煤礦水倉(cāng)清淤有害氣體檢測(cè)措施第一章

礦井空氣一、教學(xué)內(nèi)容：

1、礦井空氣主要成分及其基本性質(zhì)、質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)儀器與方法；

2、礦井空氣主要有害氣體及其基本性質(zhì)、質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)儀器與方法、防止有害氣體危害的措施；

3、礦井氣候條件標(biāo)準(zhǔn)、改善方法，

二、重點(diǎn)難點(diǎn)：

1、礦井空氣主要有害氣體的質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)；

2、氣體檢測(cè)儀器與檢測(cè)方法；

3、防止有害氣體危害的措施；

4、礦井氣候條件各參數(shù)的測(cè)定儀表及測(cè)定方法。

三、教學(xué)要求：

1、了解礦井空氣各主要成分的基本性質(zhì)；

2、了解礦井氣候條件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及改善辦法；

3、掌握礦井空氣各主要成分的質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)儀表及方法；

4、掌握礦井氣候條件各參數(shù)的測(cè)定儀表及方法。第一節(jié)

礦井空氣成分

地面空氣又稱為大氣，是混合氣體，大氣中除了水蒸氣的比例隨地區(qū)和季節(jié)變化較大以外，其余化學(xué)組成成分相對(duì)穩(wěn)定。一般將不含水蒸汽的空氣稱為干空氣，它的組成成分和體積百分比分別為氧氣（20.96%）、氮?dú)?79%)和二氧化碳(0.04%).

地面空氣從井筒進(jìn)入井下就成了礦井空氣，將發(fā)生一系列變化。主要有：氧氣含量減少；有毒有害氣體含量增加；粉塵濃度增大；空氣的溫度、濕度、壓力等物理狀態(tài)變化等。

在礦井通風(fēng)中，習(xí)慣上把風(fēng)流分作新鮮風(fēng)流（新風(fēng)）和污風(fēng)風(fēng)流（污風(fēng)或乏風(fēng)）。

一、礦井空氣的主要成分及其基本性質(zhì)

（一）

氧氣（O2）

氧氣是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的氣體，對(duì)空氣的相對(duì)密度為1.105。氧氣很活躍，易使多種元素氧化，能助燃。

氧氣是維持人體正常生理機(jī)能所不可缺少的氣體。一般情況下，人在休息時(shí)的需氧量為0.2~0.4L/min；在工作時(shí)為1~3L/min。

短時(shí)間內(nèi)失去知覺(jué)，呼吸停止，可能導(dǎo)致死亡

地面空氣進(jìn)入井下后，氧氣濃度要有所降低，氧氣濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖、坑木和其他有機(jī)物的緩慢氧化；爆破工作；井下火災(zāi)和瓦斯、煤塵爆炸；煤巖和生產(chǎn)中產(chǎn)生其他有害氣體等。

在正常通風(fēng)的井巷和工作面中，氧氣濃度與地面相比一般變化不大，不會(huì)對(duì)人體造成太大影響。但在井下盲巷、通風(fēng)不良的巷道中或發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故后，應(yīng)特別注意對(duì)氧氣濃度的檢查，以防發(fā)生窒息事故。

（二）

氮?dú)猓∟2）

氮?dú)馐菬o(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的惰性氣體，相對(duì)密度為0.97，微溶于水，不助燃，無(wú)毒，不能供人呼吸。

氮?dú)庠谡Ｇ闆r下對(duì)人體無(wú)害，但當(dāng)空氣中的氮?dú)鉂舛仍黾訒r(shí)，會(huì)相應(yīng)降低氧氣濃度，人會(huì)因缺氧而窒息。在井下廢棄舊巷或封閉的采空區(qū)中，有可能積存氮?dú)?。?982年9月7日，我國(guó)某礦因礦井主要通風(fēng)機(jī)停風(fēng)，井下采空區(qū)的氮?dú)獯罅坑砍?，致使采煤工作面支架安裝人員缺氧窒息，造成多人傷亡事故。

