1矿井空气及气候条件.docx

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1、第一章 矿井空气及气候条件矿井生产过程中，必须持续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害气体和矿尘，创造良好矿井气候条件，确保井下作业人员的身体健康和劳动安全。第一节 矿井空气成分一、 地面空气地面空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，亦称为湿空气。干空气是指完全不含有水蒸气的空气，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，成分的数量基本不变。干空气成分的数量用体积浓度或质量浓度来表示，前者为某种气体的体积在干空气的总体积中所占的百分数；后者为某种气体的质量在干空气的总质量中所占的百分比。其主要成分如表1-

2、1所示。表1-1 干空气的组成成分表气体成分按体积计/%按质量计/%分子量氮气（N2）78.08875.52728.013氧气（O2）20.94923.14331.999二氧化碳（CO2）0.0300.04644.010其它气体0.9331.284备注：其它气体主要指的是氦、氖、氩、氪、氙等惰性稀有气体。工程计算中，干空气可近似地仅考虑氧气和氮气，组成按氧气（21%）、氮气（79%）来计算。干空气的物理参数如下：分子量 28.97气体常数 287.05 J/kg.K 空气密度（0，1atm） 1.293 kg/m3湿空气中含有水蒸气，其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。地面空气中，水

3、蒸气的浓度随地区和气候而变化，其体积浓度变化范围为04%。此外，实际空气中还含有微量的污染气体和尘埃。二、矿井空气的主要成分及其基本性质矿井空气主要来源于地面空气，虽然发生了一系列变化，但其主要成分仍然是氧气和氮气。1.氧气（O2）氧气是一种无色、无味的气体，相对于空气的比重为1.105，化学性质活泼，易使其它物质氧化，能助燃，是矿井火灾以及瓦斯、煤尘爆炸的必要条件。 氧气是人呼吸所必需的气体，人的生命主要是依靠吃进食物和不断吸入空气中的氧气，在体内进行新陈代谢来维持的。人对氧气的需要量取决于人的体质、精神状态和劳动强度等，人的需氧量与劳动强度的关系如表1-2所示。 表1-2 人体输氧量与劳动

4、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6150.20.4轻劳动20250.61.0中等劳动30401.22.6重劳动40601.82.4极重劳动40802.53.1空气中氧气浓度为21%左右对人的呼吸最为有利。空气中氧气浓度的降低会影响人的健康，甚至危及生命。空气中氧气浓度降低对人体的影响见表1-3。表1-3 人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系氧浓度（体积）%主要症状1715101269静止时无影响，工作时能引起喘息和呼吸困难呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力降低，失去劳动能力失去理智，时间稍长有生命危险失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内可能导致死亡矿

5、井中由于有害气体的涌出、物质氧化、人员呼吸等消耗氧气，会导致井下空气中氧气浓度降低。在通风不良或停风的巷道，氧气的浓度可以降低到5%以下，冒然进入会导致窒息死亡，我国煤矿每年都发生多起因缺氧造成的窒息死亡事故。另一方面，对于井下瓦斯积聚区域或采空区，不可盲目送入空气，否则，会使之达到瓦斯爆炸的条件或引发煤炭自燃。考虑到井下作业，体力劳动强度较大，金属非金属矿山安全规程(GBl64232006) (以后简称规程)规定：井下采掘工作面进风流中的空气成分 (按体积计算)，氧气不低于20，二氧化碳不高于05。工作地点按照人数计算风量时，每人每分钟不得低于4m3。2.氮气氮气是一种无色、无味、无毒的气体

6、，相对于空气的比重为0.97；化学性质稳定，一般不与其它物质起反应，在矿井生产中常被当作惰性气体用来灭火或惰化采空区。正常情况下，空气中的氮气对人体无害，但是在井下有限空间里，当空气中氮气浓度过高时，将相对降低氧气浓度而使人缺氧窒息。导致矿井空气中氮气浓度增大的原因主要有：氧气的消耗，则氮气的浓度会相对增加。从煤层或围岩中涌出氮气。在矿井防灭火中人为注氮，惰化采空区时泄漏的氮气。炸药爆破以及含氮有机物的腐烂等产生一定量的氮气。由于氮气无毒，实际中可以通过检测氧气的浓度来防止氮气的危害。三、空气进入矿井后发生的变化地面空气进入矿井后，由于受到井巷围岩、生产活动以及矿岩中涌出气体的作用，空气的成分

