矿井通风-学习情景1 矿井有害气体防治与气候条件改善

矿井通风主讲:朱朝炳手机:[phone]E-mail：[e-mail]学习情境1矿井有害气体防治与气候条件改善任务1矿井空气主要成分任务2矿井空气中有毒有害气体检测与防治任务3矿井气候条件测定及其改善利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动最后排出的全过程称为矿井通风。矿井通风的主要任务：把地面新鲜空气连续不断的送入井下各个用风地点，供给人员呼吸，稀释和排除有毒有害气体和矿尘，创造一个良好的矿内气候条件。（当进风流发生火灾或爆炸时，利用反风来避免或降低灾害损失）第一节矿井空气成份一、地面空气的组成地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。干空气是指完全不含有水蒸汽的空气。其主要成分如下：气体成分按体积计／％按质量计／％备注氧气（O2）20.9623.32惰性稀有气体氦、氮气（N2）79.076.71氖、氩、氪、二氧化碳（CO2）0.040.06氙等计在氮气中湿空气中含有水蒸气，其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。二、矿井空气的主要成分及基本性质地面空气进入井下时，由于受到污染，其成分和性质要发生变化。新鲜风流：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的风流，也称新风。污浊风流：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的风流，也称乏风。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的氧、氮和二氧化碳。物理变化气体混入（CH4,CO2,H2S)固体混入(岩尘，煤尘，其他杂质）气象变化（温度、气压、湿度）化学变化井下一切物质的缓慢氧化爆破作业火区氧化（采空区自燃发火）人员的呼吸1．氧气(O2)在标准状况下，相对密度为1.429（比空气密度略大，空气密度为1.293）。氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体,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。人体输氧量与劳动强度的关系劳动强度呼吸空气量（L/min）氧气消耗量（L/min）休息6-150.2－0.4轻劳动20-250.6-1.0中度劳动30-401.2-2.6重劳动40-601.8-2.4极重劳动40-802.5-3.1矿井空气中氧浓度降低的主要原因有：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；此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系氧浓度/%主要症状17静止时无影响，工作时能产生喘息和呼吸困难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，如不及时抢救几分钟内可能导致死亡2．二氧化碳(CO2)二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略带酸臭味。二氧化碳比空气重（其比重为1.52），在风速较小的巷道中底板附近浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体的无害的。二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用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；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸等。3．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。但空气中含氮量升高，则势必造成氧含量相对降低，从而也可能造成人员的窒息性伤害。正因为氮气具有的惰性，因此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,灭火人为注氮。三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准《煤矿安全规程》对O2和CO2的浓度作了明确的规定：采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20％；二氧化碳浓度不得超过0.5％；总回风流或一翼回风流中CO2浓度不得超过0.75％，超过后应立即查明原因；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5％或采区、采掘工作面回风巷道中二氧化碳浓度超过1.5％时，必须停工处理。国外规定，国际劳工局规定进风流中氧气浓度＞19%。俄罗斯、德国工作地点氧气浓度＞20%。美国、日本规定行人巷道中氧气浓度＞19%。第二节矿井主要有害气体检测与防治空气中常见有害气体：CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2。一、有害气体检测近年来，各大中型矿井已经形成了人工定点、定时检测与自动监测相结合的检测体系。在人工检测方法中，除了取样分析法之外，目前使用最惯犯的还是快速测定法。1、CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2的快速检测方法矿井空气中CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2的等有害气体的浓度测定，普遍采用比长式检测管法。它是根据待测气体同检测管中的指示粉发生化学反应后指示粉的变色长度来测定待测气体浓度的。当被测气体通过检测管时，被测气体与指示粉发生有色反应，根据指示粉的变色长度来确定其浓度。测定不同气体的检测管，其指示粉吸附不同的化学试剂。(1)、用比长式CO检测管的检测原理及方法比长式CO检测管是一支直径4～6mm，长150mm的玻璃管，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细玻璃管中，两者反应生成五氧化二碘吸附在硅胶上。当一氧化碳气体通过检测管时，一氧化碳与五氧化二碘反应使碘游离，形成一个棕色环，随着气流通过，棕色环向前移动，移动的距离和被侧环境中的一氧化碳的浓度成正比。因此，当检测管中通过定量气体后，根据棕色环移动的距离，便可以测得环境中的一氧化碳的浓度。图1-1比长式CO检测管结构示意图1—堵塞物；2—活性炭；3—硅胶；4—消除剂；5—玻璃粉；6—指示粉（2）用比长式H2S检测管的检测原理及方法比长式H2S检测管也以活性硅胶为载体，吸附化学试剂为醋酸铅。