一、認(rèn)識“隱形殺手”：瓦斯的危害與特性演講人CONTENTS認(rèn)識“隱形殺手”：瓦斯的危害與特性瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)：24小時“電子哨兵”通風(fēng)系統(tǒng)：礦山的“呼吸系統(tǒng)”監(jiān)測與通風(fēng)的“黃金搭檔”：協(xié)同守護(hù)安全總結(jié)：科學(xué)技術(shù)是生命的守護(hù)者目錄2025小學(xué)五年級科學(xué)下冊礦山安全技術(shù)的瓦斯監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)課件同學(xué)們，今天站在這里和大家分享“礦山安全技術(shù)的瓦斯監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)”，我的心情既親切又鄭重——因?yàn)槲以诘V山安全技術(shù)崗位工作了12年，親眼見證過這些“看不見的安全衛(wèi)士”如何守護(hù)礦工的生命。大家可能覺得“礦山”離我們很遠(yuǎn)，但它和我們的生活緊密相關(guān)：家里用的煤炭、鉛筆芯里的石墨，都來自礦山。而礦山安全，尤其是瓦斯防治，是每一位礦工的“生命線”。接下來，我將從“為什么要關(guān)注瓦斯安全”“瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)如何工作”“通風(fēng)系統(tǒng)的核心作用”“二者如何協(xié)同守護(hù)安全”四個維度，帶大家走進(jìn)這個既神秘又重要的科學(xué)領(lǐng)域。01認(rèn)識“隱形殺手”：瓦斯的危害與特性認(rèn)識“隱形殺手”：瓦斯的危害與特性要理解瓦斯監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)的意義，首先要認(rèn)識“瓦斯”這個“隱形殺手”。1瓦斯是什么？瓦斯是礦山開采過程中自然釋放的混合氣體，主要成分是甲烷（CH?），占比70%-90%，還含有少量二氧化碳、氮?dú)獾?。它無色、無味（為便于監(jiān)測，礦山會人為添加臭味劑）、比空氣輕（密度0.717kg/m3，空氣密度1.29kg/m3），所以在礦井中容易聚集在巷道頂部。舉個例子，大家家里用的天然氣主要成分也是甲烷，所以瓦斯可以理解為“地下的天然氣”。但和家里的天然氣不同，礦井中的瓦斯是“無組織釋放”的——它可能從煤層裂縫中“偷偷冒出來”，也可能在開采時被“擠出來”，如果不及時處理，就會像氣球里不斷充入的氣體一樣，達(dá)到一定濃度就會爆炸。2瓦斯的危險(xiǎn)在哪里？瓦斯的危險(xiǎn)性主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：爆炸風(fēng)險(xiǎn)：當(dāng)瓦斯?jié)舛仍?%-16%（爆炸極限）時，遇到火源（如電火花、摩擦火花、明火）就會爆炸。爆炸時溫度可達(dá)2000-2600℃，壓力是正?？諝獾?-10倍，還會產(chǎn)生大量一氧化碳（劇毒），破壞力相當(dāng)于同等體積TNT炸藥的5-7倍。2019年某煤礦事故中，就是因?yàn)橥咚狗e聚后遇機(jī)械火花爆炸，造成了嚴(yán)重傷亡。窒息風(fēng)險(xiǎn)：當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^43%時，空氣中氧氣含量會被稀釋到12%以下（正?？諝夂趿?1%），人會出現(xiàn)呼吸困難、昏迷，甚至窒息死亡。我曾參與過一次井下救援，一名新礦工因誤入未通風(fēng)的盲巷，就是因?yàn)橥咚節(jié)舛冗^高導(dǎo)致窒息，幸好救援及時才脫離危險(xiǎn)。3為什么必須“防患于未然”？瓦斯的釋放是動態(tài)的：煤層的地質(zhì)條件、開采進(jìn)度、甚至天氣變化（如氣壓降低）都會影響瓦斯涌出量。2020年我們監(jiān)測到某工作面瓦斯涌出量突然增加30%，后來查明是因?yàn)榈叵聰鄬訋У幕顒?。這說明，僅靠經(jīng)驗(yàn)判斷遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須依靠科學(xué)的監(jiān)測與通風(fēng)系統(tǒng)，將瓦斯?jié)舛仁冀K控制在安全范圍內(nèi)（《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，回采工作面瓦斯?jié)舛炔坏贸^1%）。02瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)：24小時“電子哨兵”瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)：24小時“電子哨兵”如果把礦山比作人體，瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)就是“神經(jīng)末梢”和“大腦”，它能實(shí)時感知瓦斯?jié)舛茸兓?，并發(fā)出預(yù)警。