礦井中的氮?dú)庵饕獊?lái)源于：井下爆破；有機(jī)物的腐爛；天然生成的氮?dú)鈴拿簬r中涌出等。

（三）

二氧化碳（CO2）

二氧化碳是無(wú)色、略帶酸臭味的氣體，相對(duì)密度為1.52，不助燃也不能供人呼吸，略帶毒性，易溶于水。

二氧化碳對(duì)人體的呼吸有刺激作用，所以在為中毒或窒息的人員輸氧時(shí)，常常要在氧氣中加入5%的二氧化碳，以促使患者加強(qiáng)呼吸。當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度過(guò)高時(shí)，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴(yán)重時(shí)也能造成人員中毒或窒息?？諝庵卸趸紳舛葘?duì)人體的危害程度如表1-2所示。

表1-2

空氣中二氧化碳濃度對(duì)人體的影響二氧化碳濃度（體積）/%人體主要癥狀1呼吸加深，急促3呼吸急促，心跳加快，頭痛，很快疲勞5呼吸困難，頭痛，惡心，耳鳴10頭痛，頭昏，呼吸困難，昏迷10~20呼吸停頓，失去知覺(jué)，時(shí)間稍長(zhǎng)會(huì)死亡20~25

短時(shí)間中毒死亡二氧化碳比空氣重，常常積聚在煤礦井下的巷道底板、水倉(cāng)、溜煤眼、下山盡頭、盲巷、采空區(qū)及通風(fēng)不良處。

礦井中二氧化碳的主要來(lái)源有：煤和有機(jī)物的氧化；人員呼吸；井下爆破；井下火災(zāi)；瓦斯、煤塵爆炸等。有時(shí)也能從煤巖中大量涌出，甚至與煤或巖石一起突然噴出，給安全生產(chǎn)造成重大影響。如我國(guó)某礦，曾在1975年6月發(fā)生過(guò)一起二氧化碳和巖石突出事故，突出二氧化碳11000m3。

二氧化碳窒息同缺氧窒息一樣，都是造成礦井人員傷亡的重要原因之一。

二、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)

礦井空氣的主要成分中，由于氧氣和二氧化碳對(duì)人員身體健康和安全生產(chǎn)影響很大，所以《煤礦安全規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）對(duì)其濃度標(biāo)準(zhǔn)做了明確規(guī)定。主要如下：

采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中，按體積計(jì)算，氧氣濃度不低于20%；二氧化碳濃度不超過(guò)0.5%。

礦井總回風(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷風(fēng)流中，二氧化碳超過(guò)0.75%時(shí)，必須立即查明原因，進(jìn)行處理。

采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中二氧化碳超過(guò)1.5%時(shí)，采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5%時(shí)，都必須停止工作，撤出人員，進(jìn)行處理。

三、礦井空氣主要成分的檢測(cè)方法

礦井空氣主要成分的檢測(cè)方法可分為兩大類：一是取樣分析法，二是快速測(cè)定法。

（一）

取樣分析法

利用取樣瓶或吸氣球等容器提取井下空氣式樣，送往地面化驗(yàn)室進(jìn)行分析。分析儀器多用氣相色譜儀，分析精度高，定性準(zhǔn)確，分析速度快，一次進(jìn)樣可以同時(shí)完成多種氣體的分析；但所需時(shí)間長(zhǎng)，操作復(fù)雜，技術(shù)要求高。一般用于井下火區(qū)成分檢測(cè)或需精確測(cè)定空氣成分的場(chǎng)合。

（二）快速測(cè)定法

利用便攜式儀器在井下就地檢測(cè)，快速測(cè)定出主要?dú)怏w成分，是目前普遍采用的測(cè)定方法。

1、氧氣濃度的快速測(cè)定方法

（1）利用氧氣檢測(cè)儀檢測(cè)

檢測(cè)井下氧氣的便攜式儀器種類較多，主要有AY—1B型、JJY—1型（可測(cè)O2、CH4兩種氣體）等。其中AY—1B型是普遍使用的氧氣檢測(cè)儀，本質(zhì)安全型。

