《 通 风 安 全 学 》 第一章 矿井空气

1. 《通 风 安 全 学》第一章 矿井空气 安徽理工大学能源与安全学院 安全工程系

2. 本章主要内容 第一节 矿井空气成份 一、地面空气的组成 二、矿井空气的主要成分及基本性质 三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 第二节 矿井空气中的有害气体 　一、基本性性质 　二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准 第三节 矿井气候 　一、矿井气候对人体热平衡的影响 　二、衡量矿井气候条件的指标 三、矿井气候条件的安全标准

3. 本章重点 矿内空气的主要成分、井下常见的有害气体、矿井的气候条件。

4. 第一章 矿井空气

5. 第一 节 矿井空气成份 定义：地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。 一、地面空气的组成 地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。 干空气是指完全不含有水蒸汽的空气，由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和其他一些微量气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定。 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。

6. 第一 节 矿井空气成份 二、矿井空气的主要成分及基本性质 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， 1．氧气(O2) 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。

7. 第一 节 矿井空气成份 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 0.2－0.4 轻 劳 动 20-25 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

8. 第一 节 矿井空气成份 当空气中的氧浓度降低时，人体就可能产生不良的生理反应，出现种种不舒适的症状，严重时可能导致缺氧死亡。

9. 第一 节 矿井空气成份 矿井空气中氧浓度降低的主要原因： • 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； • 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。

10. 第一 节 矿井空气成份 2．二氧化碳(CO2) （1）主要性质: 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浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。 （2）对人呼吸的影响： • 在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能。 • 当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。

11. 第一 节 矿井空气成份 （3）主要来源： 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、煤尘爆炸等。 3．氮气(N2) 性质：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。 氮气主要来源：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。

12. 第一 节 矿井空气成份 三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 《规程》第100条，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。

13. 第二节 矿井空气中的有害气体 空气中常见有害气体：CO、NO2、SO2、NH3、H2 。 一、基本性性质 １、一氧化碳（CO） 性质：一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。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13～75％范围内时有爆炸的危险。

14. 第二节 矿井空气中的有害气体 主要危害：血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。0 .08%，40分钟引起头痛眩晕和恶心，0.32%，5~10分钟引起头痛、眩晕，30分钟引起昏迷，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等。

15. 第二节 矿井空气中的有害气体 CO中毒症状与浓度的关系

16. 第二节 矿井空气中的有害气体 ２、硫化氢（H2S） 性质：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。相对密度为1.19，易溶于水。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.3～45.5％时有爆炸危险。 主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，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。 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。

17. 第二节 矿井空气中的有害气体 2003年12月23日22时左右，重庆市开县高桥镇的川东北气矿16H井发生特大井喷事故，造成243人死亡。

18. 第二节 矿井空气中的有害气体 ３、二氧化氮（NO2） 性质：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。 主要来源：井下爆破工作。

19. 第二节 矿井空气中的有害气体 中毒症状与浓度关系表

20. 4.二氧化硫(SO2) 性质：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 矿井空气中的有害气体

21. 第二节 矿井空气中的有害气体 5.氨气(NH3) 性质：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：对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，引起喉头水肿。 主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；岩层中也涌出。 6.氢气(H2) 性质：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100～200℃， 主要危害：当空气中氢气浓度为4～74％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。

22. 第二节 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。

23. 第二节 矿井空气中的有害气体 矿井空气中有害气体的最高容许浓度

24. 第三节 矿井气候 矿井空气的温度、湿度和流速三个参数为矿井气候条件的三要素。 一、矿井气候对人体热平衡的影响 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。 • 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； • 蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。

25. 第三节 矿井气候 人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qch 式中： qm——产热量，取决于人体活动量； qW——用于做功而消耗的热量，qm-qw排出的多余热量； qd——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； qch——由热量转化而没有排出体外的能量；

26. 第三节 矿井气候 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qch>0，人体温度降低， qch<0 空气温度：对人体对流散热起着主要作用。 相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。 风速：影响人体对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风速而增大。同时湿交换效果也随风速增大而加强。如有风的天气，凉衣服干得快。

27. 第三节 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：直接反映出矿井气候条件的好坏。指标比较简单，使用方便。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。 • 气温过高或过低，对人体都有不良的影响。最适宜的矿内空气温度是15～20℃。

28. 第三节 矿井气候 1)影响矿内空气温度的主要因素 (1）岩石温度--岩层温度的三带 变温带：随地面气温的变化而变化的地带； 恒温带：地表下地温常年不变的地带； 增温带：恒温带以下地带。

29. 第三节 矿井气候 不同深度处的岩层温度可按式计算： t＝t0+G ( Z－Z0) 　　式中： t0－恒温带处岩层的温度，℃； G－地温梯度，即岩层温度随深度变化率，℃/m， 常用百米地温梯度，即℃/100m； Z－岩层的深度； Z0－恒温带的深度.

