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1、安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院安全工程系,,《通 風(fēng) 安 全 學(xué)》第一章 礦井空氣,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 礦井空氣成份 一、地面空氣的組成 二、礦井空氣的主要成分及基本性質(zhì) 三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體　一、基本性性質(zhì)　二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié) 礦井氣候　一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響　二、衡量礦井氣候條件的指標(biāo) 三、礦井氣候條件的安全標(biāo)準(zhǔn),,本章

2、重點(diǎn),礦內(nèi)空氣的主要成分、井下常見的有害氣體、礦井的氣候條件。,,第一章 礦井空氣,第一 節(jié) 礦井空氣成份,定義：地面空氣進(jìn)入礦井以后即稱為礦井空氣。一、地面空氣的組成地面空氣是由干空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。 干空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。干空氣的組成成分比較穩(wěn)定。 濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會(huì)引起濕空氣的物理性質(zhì)和狀態(tài)變化。,

3、,第一 節(jié) 礦井空氣成份,,,二、礦井空氣的主要成分及基本性質(zhì) 新鮮空氣：井巷中用風(fēng)地點(diǎn)以前、受污染程度較輕的進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)的空氣， 污濁空氣：通過(guò)用風(fēng)地點(diǎn)以后、受污染程度較重的回風(fēng)巷道內(nèi)的空氣， 1．氧氣(O2) 氧氣是維持人體正常生理機(jī)能所需要的氣體,人體維持正常生命過(guò)程所需的氧氣量，取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動(dòng)強(qiáng)度等。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,,,人體輸氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系 勞動(dòng)強(qiáng)度 呼

4、吸空氣量（L/min） 氧氣消耗量（L/min） 休 息 6-15 0.2－0.4 輕 勞 動(dòng) 20-25 0.6-1.0 中度勞動(dòng) 30-40 1.2-2.6 重 勞 動(dòng) 40-60 1.8-2.4 極重

5、勞動(dòng) 40-80 2.5-3.1,第一 節(jié) 礦井空氣成份,,,當(dāng)空氣中的氧濃度降低時(shí)，人體就可能產(chǎn)生不良的生理反應(yīng)，出現(xiàn)種種不舒適的癥狀，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致缺氧死亡。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,,,礦井空氣中氧濃度降低的主要原因：人員呼吸；煤巖和其他有機(jī)物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸；煤巖和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對(duì)降低。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,,

6、,2．二氧化碳(CO2) （1）主要性質(zhì): 不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風(fēng)速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風(fēng)速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。 （2）對(duì)人呼吸的影響：在搶救遇難者進(jìn)行人工輸氧時(shí)，往往要在氧氣中加入5%的二氧化碳，以刺激遇難者的呼吸機(jī)能。當(dāng)空氣中二氧化碳的濃度過(guò)高時(shí)，也將使空氣中的氧濃度相對(duì)降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴(yán)重時(shí)也可

7、能造成人員中毒或窒息。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,,,（3）主要來(lái)源： 煤和有機(jī)物的氧化；人員呼吸；碳酸性巖石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。3．氮?dú)?N2) 性質(zhì)：一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無(wú)毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢(shì)必造成氧含量相對(duì)降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因?yàn)榈獨(dú)饩哂械亩栊?，因此可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸?氮?dú)庵饕獊?lái)源：井下爆破

8、和生物的腐爛，有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍?滅火人為注氮。,第一 節(jié) 礦井空氣成份,,,三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn) 《規(guī)程》第100條，采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中的氧氣濃度不得低于20％；二氧化碳濃度不得超過(guò)0.5％；總回風(fēng)流中不得超過(guò)0.75％；當(dāng)采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5％或采區(qū)、采掘工作面回風(fēng)道風(fēng)流中二氧化碳濃度超過(guò)1.5％時(shí)，必須停工處理。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,,空氣中常見有害氣體：CO、NO

