第一章矿井空气第一章矿井空气矿井通风是保障矿井安全的员主要技术手段之一。在矿井生产过程中，必须源源不断 地 将地面空气输送到井下各个作业地点，以供给人员呼吸，并稀释和排除井下各种有毒、有 害 气体和矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。这种 利 用机械或自然通风为动力，使地面空气进入井下，并在井巷中做定向和定量地流动最后 将 污浊空气诽出矿井的全过程就称为矿井通风。因此，矿井通风的首要任务就是要保证矿井 空 气的质量符合要求。为此，本章将着重阐述矿井空气的主要成分，井下各种常见的有害气体，矿井空气的 安 全标准以及矿井气候条件等主要问题，为进一步学习矿井通风的基本理论奠定基础。 第一节第一节 矿井空气成分矿井空气成分 地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。矿井空气由于受到井下各种自然因素和生产 过程的影响，其与地面空气在成分和质量上有着程度不同的区别。一、地面空气的组成地面空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，通常称为湿空气。干空气是指完全不合有水蒸气的空气，它是由氧、氯、二氧化碳、氢、氖和其他 气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如表 111 所示湿空气中仅含有少量的水蒸气，但其含量的变化台引起湿空气的物理性质和状态发生 变化。二、矿井空气的主要成分及基本性质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；混人各种有毒、有害气体和矿尘；空气的状态参数(温度、湿度、 压 力等)发生改变等。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 的 空气，称为新鲜空气；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷谊内的空气，称为污 浊空 尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分 仍 然是氧、氯和二氧化碳。1.氧气(02)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。一般情况下，人体需氧量与劳动强度的关系如表 112 所示。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。人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系如表 113 所示。造成矿井空气中氧浓度降低的主要原国有：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。所以，在井下通风不良的地点，空气中的氧浓度可能显著降低，如果不经 检查 而贸然进人，就可能引起人员的缺氧窒息。缺氧窒息是造成矿井人员伤亡的原因之一。2二氯化碳(CO：)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(与空气的相对密 度 为 152)，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。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的。二氧化碳对人体的呼吸中枢神经 有刺激作用，如果空气中完全不合有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持。所以 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，以刺激调难者的呼吸 机 能。但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。空气中二氧化碳对人体的危害程度 与 浓度的关系如表 114 所示。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。此外，有的煤层和岩层中也能长期连续地放出二 氧化 碳，有的甚至能与煤岩助一起突然大量喷出，绘矿井带来极大的危害。例如吉林省营城煤 矿 五井，曾在 1975 年 6 月发生过一起二氧化碳和岩石突出的事故，突出岩石 1005t，二氧化 碳 11000m3。3免气(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 空气中若疯气浓度升高，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。矿井空气中疯气主要来源是；并下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。三、矿井空气主要成分的质量(浓度)标准出于矿井空气质量对人员健康和矿井安全有着重要的影响，所以煤矿安全规程(以 下 简称规程对矿井空气主要成分(氧气、二氧化碳)的浓度标准做出了明确的规定；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 o。5；总回 风流中二氧化碳浓度不得超过 o75；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到 15或采 区、 采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过 15时，必须停工处理。第二节第二节 矿井空气中有害气体矿井空气中有害气体矿井中常见的有害气体主要有一氧化碳(co)、硫化氢(H 2s)、二氧化疯(N02)、二氧化 硫(s02)、氨气(NH3)、氢气(H3)等。这些有害气体对并下作业人员的生命安全和身体健康 危 害极大，必须引起高度的重视。本节将重点讨论矿井空气中常见有害气体的基本性质及安 全 标准。一、矿并空气中常见有宫气体的基本性质1氟化棱(凹)一氧化碳是一种无色、无味、无奥的气体，相对密度为 o97，微镕于水，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 13一 75时有爆炸的危险。