矿井空气中的有害气体

一通三防技术徐景贤•第一节矿井空气成分•第二节矿井空气中的有害气体及其检测•第三节矿井气候条件及改善第一章矿井空气•一、知识目标：•1．了解矿井空气的主要成分及其基本性质。•2．能口述矿井空气主要成分的检测方法。•3．掌握矿井空气中有毒有害气体的种类及其基本性质。•4．能口述出矿井空气中有毒有害气体的检测方法。•二、技能目标：•1．能使用仪器检测空气主要成分的浓度，并判断其是否符合《煤矿安全规程》规定的浓度标准。•2．掌握使用仪器检测矿井空气中有毒有害气体浓度的检测方法。•3．能采取措施防治有害气体的危害。矿井空气成分•一、矿井空气的主要成分•（一）地面空气的组成•空气分为干空气与湿空气两种，一般将不含水蒸气的空气称为干空气。地面空气又称大气，是由干空气和水蒸气组成的混合气体，通常称为湿空气。大气中除了水蒸气的比例随地区和季节变化。地面空气的组成.swf气体成分按体积计/%按质量计/%备注氧气（O2）20．9623．23惰性稀有气体氦、氖、氩、氪、氙等计在氮气中氮气（N2）79．0076．71二氧化碳（CO2）0．040．06干空气的组成成分动swf画第一节矿井空气成分•（二）矿井空气主要成分及其基本性质•地面空气进入井下后就成为矿井空气。由于受井下各种自然因素和人为因素的影响，与地面空气相比，矿井空气将发生一系列变化。主要有：•氧气含量减少；二氧化碳浓度升高，混入了各种各样的有毒有害气体和矿尘；空气的温度、湿度、压力等物理参数发生变化。动.swf画•矿井空气主要成分•1.氧气（O2）•2.二氧化碳（CO2）•3.氮气（N2）•氧气是一种无色、无味、无臭的气体，略重于空气，相对密度为1.105。氧气是一种化学活性很强的气体，易和其它物质发生氧化反应，能助燃，是人体维持正常生命的基础，人体需氧量取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。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轻体力劳动20～250.6～1.0中度体力劳动30～401.2～1.6重体力劳动40～601.8～2.4极重体力劳动40～802.5～3.0表1-2人体需氧量与劳动强度的关系•表1-3人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系氧浓度（体积）/%人体主要症状17静止状态无影响，工作时会感到喘息、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失去知觉，时间稍长有生命危险6～9失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内可能导致死亡•氧气浓度降低的主要原因有：人员呼吸；煤岩自燃、坑木和其他有机物的缓慢氧化；爆破工作；井下火灾和瓦斯、煤尘爆炸；煤岩中涌出和生产中产生的其他有害气体等。•所以，在井下通风不良的巷道中，应特别注意对氧气浓度的检查，以防发生窒息事故。•二氧化碳是一种无色、略带酸臭味，略带毒性，易溶于水的气体，比空气重，相对密度为1.52，不助燃也不能供人呼吸。•新鲜空气中含有的微量二氧化碳对人是有利的，二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，若空气中完全不含二氧化碳，则正常的呼吸功能就不能维持。所以在为中毒或窒息的人员输氧时，常常要在氧气中加入5%的二氧化碳，以促使患者加强呼吸。但是，当空气中的二氧化碳浓度过高时，将使空气中的氧气含量相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时可能造成人员中毒或窒息。•空气中二氧化碳浓度对人体的危害程度如表1-4所示。二氧化碳浓度（体积）/%人体主要症状1呼吸加深，急促3呼吸急促，心跳加快，头痛，很快疲劳5呼吸困难，头痛，恶心，耳鸣10头痛，头昏，呼吸困难，昏迷10～20呼吸停顿，失去知觉，时间稍长会死亡20～25短时间内中毒死亡•二氧化碳比空气重，常常积聚在煤矿井下的巷道底板、水仓、溜煤眼、下山尽头、盲巷、采空区及通风不良处。