1監(jiān)測系統(tǒng)的核心組成一套完整的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)由“傳感器-傳輸網(wǎng)絡(luò)-監(jiān)控中心”三部分構(gòu)成：傳感器：像“小鼻子”一樣分布在礦井各個關(guān)鍵位置（工作面、回風(fēng)巷、機(jī)電硐室等），每10-15米就有一個?，F(xiàn)在主流的是催化燃燒式傳感器，當(dāng)瓦斯接觸傳感器表面的催化元件時，會發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，通過溫度變化換算出瓦斯?jié)舛?。我曾拆過一個傳感器，里面的核心元件比硬幣還小，但精度能達(dá)到0.01%。傳輸網(wǎng)絡(luò)：傳感器的數(shù)據(jù)通過電纜或無線模塊（如4G/5G）實(shí)時傳回地面監(jiān)控中心。早期用的是有線傳輸，現(xiàn)在很多礦山升級了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，即使巷道坍塌導(dǎo)致部分線路中斷，數(shù)據(jù)也能通過“跳傳”繼續(xù)傳輸。1監(jiān)測系統(tǒng)的核心組成監(jiān)控中心：這里有大屏顯示全礦瓦斯?jié)舛确植迹ㄓ貌煌伾珮?biāo)注：綠色安全、黃色預(yù)警、紅色危險(xiǎn)），還有自動報(bào)警裝置（聲音+燈光+短信推送）。我記得2022年除夕，監(jiān)控中心突然響起警報(bào)，某工作面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.2%（接近1%的安全上限），值班人員立即通知現(xiàn)場停止作業(yè)、加強(qiáng)通風(fēng)，20分鐘后濃度降回0.8%，避免了一次潛在事故。2監(jiān)測系統(tǒng)的“智能升級”隨著技術(shù)發(fā)展，監(jiān)測系統(tǒng)越來越“聰明”：多參數(shù)融合：除了瓦斯?jié)舛龋€能同時監(jiān)測氧氣濃度、溫度、風(fēng)速等，綜合判斷危險(xiǎn)等級。比如，如果瓦斯?jié)舛壬仙耐瑫r溫度升高，可能預(yù)示著煤層自燃，需要立即處理。大數(shù)據(jù)預(yù)警：通過分析歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能預(yù)測瓦斯涌出規(guī)律。比如某工作面過去3年在每月15日左右瓦斯涌出量會小幅上升，系統(tǒng)就會提前提醒加強(qiáng)監(jiān)測。聯(lián)動控制：監(jiān)測系統(tǒng)可以直接聯(lián)動通風(fēng)設(shè)備（如自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速）、斷電裝置（瓦斯超限自動切斷工作面電源，防止電火花）。這就像家里的“智能空調(diào)”——溫度高了自動調(diào)大制冷，只不過這里調(diào)的是“瓦斯?jié)舛取薄?3通風(fēng)系統(tǒng)：礦山的“呼吸系統(tǒng)”通風(fēng)系統(tǒng)：礦山的“呼吸系統(tǒng)”監(jiān)測系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)問題，但解決問題要靠通風(fēng)系統(tǒng)——它是礦山的“呼吸系統(tǒng)”，通過“吸氣”（引入新鮮空氣）和“呼氣”（排出瓦斯），維持井下空氣安全。1通風(fēng)系統(tǒng)的核心原理通風(fēng)的本質(zhì)是“空氣流動”：利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力差，將地面新鮮空氣（含氧量21%）通過進(jìn)風(fēng)井送入井下，經(jīng)過工作面后（此時空氣含瓦斯、粉塵、二氧化碳），再通過回風(fēng)井排出地面。整個過程中，風(fēng)速和風(fēng)量是關(guān)鍵：風(fēng)速太慢，瓦斯會積聚；風(fēng)速太快，會揚(yáng)起粉塵（粉塵也可能爆炸）?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，回采工作面風(fēng)速應(yīng)控制在0.25-4m/s（相當(dāng)于微風(fēng)到輕風(fēng)之間）。2通風(fēng)系統(tǒng)的“硬件裝備”主通風(fēng)機(jī)：安裝在地面，是通風(fēng)系統(tǒng)的“心臟”。常見的有軸流式風(fēng)機(jī)（像大風(fēng)扇，風(fēng)量大風(fēng)壓小）和離心式風(fēng)機(jī)（風(fēng)量小風(fēng)壓大），功率從幾百千瓦到上千千瓦不等。我曾見過一臺主風(fēng)機(jī)，葉輪直徑3米，啟動時整個地面都在震動，風(fēng)量相當(dāng)于每秒鐘把一個標(biāo)準(zhǔn)游泳池的水抽干。12通風(fēng)構(gòu)筑物：包括風(fēng)門（類似“空氣開關(guān)”，防止風(fēng)流短路）、風(fēng)橋（讓兩股風(fēng)流交叉不混合）、密閉墻（封閉廢棄巷道，防止瓦斯涌出）。這些看似簡單的設(shè)施，卻是通風(fēng)系統(tǒng)的“毛細(xì)血管”，稍有疏漏就會影響整體效果。