9、2、SO2 、NH3 、H2 。一、基本性性質(zhì)１、一氧化碳（CO） 性質(zhì)：一氧化碳是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的氣體。相對(duì)密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當(dāng)空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內(nèi)時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,,主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細(xì)胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進(jìn)入人體后，首先就與血液中

10、的血紅素相結(jié)合，因而減少了血紅素與氧結(jié)合的機(jī)會(huì)，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。0 .08%，40分鐘引起頭痛眩暈和惡心，0.32%，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。 主要來(lái)源：爆破；礦井火災(zāi)；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,,,CO中毒癥狀與濃度的關(guān)系,２、硫化氫（H2S） 性質(zhì)：硫化氫無(wú)色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001％即可嗅到

11、，但當(dāng)濃度較高時(shí)，因嗅覺(jué)神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。相對(duì)密度為1.19，易溶于水。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。 主要危害：硫化氫劇毒，有強(qiáng)烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過(guò)程，使人體缺氧。當(dāng)空氣中硫化氫濃度較低時(shí)主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時(shí)能引起人體迅速昏迷或死亡。主要來(lái)源：有機(jī)物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區(qū)和舊巷積水中放出。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,第二節(jié) 礦井空氣中

12、的有害氣體,,,2003年12月23日22時(shí)左右，重慶市開縣高橋鎮(zhèn)的川東北氣礦16H井發(fā)生特大井噴事故，造成243人死亡。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,,３、二氧化氮（NO2） 性質(zhì)：二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強(qiáng)烈的刺激氣味，相對(duì)密度為1.59，易溶于水。 主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蝕性很強(qiáng)的硝酸，對(duì)眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現(xiàn)黃色斑點(diǎn)。 主要來(lái)源：

13、井下爆破工作。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,中毒癥狀與濃度關(guān)系表,,,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,4.二氧化硫(SO2) 性質(zhì)：無(wú)色、有強(qiáng)烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達(dá)到0.0005％即可嗅到。其相對(duì)密度為2.22，易溶于水。 主要危害：遇水后生成硫酸，對(duì)眼睛及呼吸系統(tǒng)粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當(dāng)濃度達(dá)到 0.002％時(shí)，眼及呼吸器官即感到有強(qiáng)烈的刺激；濃度達(dá)0.05％時(shí)，短時(shí)間內(nèi)即有致命危險(xiǎn)。

14、主要來(lái)源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中涌出。,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,5.氨氣(NH3) 性質(zhì)：無(wú)色、有濃烈臭味的氣體，相對(duì)密度為0.596，易溶于水，?？諝鉂舛戎羞_(dá)30％時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。 主要危害：對(duì)皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，引起喉頭水腫。 主要來(lái)源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；巖層中也涌出。 6.氫氣(H2) 性質(zhì)：無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，相對(duì)密度為0.07。氫氣能自燃，其點(diǎn)燃溫度比

15、沼氣低100～200℃， 主要危害：當(dāng)空氣中氫氣濃度為4～74％時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。 主要來(lái)源：井下蓄電池充電時(shí)可放出氫氣；有些中等變質(zhì)的煤層中也有氫氣涌出、或煤氧化。,,第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,,礦井空氣中有害氣體對(duì)井下作業(yè)人員的生命安全危害極大，因此，《規(guī)程》對(duì)常見有害氣體的安全標(biāo)準(zhǔn)做了明確的規(guī)定。,二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn),第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體,,礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度,第三節(jié) 礦井氣

16、候,,,礦井空氣的溫度、濕度和流速三個(gè)參數(shù)為礦井氣候條件的三要素。一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響 人體散熱主要是通過(guò)人體皮膚表面與外界的對(duì)流、輻射和汗液蒸發(fā)這三種基本形式。對(duì)流散熱取決于周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決于環(huán)境溫度；蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的相對(duì)濕度和流速。,第三節(jié) 礦井氣候,,,人體熱平衡關(guān)系式：qm-qw=qd+qz+qf+qch式中： qm——產(chǎn)熱量，取決于人體活動(dòng)量； qW——