•矿井中二氧化碳的主要来源有：煤和有机物的氧化；人员呼吸；井下爆破；井下火灾；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸等。有时也能从煤岩中大量涌出，甚至与煤或岩石一起突然喷出，给安全生产造成重大影响。二氧化碳也能使人窒息，是造成矿井人员伤亡的重要原因之一。•氮气是一种无色、无味、无臭、无毒、不助燃、难溶于水的惰性气体，略轻于空气，相对密度为0.97，，不能供人呼吸。•氮气在正常情况下对人体无害，但当空气中的氮气浓度增加时，会相应降低氧气浓度，从而可能导致人员窒息。同时，氮气是惰性气体，可以将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。•矿井中的氮气主要来源于：井下爆破；有机物的腐烂；天然生成的氮气从煤岩中涌出等。在井下废弃旧巷或封闭的采空区中，会积存氮气。•三、矿井空气成分的质量浓度标准•由于矿井空气质量对人员健康和矿井安全有着重要的影响，所以《煤矿安全规程》对其浓度标准做了明确规定：•第一百条井下空气成分必须符合下列要求：•（一）采掘工作面进风流中，按体积计算，氧气浓度不低于20%；二氧化碳浓度不超过0.5%。《规程规定.swf三、矿井空气主要成分的检测方法•（一）取样分析法•（二）快速测定法•一、矿井空气中的有害气体•1．一氧化碳（CO）•2．硫化氢（H2S）•3．二氧化硫（SO2）•4．二氧化氮（NO2）•5.氨气（NH3）•6．氢气（H2）•第二节矿井空气中的有害气体及其检测动矿井有害气体浓度的测定.swf.•一氧化碳是一种无色、无味、无臭、难溶于水的气体，略轻于空气，相对密度为0.97，能与空气均匀地混合。•一氧化碳能燃烧，在空气中体积分数达到13%～75%时遇火源有爆炸性。•一氧化碳有剧毒。人体血液中的血红素与一氧化碳的亲和力比它与氧气的亲和力大250～300倍，当人体吸入含有一氧化碳的空气时，一氧化碳首先与血红素相结合，从而造成人体血液缺氧而“窒息”。一氧化碳与血红素结合后，生成鲜红色的碳氧血红素，因此，一氧化碳中毒者最显著的特征是中毒者粘膜和皮肤呈樱桃红色。•表1-5一氧化碳的中毒症状与浓度的关系CO浓度（体积分数）/%主要症状0.022～3小时内能引起轻微头痛0.0840min内出现头痛、眩晕和恶心；2小时发生体温下降，脉搏微弱，出冷汗，可能出现昏迷0.325～10min内现出现头痛、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•矿井中一氧化碳的主要来源有：爆破工作；矿井火灾；煤炭自燃；瓦斯及煤尘爆炸等。据统计，在煤矿发生的瓦斯爆炸、煤尘爆炸及火灾事故中，约70～75%的死亡人员是一氧化碳中毒。•硫化氢是一种无色、微甜、略带臭鸡蛋味、易溶于水的气体，比空气重，相对密度为1.19，当浓度达4.3%～46%时具有爆炸性。•硫化氢有剧毒。它不但能使人体血液缺氧中毒，同时对眼睛及呼吸道的粘膜具有强烈的刺激作用，能引起鼻炎、气管炎和肺水肿。当空气中浓度达到0.0001%时可嗅到臭味，但当浓度较高时（0.005～0.01%），因嗅觉神经中毒麻痹，臭味“减弱”或“消失”，反而嗅不到。•表1-6硫化氢的中毒程度与浓度的关系H2S浓度（体积）/%主要症状0．0025～0．003有强烈臭鸡蛋味0．005～0．01１～2h内眼及呼吸道有刺激感，臭味“减弱”或“消失”0．015～0．02出现恶心、呕吐、头晕、四肢无力，反应迟钝；眼及呼吸道有强烈刺激感0．035～0．0450.5～1h内严重中毒，可发生肺炎、支气管炎及肺水肿，有死亡危险0．06～0．07很快昏迷，短时间内死亡•矿井中硫化氢的主要来源有：坑木等有机物腐烂；含硫矿物的水化；从老空区和旧巷积水中放出。有些矿区的煤层中也有硫化氢涌出。•二氧化硫是一种无色、有强烈硫磺气味及酸味的气体，当空气中二氧化硫浓度达到0.0005%时即可嗅到刺激气味。它易溶于水，比空气重，相对密度为2.22，是井下有害气体中密度最大的，易积聚在井下巷道的底部。•二氧化硫有剧毒。空气中的二氧化硫遇水后生成硫酸，对眼睛有刺激作用，矿工们将其称之为“瞎眼气体”。此外，也能对呼吸道的粘膜产生强烈的刺激作用，引起喉炎和肺水肿。