1、通通 风风 安安 全全 学学第一章第一章 矿井空气矿井空气本章内容：本章将着重介绍矿井空气的主要成分，井下常见的有害气体及其主要检测与管理方法，讨论矿井气候条件及其改善的问题，为进一步学习矿井通风的基本理论奠定基础。本章目的：了解矿井通风的目的、任务，矿井空气的主要成分，井下常见的有害气体，矿井空气的安全标准等问题。学习方法：讲授为主，结合学生自习。第一章第一章 矿井空气矿井空气 第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 第二节第二节 矿井空气中有害气体矿井空气中有害气体 第三节第三节 矿井气候矿井气候第一章第一章 矿井空气矿井空气矿井通风的概念第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分矿井通风的概
2、念矿井通风的概念 利用机械或自然通风为动力，使地面空气进入井利用机械或自然通风为动力，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的全过程称为矿井通风矿井通风。矿井通风的发展历程矿井通风的发展历程约在约在16401640年，人们开始把进风和回风路线分开，以利用自然通风压力年，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。进行矿井通风。为了加大通风压力，为了加大通风压力，16501650年在回风路线上设置火筐，年在回风路线上设置火筐，17871787年又在回风年又在回风路线上设置火炉，使回风风流加热。路线
3、上设置火炉，使回风风流加热。18071807年风量约年风量约200m200m3 3minmin的活塞式空气泵、的活塞式空气泵、18491849年转速约年转速约95r95rmi nmi n风风量约量约500m500m3 3minmin的蒸气铁质离心式扇风机、的蒸气铁质离心式扇风机、18981898年电力初型轴流式扇年电力初型轴流式扇风机相继投入使用。风机相继投入使用。2020世纪世纪4040年代以来，矿井已使用功率约年代以来，矿井已使用功率约1500kW1500kW和和3000kw3000kw的电力轴流式的电力轴流式和离心式大型扇风机。和离心式大型扇风机。第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分矿
4、井通风的发展历程矿井通风的发展历程16721672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。的蜡烛的骡马去点燃沼气。18131813年开始用安全油灯照明并检查沼气和二气化碳的浓度。年开始用安全油灯照明并检查沼气和二气化碳的浓度。2020世纪世纪4040年代以来年种气体的检测技术有了较大的发展。特别是年代以来年种气体的检测技术有了较大的发展。特别是6060年代以来，年代以来，风流中各参
5、数风流中各参数(沼气和一氧化碳的浓度、风速、压力、温度等沼气和一氧化碳的浓度、风速、压力、温度等)已经实已经实现了遥测和遥讯。现了遥测和遥讯。17451745年，俄国科学家年，俄国科学家M MB BOMOHOCOBOMOHOCOB发表了空气在矿井流动的理论，发表了空气在矿井流动的理论，17641764年法国采矿工程师年法国采矿工程师JARSJARS发表了关于矿井自然通风的理论，成为矿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。井通风学科史上奠基的两篇论文。2020世纪以来，发表和出版了许多关世纪以来，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
6、门学科。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。第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 一、地面空气的组成一、地面空气的组成湿空气：湿空气：地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体。地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体。干空气：干空气：完全不含有水蒸汽的空气。完全不含有水蒸汽的空气。干空气的主要成分如下：干空气的主要成分如下：气体成分气体成分 按体积计按体积计 按质量计按质量计 备备 注注 氧气（氧气（O O2 2）20.96 23.32 20.96 23.32 惰性稀有气体氦、惰性稀有气体氦、氮气（氮气（N N2 2）79.0 76.71 79.0 76.71 氖、
7、氩、氪、氖、氩、氪、二氧化碳（二氧化碳（COCO2 2）0.04 0.06 0.04 0.06 氙等计在氮气中氙等计在氮气中 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。状态变化。第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分二、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
8、鲜空气中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分物理变化物理变化气体混入（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）人员的呼吸第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 1 1氧气氧气(O(O2 2)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 6-15 0.20.4 轻 劳 动 20-
9、25 0.6-1.0 中度劳动 30-40 1.2-2.6 重 劳 动 40-60 1.8-2.4 极重劳动 40-80 2.5-3.1 第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 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 1012失去理智，时间稍长有生命危险 69失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内可能导致
