8～0.9℃。3)氧化生热矿井内的有机矿物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化发热。例如，经氧化生成2克二氧化碳时，可使13米空气升温14.5℃。在煤层中的采准巷道，暴露煤面氧化产生的热量较大，故回采工作面是通风系统中温度最高的区段。影响矿内空气温度的主要因素284)水分蒸发水分蒸发时从空气中吸收热量，使空气温度降低。每蒸发一克水可吸收0.585千卡的热量，能使1米3空气降温1.9℃，可见水的蒸发对降低气温起着重要的作用。5）通风强度(指单位时间进入井巷的风量)温度较低的空气流经巷道或工作面时，能够吸收热量，供风量越大，吸收热量越多。因此，加大通风强度是降低矿井温度的主要措施之一。影响矿内空气温度的主要因素296)地面空气温度的变化地面气温对井下气温有直接影响，尤其是较浅的矿井，矿内空气温度受地面气温的影响更为显著。7)地下水的作用矿井地层中如果有高温热泉，或有热水涌出时，能使地温升高，相反，若地下水活动强烈，则地温降低。８)其它因素如机械运转以及人体散热等都对井下气温有一定影响。特别是随着机械化程度的不断提高，机械运转所产生的热量不能忽视影响矿内空气温度的主要因素（三）矿井通风系统矿井通风系统包括：通风方式（进、出风井的布置方式）；通风方法（矿井主通风机的工作方法）；通风网路。1、矿井通风系统的类型（1）．中央式①中央并列式。其中又分为：中央并列抽出式在地形条件许可时，进风井和出风井大致并列在井田走向的中央，二井底都开掘到第一水平，主要通风机设在出风井的井口附近，将污风抽到地表，出风井的井底必须和总进风流隔开，出风井的井口一般用防爆门紧闭；还要在岩石中做条回风石门m—n，煤层倾角越大、总回风石门越短，反之越长。用斜井开拓时，可以大致在走向的中央开掘一对并列斜井。中央并列压入式在图中，把压入式主要通风机设置在进风井的井口附近，将新风自地表压入井下，进风井的井口房须密闭，其它与抽出式相同。②中央分列式(又名中央边界式)。其中又分为：中央分列抽出式进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，在沿倾斜方向上，出风井和进风井相隔—段距离，出风井的井底高于进风井的井底，主要通风机设在出风井口附近；在井田走向的中央开凿主井和副井。中央分列压入式如图9-3所示，主要通风机安设在进风井口(副井口)附近，其井口房须密闭，主井底和总进风须隔开。2．对角式①两翼对角式。其中又分为：两翼对角抽出式进风井筒大致位于井田走向的中央，两个出风井筒分别位于两翼边界采区中央的浅部，主要通风机设在出风井口附近。为了开采深水平，有时把两翼风井设在两翼沿倾斜的中央和沿走向的边界附近。用斜井和平峒开拓时，可把图9—4中的立井改为斜井和平峒。两翼对角压入式进风井和出风井的位置与图9—4相同，只是在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口须密闭，主井底和总进风须隔开。②分区对角式。其中又分为：分区对角抽出式进风井大致位于井田走向的中央，在每个采区各掘一个小回风井，并分别安设抽出式分区主要通风机，可不必做总回风道。在图9—5中也可以用斜井代替立井，或者进风用垂直于走向(或平行于走向)的平峒，出风用斜井；或者进风和出风都用平峒。分区对角压入式各出风井口不安设通风机，只在进风井口(副井口)