AY—1B型氧氣檢測(cè)儀采用的是電化學(xué)“隔膜式伽伐尼電池”原理。氧氣傳感元件（隔膜式伽伐尼電池）分別由鉑、鉛兩種不同金屬做陰極和陽(yáng)極，堿性溶液做電解液，通過(guò)聚四氯乙烯薄膜將其封閉構(gòu)成，如圖1-1a所示。當(dāng)氧氣透過(guò)隔膜在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在兩個(gè)電極間將形成同氧氣濃度成正比的電流值，通過(guò)測(cè)定電極間的電流值即可實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣濃度的測(cè)定。

（a）隔膜式伽伐尼電池結(jié)構(gòu)示意圖（b）AY—1B型氧氣檢測(cè)儀的外部結(jié)構(gòu)圖

1—氧氣濃度顯示器；2—儀器銘牌；3—示值調(diào)準(zhǔn)電位器旋鈕；

4—氧氣擴(kuò)散孔；5—提手；6—密封蓋；7—開(kāi)關(guān)

（2）利用比長(zhǎng)式氧氣檢測(cè)管檢測(cè)

這種方法與礦井中主要有害氣體的檢測(cè)基本相同（詳見(jiàn)本章第二節(jié)）

2、二氧化碳濃度的快速檢測(cè)方法

礦井空氣中二氧化碳的測(cè)定主要使用光學(xué)瓦斯鑒定器，檢查方法詳見(jiàn)《煤礦安全》教材。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體及其檢測(cè)

一、礦井空氣中的有害氣體及其基本性質(zhì)

（一）一氧化碳（CO）

一氧化碳是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的氣體，相對(duì)密度0.97，微溶于水，能燃燒，當(dāng)體積濃度達(dá)到13%~75%時(shí)遇火源有爆炸性。

一氧化碳有劇毒。人體血液中的血紅素與一氧化碳的親和力比它與氧氣的親和力大250~300倍。一氧化碳的中毒程度與中毒濃度、中毒時(shí)間、呼吸頻率和深度及人的體質(zhì)有關(guān)。與中毒濃度和中毒時(shí)間的關(guān)系如表1-3所示。

表1-3

一氧化碳的中毒程度與濃度的關(guān)系

一氧化碳濃度（體積）/%

主

要

癥

狀

0.016

數(shù)小時(shí)后有頭痛、心跳、耳鳴等輕微中毒癥狀

0.048

1h可引起輕微中毒癥狀

0.128

0.5~1h引起意識(shí)遲鈍、喪失行動(dòng)能力等嚴(yán)重中毒癥狀

0.40

短時(shí)間失去知覺(jué)、抽筋、假死。30min內(nèi)即可死亡

一氧化碳中毒除上述癥狀外，最顯著的特征是中毒者粘膜和皮膚呈櫻桃紅色。

礦井中一氧化碳的主要來(lái)源有：爆破工作；礦井火災(zāi)；瓦斯及煤塵爆炸等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在煤礦發(fā)生的瓦斯爆炸、煤塵爆炸及火災(zāi)事故中，約70～75%的死亡人員都是因一氧化碳中毒所致。

（二）硫化氫（H2S）

硫化氫是無(wú)色、微甜、略帶臭雞蛋味的氣體，相對(duì)密度為1.19，易溶于水，當(dāng)濃度達(dá)4.3%~46%時(shí)具有爆炸性。

硫化氫有劇毒。它能使人體血液缺氧中毒，對(duì)眼睛及呼吸道的粘膜具有強(qiáng)烈的刺激作用，能引起鼻炎、氣管炎和肺水腫。當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001%時(shí)可嗅到臭味，但當(dāng)濃度較高時(shí)（0.005~0.01%），因嗅覺(jué)神經(jīng)中毒麻痹，臭味“減弱”或“消失”，反而嗅不到。硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-4所示。