10、死亡第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 2 2二氧化碳二氧化碳(CO(CO2 2)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。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。行人工输氧时用。矿井空气中二氧化碳的主要来源是矿井
11、空气中二氧化碳的主要来源是：煤和有机物的氧化；：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。尘爆炸等。第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 3 3氮气氮气(N(N2 2)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。第一节第一节 矿井空气成分矿井空
12、气成分三、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%。第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分矿井空气中常见有害气体：CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2 一、基本性质、一氧化碳（CO）一氧化碳是一种无色、无味、无
13、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1375范围内时有爆炸的危险。主要危害：造成人体血液“窒息”。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体、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 0.0223小时可能引起轻微头痛 0.0481小时内出现轻微的中毒症状 0.08 40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 0.32 510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
14、等。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体、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4.345.5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。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体、硫化氢（、硫化氢（H H2 2S S）主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生
15、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中毒症状与浓度的关系 H2S浓度（体积）浓度（体积）/%主要症状主要症状 0.00250.003有强烈臭味有强烈臭味 0.0050.0112小时内出现眼及呼吸道刺激症状，臭味小时内出现眼及呼吸道刺激症状，臭味 “减弱减弱”或或“消失消失”0.0150.02出现恶心，呕吐，头晕，四肢无力，反应出现恶心，呕吐，头晕，四肢无力，反应 迟钝。眼及呼吸道有强烈刺激症状迟钝。眼及呼吸道有强烈刺激症状 0.0350.0450.51小时内出现严重中毒，
16、可发生肺小时内出现严重中毒，可发生肺 炎，支气管炎及肺水肿，有死亡危险炎，支气管炎及肺水肿，有死亡危险 0.060.07很快昏迷，短时间内死亡很快昏迷，短时间内死亡 第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体、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 0.00424小时内出现咳嗽症状 0.006短时间内感到喉
17、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。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体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。第二节第二节 矿井空
18、气中的有害气体矿井空气中的有害气体5.氨气(NH3)氨气无色、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。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体6.6.氢气氢气(H(H2 2)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100200。主要危害：当空气中氢气浓度为474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：主要有害气体中：COC
19、O、H H2 2S S、NHNH3 3、H H2 2等有爆炸危险性。等有爆炸危险性。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体二、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 CO 0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO2 0.00025二氧化硫 SO2 0.0005硫化氢 H2S 0.00066氨 NH3 0.004氢 H2 0.5%规程中规定CO的最高允许浓度为其轻微中毒（0.048%）的1/20，NO2的最高
20、允许浓度为其危险中毒浓度（0.025%）的1/100。可见只要严格遵守规程规定，就可避免有害气体对人体的危害。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体矿井气候：温度、湿度和流速一、矿井气候对人体热平衡的影响人体新陈代谢获得能量；部分用来维持人体自身的生理机能活动以及满足对外做功的需要，其余部分必须通过散热的方式排出体外，才能保持人体正常的生理功能。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度与周围物体的表面；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。人体热平衡关系式：qm-qw=qd+
