PAGE1PAGE10礦井空氣本章重點(diǎn)：空氣成分；礦井有害氣體、來源及最高允許濃度；3．礦井氣候條件。利用機(jī)械或自然通風(fēng)動力，使地面空氣進(jìn)入井下，并在井巷中作定向和定量地流動，最后排出礦井的全過程稱為礦井通風(fēng)。目的、主要任務(wù)—保證礦井空氣的質(zhì)量符合要求。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，其主要成分如下。干空氣的組成成分表氣體成分按體積計(jì)／％按質(zhì)量計(jì)／％備注氧氣（O2）20.9623.32惰性稀有氣體氦、氮?dú)猓∟2）79.076.71氖、氬、氪、二氧化碳（CO2）0.040.06氙等計(jì)在氮?dú)庵袧窨諝庵泻兴魵猓浜康淖兓瘯饾窨諝獾奈锢硇再|(zhì)和狀態(tài)變化。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程所需的氧氣量，取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動強(qiáng)度等。人體輸氧量與勞動強(qiáng)度的關(guān)系勞動強(qiáng)度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）休息6-150.2－0.4輕勞動20-250.6-1.0中度勞動30-401.2-2.6重勞動40-601.8-2.4極重勞動40-802.5-3.1當(dāng)空氣中的氧濃度降低時，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)重時可能導(dǎo)致缺氧死亡。氧濃度（體積）/%主要癥狀17靜止時無影響，工作時能引起喘息和呼吸困難15呼吸及心跳急促，耳鳴目眩，感覺和判斷能力降低，失去勞動能力10～12失去理智，時間稍長有生命危險6～9失去知覺，呼吸停止，如有及時搶救幾分鐘內(nèi)可能導(dǎo)致死亡礦井空氣中氧濃度降低的主要原因有：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；此外，煤巖和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對降低。2．二氧化碳(CO2)二氧化碳不助燃，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）對人呼吸的影響：在搶救遇難者進(jìn)行人工輸氧時，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高時，也將使空氣中的氧濃度相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴(yán)重時也可能造成人員中毒或窒息。礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：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)：氮?dú)馐且环N惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，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。礦井空氣中氮?dú)庵饕獊碓词牵壕卤坪蜕锏母癄€，有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍?。三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)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0.5％；總回風(fēng)流中不得超過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1.5％時，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、NO2、SO2NH3H2。一、基本性性質(zhì)1.一氧化碳（CO）性質(zhì)：一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為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)時有爆炸的危險。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，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。主要來源：爆破；礦井火災(zāi)；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。CO中毒癥狀與濃度的關(guān)系CO（%）主要癥狀0.022～3小時內(nèi)可能引起輕微頭痛0.0840分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛,眩暈和惡心。2小時內(nèi)發(fā)生體溫和血壓下降，脈搏微弱，出冷汗，可能出現(xiàn)昏迷0.325～10分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛，眩暈。半小時內(nèi)可能出現(xiàn)昏迷并有死亡危險。1.28幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)昏迷和死亡。2.硫化氫（H2S）性質(zhì)：硫化氫無色、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，但當(dāng)濃度較高時，因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶于水，在常溫、常壓下一個體積的水可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時有爆炸危險。主要危害：硫化氫劇毒，有強(qiáng)烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當(dāng)空氣中硫化氫濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。0.005~0.01%，1~2小時后出現(xiàn)眼及呼吸道刺激，0.015~0.02%。2003年12月23日22時左右，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。主要來源：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。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)。0.01%出現(xiàn)嚴(yán)重中毒。中毒癥狀與濃度關(guān)系表二氧化氮（體積）/%主要癥狀0.0042～4小時內(nèi)可出現(xiàn)咳嗽癥狀。0.006短時間內(nèi)感到喉嚨刺激，咳嗽，胸疼。0.01短時間內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒癥狀，神經(jīng)麻痹，嚴(yán)懲咳嗽，惡心，嘔吐。0.025短時間內(nèi)可能出現(xiàn)死亡。主要來源：井下爆破工作。4.二氧化硫(SO2)性質(zhì)：二氧化硫無色、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。其相對密度為2.22，易溶于水。