17、用于做功而消耗的熱量，qm-qw排出的多余熱量； qd——對(duì)流散熱量，低于人體表面溫度，為負(fù)，否則，為正； qz——汗液蒸發(fā)或呼出水蒸氣所帶出的熱量； qf——人體與周圍物體表面的輻謝散熱量； qch——由熱量轉(zhuǎn)化而沒(méi)有排出體外的能量；,第三節(jié) 礦井氣候,,,人體熱平衡時(shí)，qch=0； 當(dāng)外界環(huán)境影響人體熱平衡時(shí)，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低， qch<0 空氣溫度：

18、對(duì)人體對(duì)流散熱起著主要作用。 相對(duì)濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。 風(fēng)速：影響人體對(duì)流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對(duì)流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。同時(shí)濕交換效果也隨風(fēng)速增大而加強(qiáng)。如有風(fēng)的天氣，涼衣服干得快。,第三節(jié) 礦井氣候,,,二、衡量礦井氣候條件的指標(biāo)1.干球溫度干球溫度是我國(guó)現(xiàn)行的評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)之一。特點(diǎn)：直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標(biāo)比較簡(jiǎn)單，使用方便。只反映了氣溫對(duì)礦井氣候條件的影響，而沒(méi)有反映

19、出氣候條件對(duì)人體熱平衡的綜合作用。氣溫過(guò)高或過(guò)低，對(duì)人體都有不良的影響。最適宜的礦內(nèi)空氣溫度是15～20℃。,第三節(jié) 礦井氣候,,,1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素(1）巖石溫度--巖層溫度的三帶變溫帶：隨地面氣溫的變化而變化的地帶；恒溫帶：地表下地溫常年不變的地帶；增溫帶：恒溫帶以下地帶。,第三節(jié) 礦井氣候,,,不同深度處的巖層溫度可按式計(jì)算： 　　　　　t＝t0+G ( Z－Z0)　　式中：

20、t0－恒溫帶處巖層的溫度，℃；　　　 G－地溫梯度，即巖層溫度隨深度變化率，℃/m， 常用百米地溫梯度，即℃/100m；　　　　 Z－巖層的深度；　　　 Z0－恒溫帶的深度.,第三節(jié) 礦井氣候,,,(2）空氣的壓縮與膨脹 空氣向下流動(dòng)時(shí)，空氣受壓縮產(chǎn)生熱量，一般垂深每增加100m，溫度升高1℃；相反，空氣向上流動(dòng)時(shí)，則因膨脹而降溫，平均每升高100m，溫度下降0.8～0.9℃。 (3）氧化生熱

21、 礦井內(nèi)的有機(jī)礦物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化發(fā)熱。例如，經(jīng)氧化生成2g二氧化碳時(shí)，可使1m3空氣升溫14.5℃。在煤層中的采掘巷道，暴露煤面氧化產(chǎn)生的熱量較大，故回采工作面是通風(fēng)系統(tǒng)中溫度最高的區(qū)段。,,第三節(jié) 礦井氣候,,(4）水分蒸發(fā) 水分蒸發(fā)時(shí)從空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低。每蒸發(fā)1克水可吸收0.585千卡的熱量，能使1 m3空氣降溫1.9℃，可見水的蒸發(fā)對(duì)降低氣溫起著重要的作用。(5）通風(fēng)強(qiáng)度

22、 指單位時(shí)間進(jìn)入井巷的風(fēng)量。溫度較低的空氣流經(jīng)巷道或工作面時(shí)，能夠吸收熱量，供風(fēng)量越大，吸收熱量越多。因此，加大通風(fēng)強(qiáng)度是降低礦井溫度的主要措施之一。,第三節(jié) 礦井氣候,,,(6) 地面空氣溫度的變化 地面氣溫對(duì)井下氣溫有直接影響，尤其是較淺的礦井，礦內(nèi)空氣溫度受地面氣溫的影響更為顯著。 (7) 地下水的作用 礦井地層中如果有高溫?zé)崛蛴袩崴砍鰰r(shí)，能使地溫升高，相反，若地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，則地