表1-4

硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系

硫化氫濃度（體積）/%

主

要

癥

狀

0.0001

有強(qiáng)烈臭雞蛋味

0.01

流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困難

0.05

0.5~1h嚴(yán)重中毒，失去知覺(jué)、抽筋、瞳孔變大，甚至死亡

0.1

短時(shí)間內(nèi)死亡

礦井中硫化氫的主要來(lái)源有：坑木等有機(jī)物腐爛；含硫礦物的水化；從老空區(qū)和舊巷積水中放出。1971年，我國(guó)某礦一上山掘進(jìn)工作面曾發(fā)生一起老空區(qū)透水事故，人員撤出后，礦調(diào)度室主任和一名技術(shù)員去現(xiàn)場(chǎng)了解透水情況，被涌出的硫化氫熏倒致死。有些礦區(qū)的煤層中也有硫化氫涌出。

（三）二氧化硫（SO2）

二氧化硫是無(wú)色、有強(qiáng)烈硫磺氣味及酸味的氣體，當(dāng)空氣中二氧化硫濃度達(dá)到0.0005%時(shí)即可嗅到刺激氣味。它易溶于水，相對(duì)密度為2.32，是井下有害氣體中密度最大的，常常積聚在井下巷道的底部。

二氧化硫有劇毒?？諝庵械亩趸蛴鏊笊闪蛩幔瑢?duì)眼睛有刺激作用，礦工們將其稱之為“瞎眼氣體”。此外，也能對(duì)呼吸道的粘膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激作用，引起喉炎和肺水腫。二氧化硫的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-5所示。

表1-5

二氧化硫的中毒程度與濃度的關(guān)系

二氧化硫濃度（體積）/%

主

要

癥

狀

0.0005

嗅到刺激性氣味

0.002

頭痛、眼睛紅腫、流淚、喉痛

0.05

引起急性支氣管炎和肺水腫，短時(shí)間內(nèi)有生命危險(xiǎn)

礦井中二氧化硫的主要來(lái)源有：含硫礦物的氧化與燃燒；在含硫礦物中爆破；從含硫煤體中涌出。

（四）二氧化氮（NO2）

二氧化氮是一種紅褐色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，相對(duì)密度1.59，易溶于水。

二氧化氮是井下毒性最強(qiáng)的有害氣體。它遇水后生成硝酸，對(duì)眼睛、呼吸道粘膜和肺部組織有強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，嚴(yán)重時(shí)可引起肺水腫。

二氧化氮的中毒有潛伏期，容易被人忽視。中毒初期僅是眼睛和喉嚨有輕微的刺激癥狀，常不被注意，有的在嚴(yán)重中毒時(shí)尚無(wú)明顯感覺(jué)，還可堅(jiān)持工作，但經(jīng)過(guò)6h甚至更長(zhǎng)時(shí)間后才出現(xiàn)中毒征兆。主要特征是手指尖及皮膚出現(xiàn)黃色斑點(diǎn)，頭發(fā)發(fā)黃，吐黃色痰液，發(fā)生肺水腫，引起嘔吐甚至死亡。二氧化氮的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-6所示。

表1-6

二氧化氮的中毒程度與濃度的關(guān)系

二氧化氮濃度（體積）/%

主

要

癥

狀

0.004

2~4h內(nèi)不致顯著中毒，6h后出現(xiàn)中毒癥狀，咳嗽

0.006

短時(shí)間內(nèi)喉嚨感到刺激、咳嗽，胸痛

0.01

強(qiáng)烈刺激呼吸器官，嚴(yán)重咳嗽，嘔吐、腹瀉，神經(jīng)麻木

0.025

短時(shí)間即可致死

礦井中二氧化氮的主要來(lái)源是爆破工作。炸藥爆破時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列氮氧化物，如一氧化氮（遇空氣即轉(zhuǎn)化為二氧化氮）、二氧化氮等，是炮煙的主要成分。我國(guó)某礦1972年在煤層中掘進(jìn)巷道時(shí)，工作面非常干燥，工人們放炮后立即迎著炮煙進(jìn)入，結(jié)果因吸入炮煙過(guò)多，造成二氧化氮中毒，2名工人于次日死亡。因此在爆破工作中，一定要加強(qiáng)通風(fēng)，防止炮煙熏人事故。

