第1章矿内空气知识分享

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1、安全工程学院,矿井通风与安全 Mine Ventilation and Safety,中国矿业大学多媒体教学课件,第1章 矿内空气,中国矿业大学多媒体教学课件,第1章 矿内空气,1.1 矿内空气成分及其基本性质 1.2 矿内空气的主要物理参数 1.3 矿井气候 ,学习目标、重点与难点,学习目标 1、矿内空气的主要成分 2、井下常见的有害气体 3、矿内空气的主要物理参数 4、矿井的气候条件，矿内空气的温度、湿度，风速，矿内气候参数的测定。 重点与难点 1、矿内空气主要成分及其性质 2、井下常见的有害气体、来源及最高允许浓度 3、矿井的气候条件（温度、湿度，风速）,风流,1.1 矿内空气成分及其基

2、本性质,1.1.1 矿内空气的主要成分 1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,1.1 矿内空气成分及其基本性质,1.1.1 矿内空气的主要成分 井下空气的主要来源是地面空气。地面空气是由多种气体组成的干空气和水蒸汽组合而成的混合气体。 通常状况下，干空气各组分的数量基本不变。在混合气体中，水蒸汽的浓度随地区和季节而变化，其平均浓度约为1 %；此外还含有尘埃和烟雾等杂质。,表1-1-1 干空气主要成分,1.1.1 矿内空气的主要成分,地面空气进入矿井以后，由于受到污染，其成分和性质要发生一系列的变化，如氧浓度降低，二氧化碳浓度增加。 一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内

3、的空气称为新鲜空气（新风）；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊空气（乏风）。 矿内空气主要成分除氧气（O2）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、水蒸汽（H2O）以外， 有时还混入一些有害气体，如瓦斯（CH4）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氨气（NH3）、氢气（H2）和矿尘等。,1.1.1 矿内空气的主要成分,（1） 氧气（O2） 氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体。人类在生命活动过程中，必须不断吸入氧气，呼出二氧化碳。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。 空气中氧的浓度对人的健康影

4、响很大。最有利于呼吸的氧浓度为21%左右；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。,人体需氧量与劳动强度的关系,当空气中氧浓度降低时，人体就可能产生不良生理反应，出现种种不适症状，严重时可能导致缺氧死亡。,人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系,（1） 氧气（O2）,矿内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 在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入，就可能引起人员的缺氧窒息。,煤矿安全规程规定，采掘工作面的进风流中氧气浓度（按体积百分比计算）不得低

5、于20%。 为此，必须对矿井进行不断的通风，将适量的新鲜空气源源不断地送到井下。这是矿井通风最基本的任务之一。,1.1.1 矿内空气的主要成分,（2）氮气（N2） 氮气是无色、无味、无臭的惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，对空气的相对密度为0.97，它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。 但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正因为氮气为惰性气体，因此又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：地面大气、井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。,1.1.1 矿内空气的主要成分,（3）二氧化碳（CO2） 二氧化碳是无色，略带酸臭

6、味的气体，比重为1.52，是一种较重的气体，很难与空气 均匀混合，故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不助然也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。 在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持。,二氧化碳对人呼吸的影响 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。,（3）二氧化碳（CO2）,1-3 二氧

7、化碳中毒症状与浓度的关系,矿井空气中二氧化碳的主要来源 煤和有机物的氧化；人员呼吸； 碳酸性岩石分解；炸药爆破； 煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。 此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然大量喷出，给矿井带来极大的危害。,（3）二氧化碳（CO2）,规程规定 采掘工作面的进风流中， CO2不超过0.5 %。 采区回风巷和采掘工作面回风巷回风流中二氧化碳浓度达到1.5 %时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。 总回风巷或一翼回风巷中，二氧化碳超过0.75 %时，必须查明原因，进行处理。,（3）二氧化碳（CO2）,1.1 矿内空气成分及其基本性质,

8、1.1.2 矿内空气中常见的有害气体 矿井常见的有害气体有一氧化碳、硫化氢、二氧化氮、二氧化硫、氨气、瓦斯等。下面分别介绍。,1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,（1）一氧化碳（CO） CO是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为0.97,微溶于水,能与空气均匀地混合。 CO能燃烧，浓度在1375%时有爆炸的危险； CO与人体血液中血红素的亲合力比氧大150300倍（血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞）。 一旦CO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”。,一氧化碳中毒症状与浓度的关系,（1）一氧

9、化碳（CO）,矿内CO的来源与允许浓度 空气中一氧化碳的主要来源有：矿内爆破作业、煤炭自燃及发生火灾或煤尘、瓦斯爆炸时都能产生一氧化碳 规程规定:矿内空气中CO浓度不得超过0.0024% 。,1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,（2）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。硫化氢对空气的相对密度为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4.3 %45.5 %时有爆炸危险。 硫化氢有剧毒，有强烈的刺