7、和状态会发生相应的变化：（一）混入了有害气体和矿尘1爆破时所产生的炮烟 炸药在井下爆炸后，产生大量的有害气体，种类和数量与炸药的性质、爆炸条件与介质有关。在一般情况下，产生的主要成分大部分为一氧化碳和氮氧化合物。1kg 炸药爆破能产生的有毒气体相当于1020L的二氧化氮。 2柴油机工作时产生的废气 柴油机的废气成分很复杂，它是柴油在高温高压下燃烧时所产生的各种有毒有害气体的混合体。一般情况下有氮氧化物，含氧碳氢化合物、低碳氧化合物、油烟等，但其中的主要成分为氧化氮，一氧化碳，醛类和油烟等，柴油机排放的废气量由于受各种因素的影响，变化较大，往往会恶化井下空气。 3硫化矿物的氧化 在开采高硫矿床时

8、，由于硫化矿物缓慢氧化除产生大量的热外，还会产生二氧化硫和硫化氢气体，如 FeS2+2H2OFe(OH)2+H2S十S CaS+H2O+CO2CaCO3+H2S Fe7S8+O27FeS+SO2 在含硫矿岩中进行爆破工作，或硫化矿尘爆炸以及坑木腐烂和硫化矿物水解，都会产生硫化气体(SO2，H2S)。 4井下火灾 当井下失火引起坑木、油料、电缆等燃烧时，会产生大量一氧化碳，可知人中毒死亡。在煤矿中瓦斯和煤尘爆炸产生的大量一氧化碳，是造成重大死亡事故的主要原因。 （二）氧气浓度降低，主要原因是：1有害气体的析出会冲淡氧气的浓度。2井下物质氧化、人员呼吸等消耗氧气。3井下火灾、爆炸等灾害会消耗大量氧

9、气。 （三）矿井空气的温度、湿度等状态参数发生了变化。 由于井巷围岩散热、氧化、人员、机电设备散热及水分蒸发等原因，会使井下空气温度升高，湿度增加，空气的其它状态参数也会发生相应变化。地面空气进入矿井以后发生了一系列的变化，我们将流动在矿井井巷及井下工作地点的空气称为矿井空气。相对于地面空气，在成份和性质上变化不大的矿井空气称为新鲜空气，简称新风，如进风井巷中的空气。把流经采掘工作面及硐室等工作地点或受到井下矿尘和有害气体污染的，在成份和性质上变化较大的矿井空气称为污浊空气，简称污风或乏风，如回风井巷中的空气。通常以用风地点为界，将用风地点以前的风流称为新鲜空气，或进风流；将用风地点以后的风流

10、称为污浊空气，或回风流。第二节 矿井空气中常见有害气体一、常见有害气体及其允许标准金属矿山井下常见的对安全生产威胁较大的有毒气体有:一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)，此外还有矿尘和氡气及其子体。 1一氧化碳CO 一氧化碳是无色、无味、无臭的气体，对空气的比重为0.97，能均匀地散布于空气中，不用特殊仪器不易察觉，一般化学性质不活泼，但浓度在1375时能引起爆炸。极毒，当空气中的一氧化碳浓度为04时，在很短时间内人就会失去知觉，抢救不及时就会中毒死亡。日常生活中的 “煤气中毒”就是一氧化碳中毒。人在静止状态下，当一氧化碳浓度达到0016时，无征兆或有轻微

11、征兆；达到0048时，轻微中毒，1h内出现耳鸣、心跳、头昏、头痛；达到0128时，严重中毒， 051h内出现头痛、耳鸣、心跳、四肢无力、哭闹、呕吐等。2氮氧化物氮氧化物是炸药爆炸时产生的大量一氧化氮和二氧化氮，一氧化氮极不稳定，遇空气中的氧即转化为二氧化氮。二氧化氮是一种褐红色有强烈窒息性的气体，对空气比重为157，易溶于水，而生成腐蚀性很强的硝酸。它对人的眼、鼻、呼吸道及肺部组织有强烈腐蚀破坏作用，对人体危害最大的是破坏肺部组织，引起肺水肿。二氧化氮中毒后有较长的潜伏期，初期没有什么感觉(经过412h甚至24h以后才发生中毒症兆)，即使在危险的浓度下，初期也只是感觉呼吸道受刺激，开始咳嗽吐黄