30. 第三节 矿井气候 (2）空气的压缩与膨胀 空气向下流动时，空气受压缩产生热量，一般垂深每增加100m，温度升高1℃；相反，空气向上流动时，则因膨胀而降温，平均每升高100m，温度下降0.8～0.9℃。 (3）氧化生热 矿井内的有机矿物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化发热。例如，经氧化生成2g二氧化碳时，可使1m3空气升温14.5℃。在煤层中的采掘巷道，暴露煤面氧化产生的热量较大，故回采工作面是通风系统中温度最高的区段。

31. 第三节 矿井气候 (4）水分蒸发 水分蒸发时从空气中吸收热量，使空气温度降低。每蒸发1克水可吸收0.585千卡的热量，能使1 m3空气降温1.9℃，可见水的蒸发对降低气温起着重要的作用。 (5）通风强度 指单位时间进入井巷的风量。温度较低的空气流经巷道或工作面时，能够吸收热量，供风量越大，吸收热量越多。因此，加大通风强度是降低矿井温度的主要措施之一。

32. 第三节 矿井气候 (6) 地面空气温度的变化 地面气温对井下气温有直接影响，尤其是较浅的矿井，矿内空气温度受地面气温的影响更为显著。 (7) 地下水的作用 矿井地层中如果有高温热泉，或有热水涌出时，能使地温升高，相反，若地下水活动强烈，则地温降低。 (８) 其它因素 如机械运转以及人体散热等都对井下气温有一定影响。特别是随着机械化程度的不断提高，机械运转所产生的热量不能忽视。

33. 第三节 矿井气候 • 2)．矿内空气温度的变化规律 在进风路线上矿内空气的温度与地面气温相比，有冬暖夏凉的现象。 回采工作面的气温在整个风流路线上，一般是最高的区段。 在回风路线上，因通风强度大，水分蒸发吸热，气流向上流动而膨胀降温，使气温略有下降，但基本上常年变化不大。

34. 第三节 矿井气候 2.湿球温度 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，比干球温度要合理些。 在相同干球温度下，若湿球温度低，则相对湿度小，反之，湿球温度与气温相接近，则相对湿度大。但这个指标仍没有反映风速对人体热平衡的影响。

35. 第三节 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25～36℃时，等效温度和湿球温度基本上呈线性，两者有同样的意义。因为 V ↓ hv ↓ p，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。

36. 第三节 矿井气候 4 .同感温度 也称有效温度，1923年由美国采暖工程师协会提出的。这个指标是通过实验，凭受试者对环境的感觉而得出的同感温度计算图。t、V、Φ，记下感受， V=0、Φ=100%，调节T‘，感受相同； 它反应t、V、Φ对人体影响， T越高，人舒适越差； t=25℃，t’=23 ℃, V=1.5m/s; T‘=18℃

37. 第三节 矿井气候 5.卡他度 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。为了测出温度、湿度和风速三者的综合作用效果， K d=41.868F/t W/m2 湿卡他度（Kw）：是在卡他计贮液球上包裹上一层湿纱布时测得的卡他度，其实测和计算方法完全与干卡他度相同。

38. 第三节 矿井气候 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。1982年国务院颁布的《矿山安全条例》第53条规定，矿井空气最高容许干球温度为28℃。 2006年《规程》102条规定： • 进风井口以下的空气温度(干)必须在2℃以上。 • 生产采掘工作面空气温度不得超过26℃，超过30℃时，必须停止作业； • 机电设备峒室空气温度不得超过30℃，超过34℃必须停止作业。

39. 第三节 矿井气候 国外： 俄罗斯：同感温度≤ 26℃， Φ<90%； ≤25℃， Φ>90%； 德国：同感温度≤25℃， 允许值；25<te≤29℃，限作业6小时 美国：同感温度 ≤32℃， 允许值；te>32℃，禁止作业；

40. 本章习题 1-3 1-5 1-8

41. 谢谢 本章内容结束