3局部通風(fēng)機(jī)：用于掘進(jìn)工作面等無法通過主通風(fēng)覆蓋的區(qū)域，像“小吹風(fēng)機(jī)”一樣，通過風(fēng)筒（直徑0.5-1米的柔性風(fēng)管）將新鮮空氣送到作業(yè)點(diǎn)。風(fēng)筒必須密封良好，否則漏風(fēng)會導(dǎo)致風(fēng)量不足——我剛工作時曾因?yàn)轱L(fēng)筒接口沒扎緊，導(dǎo)致工作面瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，被師傅狠狠“教育”了一頓。3通風(fēng)系統(tǒng)的“動態(tài)調(diào)節(jié)”井下環(huán)境是變化的：工作面推進(jìn)、巷道貫通、設(shè)備開啟都會改變通風(fēng)需求。因此，通風(fēng)系統(tǒng)需要“動態(tài)調(diào)節(jié)”：按需供風(fēng)：根據(jù)工作面瓦斯涌出量計(jì)算所需風(fēng)量（公式：風(fēng)量=瓦斯涌出量/允許濃度）。比如某工作面每分鐘涌出0.5立方米瓦斯，允許濃度1%，則需要風(fēng)量=0.5/0.01=50立方米/分鐘。反風(fēng)操作：當(dāng)井下發(fā)生火災(zāi)時，主風(fēng)機(jī)可以反向運(yùn)轉(zhuǎn)，將煙霧從進(jìn)風(fēng)井排出，避免有毒氣體擴(kuò)散。我們每年都會進(jìn)行反風(fēng)演習(xí)，確保30分鐘內(nèi)完成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向，風(fēng)量達(dá)到正常的40%以上。04監(jiān)測與通風(fēng)的“黃金搭檔”：協(xié)同守護(hù)安全監(jiān)測與通風(fēng)的“黃金搭檔”：協(xié)同守護(hù)安全監(jiān)測系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)不是獨(dú)立的，而是“監(jiān)測-分析-調(diào)控”的閉環(huán)：監(jiān)測系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整運(yùn)行，形成“智慧安全網(wǎng)”。1從“被動響應(yīng)”到“主動預(yù)防”過去，通風(fēng)系統(tǒng)是“固定頻率運(yùn)行”，不管瓦斯?jié)舛雀叩?，風(fēng)機(jī)都以恒定轉(zhuǎn)速工作，既浪費(fèi)能源又可能“反應(yīng)滯后”?，F(xiàn)在，通過監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，通風(fēng)系統(tǒng)可以“精準(zhǔn)調(diào)控”：當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?.5%時，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，節(jié)省電力；當(dāng)濃度升至0.8%（預(yù)警值），風(fēng)機(jī)自動加速，增加風(fēng)量；當(dāng)濃度超過1%，系統(tǒng)立即發(fā)出警報(bào)，切斷作業(yè)面電源，并聯(lián)動局部風(fēng)機(jī)加大供風(fēng)，同時通知人員撤離。我參與過某礦山的“智能通風(fēng)改造”，改造后瓦斯超限次數(shù)下降了70%，電費(fèi)節(jié)省了25%，真正實(shí)現(xiàn)了“安全+效益”雙提升。2人的作用：技術(shù)的“最后一道防線”再先進(jìn)的系統(tǒng)也需要人來操作。礦工上崗前必須學(xué)習(xí)“瓦斯防治”課程，掌握“一停二報(bào)三撤”（瓦斯超限立即停止作業(yè)、報(bào)告調(diào)度室、撤離到安全區(qū)域）；安全管理人員每天要檢查傳感器是否校準(zhǔn)（每7天用標(biāo)準(zhǔn)氣樣校準(zhǔn)一次）、風(fēng)筒是否漏風(fēng)、風(fēng)門是否關(guān)閉嚴(yán)密。我?guī)煾党Ｕf：“技術(shù)是工具，人心是開關(guān)——再聰明的系統(tǒng)，沒人認(rèn)真維護(hù)，也會變成擺設(shè)?！?5總結(jié)：科學(xué)技術(shù)是生命的守護(hù)者總結(jié)：科學(xué)技術(shù)是生命的守護(hù)者同學(xué)們，今天我們從認(rèn)識瓦斯的危害，到了解監(jiān)測系統(tǒng)如何“感知危險(xiǎn)”，通風(fēng)系統(tǒng)如何“排除危險(xiǎn)”，最后看到二者如何協(xié)同工作。這些技術(shù)的背后，是無數(shù)科學(xué)家和工程師的智慧——從早期的人工檢測（用明火燈觀察火焰高度判斷瓦斯?jié)舛龋?，到現(xiàn)在的智能監(jiān)測；從自然通風(fēng)（靠井口溫差產(chǎn)生風(fēng)流），到現(xiàn)在的智能風(fēng)機(jī)，每一步進(jìn)步都在守護(hù)更多生命。作為小學(xué)生，你們可能覺得“礦山安全”離自己很遠(yuǎn)，但科學(xué)的種子需要從小