23、溫降低。 (８) 其它因素 如機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)以及人體散熱等都對(duì)井下氣溫有一定影響。特別是隨著機(jī)械化程度的不斷提高，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量不能忽視。,第三節(jié) 礦井氣候,,,2)．礦內(nèi)空氣溫度的變化規(guī)律,在進(jìn)風(fēng)路線上礦內(nèi)空氣的溫度與地面氣溫相比，有冬暖夏涼的現(xiàn)象。回采工作面的氣溫在整個(gè)風(fēng)流路線上，一般是最高的區(qū)段。在回風(fēng)路線上，因通風(fēng)強(qiáng)度大，水分蒸發(fā)吸熱，氣流向上流動(dòng)而膨脹降溫，使氣溫略有下降，但基本上常年變化不大。,第三節(jié)

24、 礦井氣候,,,2.濕球溫度 濕球溫度是可以反映空氣溫度和相對(duì)濕度對(duì)人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。 在相同干球溫度下，若濕球溫度低，則相對(duì)濕度小，反之，濕球溫度與氣溫相接近，則相對(duì)濕度大。但這個(gè)指標(biāo)仍沒(méi)有反映風(fēng)速對(duì)人體熱平衡的影響。,第三節(jié) 礦井氣候,,,3.等效溫度 等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個(gè)以能量為基礎(chǔ)來(lái)評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)。 當(dāng)氣溫在25～36℃時(shí)，等效溫度和濕球溫度

25、基本上呈線性，兩者有同樣的意義。因?yàn)?V ↓ hv ↓ p，壓差的作用方向與流動(dòng)方向相反，使邊壁附近，流速本來(lái)就小，趨于0, 在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動(dòng)，面渦漩。,第三節(jié) 礦井氣候,,,4 .同感溫度 也稱有效溫度，1923年由美國(guó)采暖工程師協(xié)會(huì)提出的。這個(gè)指標(biāo)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，憑受試者對(duì)環(huán)境的感覺(jué)而得出的同感溫度計(jì)算圖。t、V、Φ，記下感受， V=0、Φ=100%，調(diào)節(jié)T‘，感受相同； 它反應(yīng)t、V、Φ對(duì)

26、人體影響， T越高，人舒適越差； t=25℃，t’=23 ℃, V=1.5m/s; T‘=18℃,第三節(jié) 礦井氣候,,,5.卡他度卡他度分為：干卡他度、濕卡他度 干卡他度：反映了氣溫和風(fēng)速對(duì)氣候條件的影響，但沒(méi)有反映空氣濕度的影響。為了測(cè)出溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用效果， K d=41.868F/t W/m2 濕卡他度（Kw）：是在卡他計(jì)貯液球上包裹上一層濕紗布時(shí)測(cè)得的卡他度，其實(shí)測(cè)

27、和計(jì)算方法完全與干卡他度相同。,第三節(jié) 礦井氣候,,,三、礦井氣候條件的安全標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)現(xiàn)行評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)是干球溫度。1982年國(guó)務(wù)院頒布的《礦山安全條例》第53條規(guī)定，礦井空氣最高容許干球溫度為28℃。2006年《規(guī)程》102條規(guī)定：進(jìn)風(fēng)井口以下的空氣溫度(干)必須在2℃以上。生產(chǎn)采掘工作面空氣溫度不得超過(guò)26℃，超過(guò)30℃時(shí)，必須停止作業(yè)；機(jī)電設(shè)備峒室空氣溫度不得超過(guò)30℃，超過(guò)34℃必須停止作業(yè)。,第三節(jié)