（五）氨氣（NH3）

氨氣是一種無(wú)色、有濃烈臭味的氣體，相對(duì)密度為0.6，易溶于水。當(dāng)空氣中的氨氣濃度達(dá)到30%時(shí)遇火有爆炸性。

氨氣有劇毒。它對(duì)皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫，嚴(yán)重時(shí)失去知覺(jué)，以致死亡。

氨氣主要是在礦井發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故時(shí)產(chǎn)生。

（六）氫氣（H2）

氫氣無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，相對(duì)密度為0.07，是井下最輕的有害氣體?？諝庵袣錃鉂舛冗_(dá)到4%~74%時(shí)具有爆炸危險(xiǎn)。

井下氫氣的主要來(lái)源是蓄電池充電。此外，礦井發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故中也會(huì)產(chǎn)生。

除了上述有害氣體之外，礦井空氣中最主要的有害氣體是甲烷（CH4），又稱沼氣。它是一種具有窒息性和爆炸性的氣體，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅最大，關(guān)于它的主要性質(zhì)、危害和預(yù)防措施等將在《煤礦安全》教材中詳細(xì)介紹，本節(jié)不再重復(fù)。

在煤礦生產(chǎn)中，通常把以甲烷為主的這些有毒有害氣體總稱為瓦斯。

二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)

為了防止有害氣體對(duì)人體和安全生產(chǎn)造成危害，《規(guī)程》中對(duì)其安全濃度（允許濃度）標(biāo)準(zhǔn)做了明確規(guī)定，其中主要有毒氣體的濃度標(biāo)準(zhǔn)如表1-7所示。

表1-7

礦井空氣中有害氣體最高允許濃度

有害氣體名稱

符號(hào)

最高允許濃度（%）

一氧化碳

CO

0.0024

氧化氮（換算成二氧化氮）

NO2

0.00025

二氧化硫

SO2

0.0005

硫化氫

H2S

0.00066

氨

NH3

0.004

此外，《規(guī)程》還規(guī)定：井下充電室風(fēng)流中以及局部積聚處的氫氣濃度不得超過(guò)0.5%。

對(duì)礦井中涌出量較大的甲烷（瓦斯）氣體，《規(guī)程》對(duì)其安全濃度和超限后的措施都有更為詳盡的規(guī)定，具體見(jiàn)《煤礦安全》教材。

通過(guò)上述有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)可以看出，最高允許濃度的制定都留有較大的安全系數(shù)，只要在礦井生產(chǎn)中嚴(yán)格遵守《規(guī)程》規(guī)定，不違章作業(yè)，人身安全是完全有保障的。

三、有害氣體的檢測(cè)方法

近年來(lái)，隨著煤礦安全裝備水平的不斷提高，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，有害氣體的檢測(cè)手段也日趨完善，各大、中型礦井已經(jīng)形成了人工定點(diǎn)、定時(shí)檢測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的檢測(cè)體系。在人工檢測(cè)方法中，除了取樣分析法之外，目前使用最廣泛的還是快速測(cè)定法。

（一）瓦斯（CH4）的快速檢測(cè)方法

煤礦中用于檢測(cè)瓦斯的儀器有光學(xué)瓦斯檢定器、瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀、瓦斯斷電儀等。其構(gòu)造原理及使用方法將在《煤礦安全》教材中介紹。

（二）CO、NO2、H2S、SO2、NH3、H2的快速檢測(cè)方法

煤礦井下空氣中CO、NO2、H2S、SO2、NH3和H2等有害氣體的濃度測(cè)定，普遍采用比長(zhǎng)式檢測(cè)管法。它是根據(jù)待測(cè)氣體同檢測(cè)管中的指示粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后指示粉的變色長(zhǎng)度來(lái)確定待測(cè)氣體濃度的。

1—堵塞物；2—活性炭；3—硅膠；4—消除劑；5—玻璃粉；6—指示粉

如圖1-2所示，比長(zhǎng)式CO檢測(cè)管是一支￠4～6mm，長(zhǎng)150mm的玻璃管，以活性硅膠為載體，吸附化學(xué)試劑碘酸鉀和發(fā)煙硫酸充填于管