矿井气候环境及检测

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1、1,第一章 矿井气候环境与检测,2,引子,1.石油大学的学生如何看待采矿专业？ 2.采矿的学生如何看待石油开采？ 3.煤炭资源有多宝贵？ 181.35600=6480元 4.煤炭企业的贡献有多大？ 100400=40000万元=4亿元 5.谁能阻挡煤炭企业的前进步伐？,3,通风安全学的产生,1.我们需要什么样的空气？ 2.我们需要多少风量？ 3.如何产生这些风量？ 4.如何使这些风量合理分配到各用风地点？,我们需要解决的问题是：,4,学习中需要注意的几个问题,一、该课程的学习的重点和难点 空气流动基本理论、通风阻力和动力、通风网络风量分配与调节、通风系统设计 二、该课程学时分配 总共52学时，

2、计划课内48学时，实验4学时 三、成绩评定 平时成绩占20%，考试占80%。,5,主要参考书,1.矿井通风技术与发展张友谊主编 煤炭工业出版社 2.通风安全学张国枢主编 中国矿业大学出版社 3.矿井通风与安全吴中立主编 中国矿大出版社 4.煤矿安全规程,6,目录,第1章 矿井气候环境与检测 第2章 矿井空气流动基本原理 第3章 井巷通风阻力与技术管理 第4章 矿井通风动力与技术管理 第5章 矿井通风风量分配与调节 第6章 矿井通风系统 第7章 矿井通风系统设计 第8章 矿井空调技术概论,7,本章需要解决的问题,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地

3、区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,1.我们需要什么样的空气？ 2.矿井中哪些气体有害？他们是从哪儿来的？对他们的控制要求是什么？ 3.相对于低海拔地区矿井，高海拔矿井具有哪些特殊的气候特点？ 4.矿井有害气体的检测方法及检测原理是什么？如何对有害气体进行有效管理？ 5.如何评价矿井气候条件？,8,1.1 矿井空气成分,定义：地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。 1.1.1、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。,1矿井气候环境与

4、检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,9,1.1 矿井空气成分,干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下： 气体成分 按体积计 按质量计 备注 氧气（ O2 ） 20.96 23.32 惰性稀有气体氦、 氮气（N2） 79.0 76.71 氖、氩、氪、 二氧化碳（CO2）0.04 0.06 氙等计在氮气中 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。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的

5、检测与管理 1.5矿井气候条件,1.1.2、井下空气成分的生成 物理变化 气体混入瓦斯、二氧化碳和硫化氢等气体从地层中涌出到井下空气中。 固体混入井下各种作业所产生的微小的岩尘、煤尘和其他杂尘浮游在井下空气之中。 气象变化主要是由于井下空气的温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度的变化。,10,1.1 矿井空气成分,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,化学变化 井下一切物质(煤、岩石、坑木、等)的缓慢氧化、爆破工作、火区氧化(指采空区的煤炭被空气氧化而逐渐起火的自燃现象

6、和人员的呼吸等都会产生二氧化碳； 井下的爆破工作、火区氧化和机械润滑油高温分解等都能产生一氧化碳； 井下火区氧化和含硫煤的水解都能产生硫化氢； 井下火区氧化和含硫煤的缓慢氧化都产生二氧化硫； 井下爆破工作能产生氧化氮(NO2及N2O5)； 井下充电硐室的电解能产生氢；井下火区氧化能产生氨(NH3)。,11,1.1 矿井空气成分,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,就煤矿而言，井下空气的成分种类共有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、NO2 (或N2O5)、H2、N

7、H3、水蒸气和浮尘十二种。 在上述成分中，氧是井下人员呼吸所必需的，必须保持足够的浓度，其余九种(水蒸气除外)气体和浮尘，超过一定浓度时，对人体都是有害的。这九种气体又名为广义的矿井瓦斯，而狭义的矿井瓦斯则专指CH4。CH4是煤矿井下普遍存在的气体，在一定浓度范围内，具有爆炸性。所以，CH4是煤矿井下最危险的气体。,12,1.1 矿井空气成分,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,13,1.1 矿井空气成分,1.1.3、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、

8、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矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,14,1.1 矿井空气成分,1.1.3.1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。 人体需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-

9、40 1.2-2.6 重 劳 动 40-60 1.8-2.4 极重劳动 40-80 2.5-3.1,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,15,1.1 矿井空气成分,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。 矿井空气中氧浓度降低的主要原因有： 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； 此外，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。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的

10、构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,16,1.1 矿井空气成分,1.1.3.2二氧化碳(CO2) 二氧化碳不助燃，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。 矿井空气中二氧化碳的主要来源是：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。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿

11、井气候条件,17,1.1 矿井空气成分,1.1.3.3氮气(N2) 氮气是一种惰性气体，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。 矿井空气中氮气主要来源是：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。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,18,1.1 矿井空气成分,1.1.4、矿井空气主要成分的质量(浓度)

12、标准 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。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,19,1.2 矿井空气中的有害气体,空气中常见有害气体：CO、NO2、SO2 、NH3 、H2 1.2.1、矿井空气中常见有害气体 1.2.1.、一氧化碳（CO） 一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为0.97，微

13、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1375范围内时有爆炸的危险。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,20,1.2 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250300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%，510分钟

14、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。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,21,1.2 矿井空气中的有害气体,1.2.1.2、硫化氢（H2S） 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 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，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4.345

15、.5时有爆炸危险。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,22,1.2 矿井空气中的有害气体,硫化氢主要危害： 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。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.

16、5矿井气候条件,23,1.2 矿井空气中的有害气体,1.2.1.、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。0.01%出现严重中毒。 主要来源：井下爆破工作。,1矿井气候环境与检测 1.1矿井空气的构成 1.2矿井空气中有害气体 1.3高海拔地区矿井气候的特点 1.4矿井有害气体的检测与管理 1.5矿井气候条件,24,1.2 矿井空气中的有害气体,1.2.1.4、二氧化硫（SO2） 二氧化硫无色、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。,