•表1-7二氧化硫的中毒程度与浓度的关系SO2浓度（体积）/%主要症状0.0005嗅到刺激性气味0.002头痛、眼睛红肿、流泪、喉痛0.05引起急性支气管炎和肺水肿，短时间内有生命危险•矿井中二氧化硫的主要来源有：含硫矿物的氧化与燃烧；在含硫矿物中爆破；从含硫煤体中涌出。•二氧化氮是一种红褐色、有强烈刺激性气味、易溶于水的气体，比空气重，相对密度为1.59。•二氧化氮是井下毒性最强的有害气体。它遇水后生成硝酸，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。二氧化氮中毒具有潜伏期，容易被人忽视。中毒初期仅是眼睛和喉咙有轻微的刺激症状，常不被注意，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚持工作，但经过6～24h后才出现中毒征兆，主要特征是手指尖及皮肤出现黄色斑点，头发发黄，吐黄色痰液，发生肺水肿，引起呕吐甚至死亡。•表1-8二氧化氮的中毒程度与浓度的关系NO2浓度（体积）/%主要症状0.0042～4h内不致显著中毒，6h后出现中毒症状，咳嗽0.006短时间内喉咙感到刺激、咳嗽，胸痛0.01强烈刺激呼吸器官，严重咳嗽，呕吐、腹泻，神经麻木0.025短时间即可致死•矿井中二氧化氮的主要来源是爆破工作。炸药爆破时会产生一系列氮氧化物，如一氧化氮（遇空气即转化为二氧化氮）、二氧化氮等，是炮烟的主要成分。•氨气是一种无色、有浓烈臭味、易溶于水的气体，比空气轻，相对密度为0.6。当空气中的氨气浓度达到30%时遇火有爆炸性。•氨气有剧毒。它对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿，严重时失去知觉，以致死亡。•矿井中氨气的主要来源有：爆破工作；用水灭火时产生；部分岩层中也有氨气涌出。•氢气是一种无色、无味、无毒的气体，比空气轻，相对密度为0.07，是井下最轻的有害气体。空气中氢气浓度达到4%～74%时具有爆炸危险。•矿井中氢气的主要来源：蓄电池充电；有些中等变质的煤层中也有氢气涌出。•在煤矿生产中，通常把以甲烷为主的这些有毒有害气体总称为瓦斯。名称最高允许浓度（%）一氧化碳0.0024氧化氮（换算成二氧化氮）0.00025二氧化硫0.0005硫化氢0.00066氨0.004表1-9矿井有害气体最高允许浓度一、取样分析法二、检定管检测法三、直读式仪表检测法下一页有害气体的检测方法矿井有害气体浓度的测定.swf•在某采区的密闭火区内用球胆采样袋采集空气试样，用GC—85型矿井自动气相色谱仪手工进行分析，根据密闭区内气体成分浓度的变化判断火区熄灭程度。•（二）检定管检测法•检定管检测法是一种快速测定法，主要是利用便携式仪器采样器和检定管在井下就地检测，快速测定有害气体的浓度。生产现场常采用比长式气体检定管测定矿井空气的浓度。•比长式CO检定管是一支4～6mm，长150mm的玻璃管（见图1-12），以活性硅胶为载体，吸附化学试剂碘酸钾和发烟硫酸充填于管中，当CO气体通过时，与指示粉起反应，在玻璃管壁上形成一个棕色环，棕色环随着气体通过向前移动，移动的长度与气样中所含CO浓度成正比。因此，可以根据玻璃管上的刻度直接读出CO的浓度值。•3）测定步骤•（1）采样与送气•对于很不活泼的气体，如CO、CO2等，一般是先将气体吸入采样器，在此之前应在测定地点将活塞往复抽送2～3次，使采样器内原有的空气完全被气样(待测气体)所取代。打开检定管两端的封口，把检定管浓度标尺标“O”的一端插入采样器的插孔2中，然后将气样按规定的送气时间以均匀的速度送入检定管。如果是较活泼的气体，如H2S，则应先打开检定管两端封口，把检定管浓度标尺上限的一端插入采样器的入口1中，然后以均匀的速度抽气，使气样先通过检定管后再进入采样器。•••（2）读取浓度值•检定管上印有浓度标尺。浓度标尺“0”线一端称为下端，测定上限一端称为上端。送气后由变色柱(或变色环)上端所指示的数字，可直接读取被测气体的浓度，根据变色柱的状况有四种量读方法。•①变色柱界限与“0”线平行，清楚无虚影，是变色柱所指示的数字便是被测气体的浓度，如图1-14(a)。•②变色柱界限与“0”线不平行，如图1-14(b)所示，则应以变色柱界限所示的两个数字C