10、激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水肿；而且还能阻碍生物的氧化过程，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，腐蚀刺激作用往往不明显。硫化氢中毒症状与浓度的关系如表1-1-5所示。,表1-1-5 H2S中毒症状与浓度的关系,井下H2S的来源与允许浓度 井下空气中H2S的主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和废旧巷道积水中放出；我国有些矿区煤层中也有硫化氢涌出。 规程规定：井下空气中H2S含量不得超过0.00066 %。,（3）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

11、于水. 二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。 二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚持工作。但经过624小时后发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。 二氧化氮中毒症状与浓度的关系如表1-1-6所示。,二氧化氮中毒症状与浓度的关系,（3）二氧化氮（NO2）,二氧化氮的来源与允许浓度 矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破工作。 规程规定，氮氧化合物不得超过0.00025%。,1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,（4）二氧化硫（SO2） 二氧化硫为无色气体，具有强烈的硫磺气

12、味及酸味，对空气的相对密度为1.4337，易积聚在巷道底部，易溶于水。 二氧化硫与水后生成硫酸,对呼吸器官有腐蚀作用,使用喉咙和支气管发炎,呼吸麻痹,严重时引起肺病水肿, 当空气中含二氧化硫为0.0005%时,嗅觉器官能闻到刺激味。0.002%时,有强烈的刺激,可引起头痛和喉痛。0.05%时，引起急性支气管炎和肺水肿，短期间内即死亡。,（4）二氧化硫（SO2）,二氧化硫的来源与允许浓度 矿内含硫矿物氧化、燃烧及在含硫矿物中爆破都会产生二氧化硫，有时含硫矿层也涌出二氧化硫。 规程规定矿内空气中二氧化硫最高容许浓度为0.0005 %。,1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,（5）氨气（NH3） 氨

13、气为无色、有剧毒的气体，对空气的相对密度为0.59，易溶于水，对人体有毒害作用 规程规定，矿内最大容许浓度为0.004 %(3mg/m3)。但当其浓度达到0.0l %时就可嗅到其特殊臭味。氨气主要在矿内发生火灾或爆炸事故时产生。,1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,（6）瓦斯（CH4） 瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为0.55，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。 虽然无毒，但当浓度较高时，会引起窒息。不助燃，但在空气中具有一定浓度（516 %）并遇到高温（650750 ）时能引起爆炸。 规程规定，工作面进风流中CH4的浓度不能大于0.5 %

14、，采掘工作面和采区的回风流中CH4的浓度不能大于1.0 %，矿井和一翼的总回风流中，CH4最高容许浓度为0.75 %。,1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,（7）氢气（H2） 氢气无色无味，具有爆炸性，在矿井火灾或爆炸事故中和井下充电硐室均会产生，其最高容许浓度为0.5 %。,1.1.2 矿内空气中常见的有害气体,（8）其它有害物质 矿内空气除了上述有害气体外，还含有其他一些有害物质，如在采掘生产过程中所产生的煤和岩石的细微颗粒(统称为矿尘)。 矿尘对矿内空气的污染不容忽视，它对矿井生产和人体都有严重危害。煤尘能引起爆炸，粉尘特别是呼吸性粉尘能引起矿工尘肺病。因此规程对作业场所空气中粉尘（总

15、粉尘、呼吸性粉尘）浓度作了如表1-1-7的规定。,表1-1-7作业场所空气中粉尘浓度标准,1.2 矿内空气的主要物理参数,1.2.1 密度 1.2.2 比容 1.2.3 粘度 1.2.4 比热,1.2 矿内空气的主要物理参数,1.2.1 密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号表示。空气可以看作是均质气体，故： 式中 M空气的质量，kg ； V空气的体积，m3 ； 空气的密度，kgm3； 一般地说，当空气的温度和压力改变时，其体积会发生变化。所以空气的密度是随温度、压力而变化的，从而可以得出空气的密度是空间点坐标和时间的函数。 如在大气压P0为101 325Pa、气温为0(2731

16、5K)时，干空气的密度0为1293 kgm3。,湿空气的密度是1 m3空气中所含干空气质量和水蒸气质量之和： 式中 1m3湿空气中干空气的质量， kg ； 1m3湿空气中水蒸气的质量，kg,1.2.1 密度,由气体状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气的密度计算公式： 式中P空气的压力，Pa ； t空气的温度， ； Ps温度t时饱和水蒸气的分压，Pa ； 相对湿度，用数表示。,1.2 矿内空气的主要物理参数,1.2.2 比体积 空气的比体积是指单位质量空气所占有的体积，用符号 (m3/kg)表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式。则： 在矿井通风中，空气流经复杂的通风网络时，其温度和压力将会发生一系列的变化，这些变化都将引起空气密度的变化，在不同的矿井这种变化的规律是不同的。 在实际应用中，应考虑什么情况下可以忽略密度的这种变化，而在什么条件下又是不可忽略的。,1.2 矿内空气的主要物理参数,1.2.3 粘度 当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力（内摩