主要危害：遇水后生成硫酸，對眼睛及呼吸系統(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，眼及呼吸器官即感到有強(qiáng)烈的刺激；濃度達(dá)0.05％時，短時間內(nèi)即有致命危險。主要來源：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。5.氨氣(NH3)性質(zhì)：無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶于水。空氣濃度中達(dá)30％時有爆炸危險。主要危害：氨氣對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。主要來源：爆破工作，用水滅火等；部分巖層中也有氨氣涌出。6.氫氣(H2)性質(zhì)：無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點(diǎn)燃溫度比沼氣低100～200℃主要危害：當(dāng)空氣中氫氣濃度為4～74％時有爆炸危險。主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質(zhì)的煤層中也有氫氣涌出。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣中有害氣體對井下作業(yè)人員的生命安全危害極大，因此，《規(guī)程》對常見有害氣體的安全標(biāo)準(zhǔn)做了明確的規(guī)定。礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度有害氣體名稱符號最高容許濃度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004第三節(jié)礦井氣候礦井氣候：礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數(shù)的綜合作用。這三個參數(shù)也稱為礦井氣候條件的三要素。一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響新陳代謝是人類生命活動的基本過程之一。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發(fā)這三種基本形式進(jìn)行的。對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濕度和流速。人體熱平衡關(guān)系式：qm-qw=qd+qz+qf+qchqm——人體在新陳代謝中產(chǎn)熱量，取決于人體活動量；qW——人體用于做功而消耗的熱量，qm-qw人體排出的多余熱量；qd——人體對流散熱量，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，可正，可負(fù)；qch——人體由熱量轉(zhuǎn)化而沒有排出體外的能量；人體熱平衡時，qch=0；當(dāng)外界環(huán)境影響人體熱平衡時，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低，qch<0礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素?？諝鉁囟龋簩θ梭w對流散熱起著主要作用。相對濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。風(fēng)速：影響人體的對流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。同時濕交換效果也隨風(fēng)速增大而加強(qiáng)。如有風(fēng)的天氣，涼衣服干得快。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現(xiàn)行的評價礦井氣候條件的指標(biāo)之一。特點(diǎn)：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標(biāo)比較簡單，使用方便。但這個指標(biāo)只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。氣溫過高或過低，對人體都有不良的影響。最適宜的礦內(nèi)空氣溫度是15～20℃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。不同深度處的巖層溫度可按式計(jì)算：t＝t0+G(Z－Z0)式中：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。(2）空氣的壓縮與膨脹空氣向下流動時，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，空氣向上流動時，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，可使1m3空氣升溫14.5℃(4）水分蒸發(fā)水分蒸發(fā)時從空氣中吸收熱量，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1m3空氣降溫1.9℃(5）通風(fēng)強(qiáng)度指單位時間進(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，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。(6)地面空氣溫度的變化地面氣溫對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，能使地溫升高，相反，若地下水活動強(qiáng)烈，則地溫降低。(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。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?；夭晒ぷ髅娴臍鉁卦谡麄€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，氣流向上流動而膨脹降溫，使氣溫略有下降，但基本上常年變化不大。2.濕球溫度濕球溫度這個指標(biāo)可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個指標(biāo)仍沒有反映風(fēng)速對人體熱平衡的影響。在相同干球溫度下，若濕球溫度低，則相對濕度小，反之，濕球溫度與氣溫相接近，則相對濕度大。但這個指標(biāo)仍沒有反映風(fēng)速對人體熱平衡的影響。3.等效溫度等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎(chǔ)來評價礦井氣候條件的指標(biāo)。4.同感溫度同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國采暖工程師協(xié)會提出的。這個指標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)，憑受試者對環(huán)境的感覺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對人體影響，T越高，人舒適越差；t=25℃，t’=23℃,V=1.5m/s;T‘5.卡他度卡他度是1916年由英國L.希爾等人提出的?？ㄋ扔每ㄋ?jì)測定?？ㄋ确譃椋焊煽ㄋ取窨ㄋ雀煽ㄋ龋悍从沉藲鉁睾惋L(fēng)速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測出溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用效果，Kd=41.868F/tW/m2濕卡他度（Kw）：是在卡他