21、qz+qf+qchqm人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；qW人体用于做功而消耗的热量，qm-qw人体排出的多余热量；qd人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；qz汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；qf人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；qch人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，qch=0；当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高qch0，人体温度降低，qch0第三节第三节 矿井气候矿井气候矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素。空气温度：对人体对流散热起着主要作用。当气温低于体温时，对流和辐射是人体的主要散热方式，温差越大，对流散热量越多，当
22、气温等于体温时，对流散热完全停止，蒸发成了人体的主要散热方式。当气温高于体温时，对流传递给人热量，蒸发几乎成为人体惟一的散热方式。相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。随气温的升高，蒸发散热的作用越来越强。若相对湿度较大，汗液就难于蒸发，不能起到蒸发散热的作用，人体就会感到闷热。风速：影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风速而增大，风速越大，对流散热量也越大。当周围气温小于人体体温时，失热；当周围气温大与于人体体温时，得热。风速越大，蒸发越大。同时湿交换效果也随风速增大而加强。第三节第三节 矿井气候矿井气候矿井气候条件对人体热平衡的影响是一种综合的作用，如人处在气温高、湿度大、风速小
23、的高温潮湿环境中，散热效果都很差，这时由于人体散热太慢，体温升高、心率加快、身体不好服等症状，严重时可导致中暑、甚至死亡。相反，人体会感到很冷，同样也不舒适 因此，调节和改善矿井气候条件也是矿井通风的基本任务之一。第三节第三节 矿井气候矿井气候二、衡量矿井气候条件的指标 干球温度 湿球温度 等效温度 同感温度 卡他度第三节第三节 矿井气候矿井气候二、衡量矿井气候条件的指标1.干球温度干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。特点：在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。指标比较简单，使用方便。但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响，而没有反映出气候条件对人体热平衡的综合作用。2.湿
24、球温度 湿球温度是可以反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响，比干球温度更合理，但这个指标仍没有反映风速对人体热平衡的影响。第三节第三节 矿井气候矿井气候3.等效温度 等效温度定义为湿空气的焓与比热的比值。它是一个以能量为基础来评价矿井气候条件的指标。当气温在2536的范围内，等效温度和湿球温度基本上呈线性关系，两者具有同样的意义，因而也是不完善的。4.同感温度同感温度(也称有效温度)是1923年由美国采暖工程师协会提出的。通过实验得出实验时，将三个受试者置于一个温度为t、相对湿度为，风速为的已知环境中，并记下他们的感受，然后把他们请到另一个温度(用t1表示)可调，相对湿度为l00，风速为0
25、的环境里，通过调节温度t1使他们的感受与第一个环境相同，那么则称t1为第一个环境的同感温度。反映出温度、湿度和风速这三者对人体热平衡的综合作用。显然，同感温度越高，人体舒适感就越差。例：例：测得某一采煤工作面风流的干球温度为测得某一采煤工作面风流的干球温度为25，湿球温度为，湿球温度为23，风速为，风速为1.5m/s，求其同感温度。，求其同感温度。第三节第三节 矿井气候矿井气候第三节第三节 矿井气候矿井气候5.卡他度 卡他度是1916年由英国L希尔等人提出的。是一种酒精温度计，卡他计下端有一个比普通湿度计大的贮液球，上端有一个小空腔，玻璃管上只有35和38两个刻度，其平均值恰好等于人体的正常体
26、温(365)。测定时，先把贮液球置于热水中加热，当酒精柱上升至小空腔的一半时取出，擦干贮液球表面水分，然后将其悬挂于待测空气中，由于液球散热，酒精柱开始下降，用秒表记下从38降到35所需时间t，可用下式求得干卡他度Kd。卡他度分为：干卡他度、湿卡他度干卡他度：反映了气温和风速对气候条件的影响，但没有反映空气湿度的影响。K K d d=41.868F/t=41.868F/t W/m2 第三节第三节 矿井气候矿井气候三、矿井气候条件的安全标准三、矿井气候条件的安全标准我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度。我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度。19821982年国务院颁布年国务院颁布的的矿山
27、安全条例矿山安全条例第第5353条规定，矿井空气最高容许干球温度为条规定，矿井空气最高容许干球温度为2828。我国煤矿安全我国煤矿安全规程规程规定采掘工作面温度不得超过规定采掘工作面温度不得超过26 26 ，机电，机电硐室温度不得超过硐室温度不得超过30 30 。国际（煤矿）标准：国际（煤矿）标准：俄罗斯：干球温度小于俄罗斯：干球温度小于26 26。德国：同感温度不得超过德国：同感温度不得超过3232度。度。美国：同感温度不得超过美国：同感温度不得超过3232度。度。英国：湿球温度不超过英国：湿球温度不超过27.8 27.8，同感温度不得超过，同感温度不得超过29.429.4度。度。波兰：干球温度小于波兰：干球温度小于26 26。印度：干球温度小于印度：干球温度小于3535。采面超过采面超过3030，硐室超过，硐室超过34 34，必须停止作业必须停止作业第三节第三节 矿井气候矿井气候一、主要内容及要求 理解矿井通风的概念，了解地面空气的组成，掌握矿井空气、井下有害气体的主要成分及其基本性质，理解矿井气候的含义，了解衡量矿井气候条件的指标。二、作业 1、3、6、8 本章小结本章小结本章内容结束谢谢