一氧化碳与人体血液中血红京的亲合力比氧大 250 一 300 倍(血红家是人体血液中携带 氧气和排出二氧化碳的细胞)。一旦一氧化碳进人人体后，首先就与血液中的血红京相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红累失去输氧的功能，从面造成人体血液“窒息” 。所以，医学上又将一氧化碳称为血液窒息性气体。人体吸人一氧化碳后的中毒程度与空气 中 一氧化碳浓度和时间的关系如表 l21 所示。由于一氧化碳与血红家结合后，生成鲜红 色的碳氧血红素，故一氧化碳中毒最显著的特征是中毒者粘膜和皮肤均呈樱桃红色。空气中一氧化碳的主要来源有：井下爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘、瓦斯爆炸 事故等。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 ooo01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。硫化氢相对密度为 119易溶于水，在 常温、 常压下一个体积的水可溶解 25 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 43一 4L 5时有爆炸危险。硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用，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 122 所示。空气中硫化氢的主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空 区和 旧巷积水中放出；我国有些矿区煤层中也有硫化氢涌出3二乳化氮(N02)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 L 59，易溶于水。二氧化氯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，严重时可引起肺水钟。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 123 所示。 空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破工作 4氧化硫(肋 2)二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，当空气中二氧化硫浓度达到 ooo05 即可 嗅到。其相对密度为 223，在风速较小时，易积累于巷道的底部。二氧化硫易溶于 水，在常 温、常压下 1 个体积的水可镕解 4 个体积的二氧化硫。二氧化硫通水后生成硫酸，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。当空气中二氧化硫浓度达到 oo02时，吸及呼吸器官即感到有强烈的刺激， 浓度达到 o05时，短时间内即有生命危险。空气中二氧化硫的主要来源：含硫矿物的氧化与自燃；在含硫矿物中爆破，以及 从合硫矿层中涌出。5氨气(NH3) 氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，比重为 0.596，易镕于水，空气浓度中达 30 时有爆炸危险。氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。 空气中氨气的主要来源：爆破工作，用水灭火等部分岩层中也有氨气涌出。 6氢气(H2)氢气无色、无味、无毒，相对密度为 007。氢气能自燃，其点燃温度比甲烷低 100 一 200，当空气中氢气浓度为州一 74时有爆炸危险。空气中氢气的主要来源：井下蔷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。 二、矿并空气中有窖气体的安全滚度标准矿并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都做了明确的规定，其值如表 l24 所列。制定这些标淮时，都留 有较大的安全系数。如空气中凹浓度达 004 叫时一小时内才可出现轻微的中毒症状，而 规程规定 的船员高允许浓度为 0.0024，是其轻微中毒浓度的 120；再如 N02 浓度达 0.025 时， 中毒者在短时间内有死亡危险，而规程规定的 NO2 最高允许浓度为 0.00025 呢，是其危险中毒浓度的 1100。因此，只要我们能够严格遵守规程规定，不违章作业， 就完全可以避免有害气体对人体的侵害。 第三节第三节矿井气候矿井气候矿井气候是指矿井空气的温度、湿度和流速这三个参数的综合作用状态。这三个参数 的 不同组合，便构成了不同的矿中气候条件。矿井气候条件对井下作业人员的身体健康和劳 动 安全有重要的影响。一、矿井气候对人体热平衡的影响新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。人从食物中摄取营养，在体内进行缓樱氧 化 而生成热量，其中一部分用来维持人体自身的生理机能活动以及满足对外做功的霄要，其 余 部分必须通过散热的方式排出体外，才能保持人体正常的生理功能。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗浓蒸发这三种基本形式进 行的。对流散热主要取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于温度周围物体的 表 面；蒸发散热主要取决于周围空气的相对湿度和流速。在正常情况下，人体依赢自身的调 节qrg9gd 十 gl 十 g1 十 gd (131) 人体在新陈代谢过程中的产热量，取决于人体活动量的大小， 人体用于做功而消耗的热量，gIgv 为必须从体内排出的多余热量，它因人体 的活动强度不同而异；gd人体对流散热量。当空气温度低于人仍表四湿度时，9 为正，汉 z 为贝 i gI汗浓蒸发和呼出水蒸气所带出的热量； gf 一一人体与周围物体表而间的辐射换热量，gf 可能为正，也可能为负，?d由热量转化而来没有诽出体外的能量。