12、痰，呼吸困难，以至很快死亡。当空气中二氧化氮浓度为0004时，24h还不会引起中毒现象；当浓度为0006时，就会咳嗽，胸部发痛；当浓度为001时，短时间内对呼吸器官就有很强烈的刺激作用，会导致咳嗽、呕吐、神经麻木；当浓度为0025时，很快使人中毒死亡。3二氧化硫SO2二氧化硫是无色但有强烈硫磺味的气体，易溶于水，对空气比重为22，常存在于巷道底部，对眼睛有强烈刺激作用。当空气中含二氧化硫为00005时，嗅觉器官能闻到刺激味；当浓度为0002时，有强烈刺激，可引起头痛和喉痛；当浓度为005时，引起急性支气管炎和肺水肿，短时间内即死亡。4硫化氢H2S硫化氢是无色有臭鸡蛋味的气体，对空气比重119，

13、易溶于水，常积存于巷道的积水中。能燃烧，当浓度达到6时，具有爆炸性。有很强的毒性，能使血液中毒，对眼睛粘膜及呼吸道有强烈的刺激作用。当空气中的硫化氢浓度达到001时，人能嗅到气味，并会流唾液，流鼻涕；当浓度为005时，经过05-1h，就能引起严重中毒；当浓度为01时，在短时间内就有生命危险。5浮扬粉尘矿井粉尘对人的健康有危害，硫化矿尘可引起人的皮肤发炎；铅、砷、汞尘进人人体会引起中毒；当人体长期吸人含游离二氧化硅(Si02)的矿尘时，会导致矽肺病。矿尘中游离二氧化硅含量越高，对人体危害越大。一般金属非金属矿山游离二氧化硅含量在30-70，也有高达90以上的。 井下作业地点有害物质的最高允许浓度

14、规定为：一氧化碳，30mgm3；氮氧化物(换算为二氧化氮(N02)，5mgm3；二氧化硫，15mgm3；硫化氢，10mgm3；含游离二氧化硅10以上的粉尘(石英、石英岩等)，2mgm3；石棉粉尘及含石棉10的粉尘，2mgm3；含游离二氧化硅10以下的滑石粉尘， 4mgm3。6.氡气（Rn）氡气是一种无色、无味的气体，对空气的比重为7.7，半衰期3.8d，能溶于水和有机溶剂，在油脂中地溶解度为水的125倍。氡是惰性气体，一般不参与化学反应。矿内空气中的氡主要来源于： (1)由矿岩壁析出的氡； (2)爆破崩落的矿石析出的氡； (3)地下水析出的氡； (4)地面空气中的氡随人风风流进入井下。 在一些

15、老的矿山，由于开采面积较大，崩落区多，采空区中积累的氡有时也会成为氡的主要来源。氡及其子体（氡在衰变过程中所产生的中间产物）是放射性元素，在蜕变过程中会产生一定量的、射线，对人体有辐射危害。吸入这些含氡空气，氡及其子体易沉积在呼吸道上，对呼吸道及肺组织会造成的辐射危害。 氡及其子体对人体的危害是有条件的，这些条件就是： (1)空气中氡及其子体要超过一定浓度； (2)氡及其子体能进人人体内； (3)人体在接受上述浓度的氡及其子体要超过一定的时间。放射卫生防护基本标准规定，矿山井下作业地点氡在空气中的最大允许浓度为3.7kBqm3；氡子体的潜能值不超过6.4Jm3。二、矿井有害气体的检测方法概述矿

16、井有害气体检测是防止有害气体危害的前提，也是矿井通风安全测量的重要内容。检测的目的是掌握矿井有害气体的规律及其浓度，确定其是否符合规定。若不符合规定要求，则必须采取措施进行处理。另外，通过气体检测还可以分析通风质量，检查漏风，预测井下煤炭自燃及分析火区状态等。这里只对有害气体的检测方法进行概述。矿山有害气体检测有化验室分析、现场测试两种方式。1化验室分析 采用气相色谱仪、红外光谱仪等设备对采集的气样进行测定分析，可以准确检测井下空气的各种成分，一般用于全面分析测定气体成分或者检测微量气体。2现场测试 用便携式检测仪器到井下检测地点进行测定。金属矿山常用的是检定管快速检测法和数字式便携检测仪检测

