第1章 矿井空气

1/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录1第一章矿井空气第一节矿井空气成分第二节矿井空气中有害气体第三节矿井气候2/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录2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，最后排出矿井的全过程称为矿井通风。3/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录3矿井通风经历过较长的发展过程。•约在1640年，人们开始把进风和回风路线分开，以利用自然通风压力进行矿井通风。•为了加大通风压力，1650年在回风路线上设置火筐，1787年又在回风路线上设置火炉，使回风风流加热。•1807年风量约200m3／min的活塞式空气泵、1849年转速约95r／min风量约500m3／min的蒸气铁质离心式扇风机、1898年电力初型轴流式扇风机相继投入使用。•20世纪40年代以来，矿井已使用功率约1500kW和3000kw的电力轴流式和离心式大型扇风机。4/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录4•1672年入们只知道身穿潮湿衣帽，伏在底板上，手举一装有燃着蜡烛的木棍，来点燃局部积存的沼气。出于危险，后来改用背上共有燃着的蜡烛的骡马去点燃沼气。•1813年开始用安全油灯照明并检查沼气和二气化碳的浓度。20世纪40年代以来年种气体的检测技术有了较大的发展。特别是60年代以来，风流中各参数(沼气和一氧化碳的浓度．风速、压力、温度等)已经实现了遥测和遥讯。•1745年，俄国科学家M．B．лOMOHOCOB发表了空气在矿井流动的理论，1764年法国采矿工程师JARS发表了关于矿井自然通风的理论，成为矿井通风学科史上奠基的两篇论文。20世纪以来，发表和出版了许多关于矿井通风的论文和专著。现在矿井通风已成为内容丰富的一门学科。5/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录5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，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。空气成分有害气体矿井气候地面空气矿井空气质量标准6/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录6二、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。固有新鲜空气和污浊空所之分。新鲜空气：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气，污浊空气：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。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。空气成分有害气体矿井气候地面空气矿井空气质量标准7/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录7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—体积、浓度）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8/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录81．氧气(O2)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空气成分有害气体矿井气候地面空气矿井空气质量标准9/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录9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空气成分有害气体矿井气候地面空气矿井空气质量标准10/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录102．二氧化碳(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，所以在抢救遇难者进行人工输氧时用。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。空气成分有害气体矿井气候地面空气矿井空气质量标准11/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录113．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。空气成分有害气体矿井气候地面空气矿井空气质量标准12/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录12三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准《煤矿安全规程》依据其主要成分（O2、CO2）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％；总回风流中不得超过0.75％；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5％或采区、采掘工作面回风道风流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%。空气成分有害气体矿井气候地面空气矿井空气质量标准13/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录13•补充：•井下供风量大小问题仅考虑人员耗氧：Q’×20%=Q’×20.9%-3Q’=0.333m3/min人员消耗占总耗氧量的8.3%，则：D=0.333/8.3%=4m3/min按人员计算的矿井需要总风量Q:Q=4NK14/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录14第二节矿井空气中的有害气体空气中常见有害气体：CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2。对人体造成各种危害一、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”。空气成分有害气体矿井气候基本性质浓度标准15/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录15１、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。空气成分有害气体矿井气候基本性质浓度标准16/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录16２、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。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。空气成分有害气体矿井气候基本性质浓度标准17/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录17２、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空气成分有害气体矿井气候基本性质浓度标准18/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录18３、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：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，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。空气成分有害气体矿井气候基本性质浓度标准19/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录194.二氧化硫(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，可引起喉头水肿。主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。空气成分有害气体矿井气候基本性质浓度标准20/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录206.氢气(H2)无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能自燃，其点燃温度比沼气低100～200℃，主要危害：当空气中氢气浓度为4～74％时有爆炸危险。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、或煤氧化。主要有害气体中：CO、H2S、NH3、H2等有爆炸危险性。空气成分有害气体矿井气候基本性质浓度标准21/60河南理工大学安全学院矿井空气空气成分有害气体矿井气候目录21二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大，因此，《规程》对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。矿井空气中有害气体的最高容许浓度有害气体名称符号最高容许浓度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00