当含有硫化氢的气体通过检测管时，便与指示粉反应，在玻璃管内形成一个棕色变色柱，随着气流通过，棕色环向前移动，移动的距离和被侧环境中的硫化氢的浓度成正比。根据变色柱的距离，便可测得环境空气中硫化氢的浓度。（3）用比长式CO2检测管的检测原理及方法二氧化碳检测管和上述两种基本相同，它是以活性氧化铝为载体，吸附带有变色指示剂的氢氧化钠充填于玻璃管中。当含有二氧化碳的气体通过检测管时，便与活性氧化铝上所载的氢氧化钠反应，由原来蓝色柱变为白色柱向前移动，移动的距离和被侧环境中的二氧化碳的浓度成正比。其他有毒有害气体的比长管结构和工作原理与CO基本相同，只是指示粉不同，颜色变化各异。与比长式检测管配套使用的还有圆筒形压入式手动采样器。如右图示。采样器由变换阀和活塞筒等部分组成。活塞筒6用来抽取气样，变换阀4则可以改变气样流动方向或切断气流。当阀门把手3处于垂直位置时，活塞筒与接头胶管2相通；当阀门把手顺时针方向旋转水平位置时，活塞筒与气嘴1相通；当阀门把手处于45º位置时，变换阀将活塞筒与外界气体隔断。在活塞拉杆7上刻有标尺，可以表示出手柄拉动到某以为只是吸入活塞筒的气样体积（mL）。图1-2圆筒形压入式手动采样器结构示意图1—气嘴；2—接头胶管；3—阀门把；4—变换阀；使用时先将阀门把手转到水平位置，在待测地点拉动活塞拉杆往复抽送气2~3次，使待测气体充满活塞筒，再将把手扳至45º位置；将检测管两端用小砂轮片打开，按检测管上的箭头指向插入胶管接头；将把手扳至垂直位置，按检测管上规定的送气时间（一般100s）把气样以均匀的速度送入检测管，然后拔出检测管读数。如果被测环境空气中有害气体的浓度很低，可采用增加送气次数法，测得的浓度值除以次数；如果气体浓度过大，可先稀释后再进行测定，但结果要乘以稀释倍数。2、CO、H2S、NO2、SO2、NH3等有害气体的快速测定（1）所需仪器设备手动采样器、秒表、气普发生器、CO检测管、CO2检测管、H2S检测管，长颈漏斗、烧瓶、烧杯、广口瓶(2)实验内容与步骤1）试样气体制备HCOOH→CO↑+H2O浓硫酸作脱水剂FeS+2HCL→FeCL2+H2S↑CaCO3+HCL→CaCL2+H2O+CO2↑2）测定方法按照采样器的正确使用方法取样、送样、从检测管浓度标尺上读数。即使用手动采样器时，先将阀门把手转到水平位置，在待测地点拉动活塞拉杆往复抽送气2~3次，使待测气体充满活塞筒，再将把手扳至45º位置；将检测管两端用小砂轮片打开，按检测管上的箭头指向插入胶管接头；将把手扳至垂直位置，按检测管上规定的送气时间（一般100s）把气样以均匀的速度送入检测管，然后拔出检测管读数3、瓦斯的快速检测煤矿中用于检测瓦斯的仪器有光学瓦斯检定器、便携式瓦斯监测报警仪、瓦斯监测监控系统等。二、基本性质１、一氧化碳（CO）一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在13～75％范围内时有爆炸的危险。主要危害：造成人体血液“窒息”（血液中血红素）。１、一氧化碳（CO）CO中毒症状与浓度的关系CO体积浓度主要症状0.022～3小时可能引起轻微头痛0.0481小时内出现轻微的中毒症状0.0840分钟内头痛，眩晕和恶心。2小时体温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能昏迷0.325～10分钟内头痛，眩晕。半小时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CO中毒最明显的症状是中毒者黏膜和皮肤呈樱桃红色。主要来源：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。火灾和爆炸事故中70%-75%的死亡人员都是因CO中毒所致。２、硫化氢（H2S）硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋气味，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。主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和旧巷积水中放出。２、硫化氢（H2S）主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，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。浓度标准0.00066%H2S中毒症状与浓度的关系H2S浓度（体积/%）主要症状0.0025～0.003有强烈臭味0.005～0.0112小时内出现眼及呼吸道刺激症状，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症状0.035～0.0450.5～1小时内出现严重中毒，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３、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。主要危害：毒性最强的有害气体，二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可以引起肺水肿。二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%出现严重中毒。NO2中毒症状与浓度的关系NO2浓度（体积）/%主要症状0.0042～4小时内出现咳嗽症状0.006短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸痛0.01短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹，严重咳嗽，恶心，呕吐0.025短时间内可能出现死亡主要来源：井下爆破工作。如工人们吸入炮烟过多造成NO2中毒，第二天死亡。所以要引起大家足够的重视。4.二氧化硫(SO2)二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达到0.0005％即可嗅到。其相对密度为2.22，易溶于水。主要危害：遇水后生成硫酸，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。当浓度达到0.002％时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激；浓度达0.05％时，短时间内即有致命危险。主要来源：含硫矿物的氧化与自燃；在含硫矿物中爆破；以及从含硫矿层中涌出。5.氨气(NH3)无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.596，易溶于水。空气浓度中达30％时有爆炸危险。主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头