17、法。检定管检测法。检定管是内部装有吸附了化学试剂的颗粒状指示胶的玻璃管。测定不同气体的检定管，其指示胶吸附的化学试剂不同。测定时，用吸气装置在一定时间内定量地抽取被测气样，并流经检定管，当含有被测气体的空气以通过检定管时，被测气体与吸附的化学试剂发生化学反应，使指示胶改变颜色。根据检定管内指示剂变色的程度或变色的长度来确定气体的浓度。前者称为比色式，后者称为比长式。由于比色式检定管存在颜色不易辨认，定量测定准确性差等缺点，目前主要采用比长式检定管。检定管法一般用于测定化学活泼性高的气体，测定速度快，方法简单。矿山常用的检定管有一氧化碳、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、氨气、氢气和氧气，常

18、用的规格如表1-4。表1-4 矿山常用检定管的规格检定管名称型号测量范围/%采样体积/ml送气时间/s颜色变化一氧化碳一型二型三型四型0.0005-0.0050.001-0.050.01-0.50.2-5100505050200100100100白色棕色二氧化碳A型B型0.05-2.50.5-155050100100蓝色白色硫化氢一型二型0.0001-0.010.001-0.1100100100100白色褐色二氧化硫85型0.0001-0.01550100紫色土黄二氧化氮79型0.0001-0.0155025白色绿色氧气86型1-213060白色褐色数字式便携检测仪检测法。根据被测气体的物理、

19、化学特性制成敏感元件，将被测气体的浓度大小转换到电信号上，以数字形式显示出来。数字式便携检测仪操作方便，可以实现连续检测，并有超限报警功能，但应注意环境及其它气体的影响。常用的有单一气体检测仪（如瓦斯检测仪、氧气检测仪、一氧化碳检测仪、二氧化碳检测仪等）和多种气体检测仪（如瓦斯、氧气、一氧化碳复合检测仪）。氡气检测。氡及其子体的测量方法很多，测氡主要有静电计法、活性碳浓缩法、闪烁室法、双滤膜法等。测氡子体方法有季夫格劳三点法、托马斯三段法、马兹等的谱仪法、马尔科夫法和部分计数法等。常用仪器为氡气检测仪。三、防止矿井有害气体危害的基本措施加强检查监测是防止井下有害气体危害的前提，在此基础上，防止

20、有害气体危害的技术措施有：1加强通风。矿井通风是保证井下风流质量的基本措施，对于防治矿井有害气体的作用为稀释排出有害气体，使之符合规程要求。生产井巷必须有足够的风速，防止有害气体积聚。合理可靠的通风系统可以控制有害气体的漏出。2对于放炮作业等产生的有害气体，应加强喷雾洒水和湿式作业，使有害气体溶解在水中。水炮泥对减少放炮产生二氧化氮等有害气体有很显著的效果。对于有二氧化碳涌出时，若在水中加入适量的石灰或一些药剂，效果会更好。3井下通风不良的地区或不通风的巷道，应该及时封闭或设置栅栏，并挂上“禁止入内”等明显标志，以防人员误入发生缺氧窒息事故。对于采空区或废弃巷道要及时密闭，防止有害气体涌出及发

21、生其他灾害。4加强对含氡矿井水、水仓的管理，凡有大量含氡污水涌出的巷道要设置排水沟并加盖板。井下污水仓要加盖板，同时要有专门的回风系统。含有氡的污水，不得在井下地面循环使用。防止有害气体危害，是矿井通风安全工作的主要任务。第三节 矿井气候条件一、矿井气候条件及其对人体热平衡的影响矿井气候条件是指矿井空气温度、湿度、大气压力和风速等参数所反映的综合状态，反映的是人体对井下环境的热感受。人不论在休息或在工作时，身体不断地产生热量和散失热量，以保持热平衡，人体产生热量的多少取决于体质、年龄和劳动强度的大小。劳动强度越大，产生热量越多，成年人进行轻微劳动时每小时产生的热量约为500KJ，进行繁重劳动时

22、每小时产生的热量约为1100KJ。人体产生热量的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需要，其余部分必须通过散热的方式排出体外。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形式进行的，呼吸和排泄也散发少量的热。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周围环境的温度；蒸发散热主要取决于周围空气的相对湿度，人体每蒸发1克汗液，可以散热2.42KJ。当空气的温度达到人的皮肤温度（3334）时，出汗蒸发几乎成为人体唯一的散热方式。即工作环境的温度、湿度和风速三者的综合状态决定着人体的散热条件。三者在一定的范围内，人体能够依靠自身的调节机能，使散热量

23、和产热量之间保持相对平衡，体温保持在36.537之间，维持人的正常生理活动。在井下生产的劳动强度情况下，比较适宜的空气温度为20左右，风速为1m/s左右。此条件适合人体的对流和辐射散热，人的感觉会比较舒适。空气温度超过25将不利于劳动状态下人体的散热。空气的湿度决定着蒸发的效果。湿度低于30%，属于干燥空气，蒸发过快，会感到干燥；湿度高于80%，属于高湿空气，蒸发困难；湿度达到100%，蒸发停止，人体感觉适宜的湿度为5060%。井下环境中，空气的湿度难以调节，往往是通过温度和风速的合理调节给工作环境创造一个比较舒适的工作气候条件，这也是矿井通风的一个基本任务。 当矿井气候条件不能满足人体的产热

24、和散热的平衡时，则会对人体产生危害。比如，寒冷地区，气温低、风速大的环境，潮湿空气会带走人体过多的热量，人体就会发冷，甚至感冒。而高温、高湿的空气，会使人感到闷热。当温湿度过高的时候，会使人体的对流和辐射和蒸发散热大大减低，人体的热量不能及时散出，甚至超过人体的热承受能力，会给人体健康和矿井安全生产带来危害即所谓的矿井热害。 矿井高温热环境的危害主要表现在人长时间处在高温热环境中生理调节机能将发生障碍，出现体温升高，代谢紊乱，心跳加快，心律失常，血压升高等现象，甚至虚脱中暑，严重时可导致昏迷或死亡。高温高湿的作业环境中会使作业人员精神烦躁、疲惫乏力、精力不集中，增加了事故的发生率。影响着作业人

25、员劳动生产效率。易引发其它灾害，如增大瓦斯涌出量，煤层自然着火危险性增加等。规程对矿井气候的规定为：采掘作业地点的气象条件应符合下表（表1-5）7的规定，否则，应采取降温或其他防护措施。表1-5 采掘作业地点气象条件规定 干球温度 相对湿度 风速m/s 备 注 28 不规定 0510 上限 26 不规定 0305 至适 18 不规定 03增加工作服保暖量另外， 进风井巷冬季的空气温度，应高于2；低于2时，应有暖风设施。不应采用明火直接加热进入矿井的空气。有放射性的矿山，不应利用老窿(巷)预热和降温。二、矿井的气候特征1矿井空气的温度 空气温度是影响矿井气候最敏感的因素，矿内风流的气温，除机电硐

26、室外允许在226的范围内变化，超出此范围就得采取加热和降温措施。1）井下空气温度的变化主要受下列因素的影响：地面空气温度 矿井空气来自地面，地面空气温度对井下气温有直接的影响。尤其在冬、夏两季和开采深度较浅的矿井，影响较为显著。冬季地面空气温度很低，冷空气流入矿井后，使井下气温降低。夏季地面空气温度很高，热空气进入井下后，使井下气温升高，如南方地区有的矿井的井下或工作面每年有12个月处在高温热害之中。昼夜温差也会对井下产生影响。对于开采深度大的矿井，由于受到围岩温度的调节作用，地面气温对进风段影响较大，而对采区及回风区域的空气温度变化影响较小。围岩温度岩石温度对井下空气温度有很大影响。井巷围岩

27、向风流的传热主要取决于围岩与风流之间的温度差和传热系数的大小。在地面以下，一般在25 30米深度的地带，岩石的温度基本上是常年恒定，这一地带被称为恒温带。恒温带的岩石温度近似为该地区的年平均温度。在恒温带以上，岩石温度随地面气候而改变，在恒温带以下，岩石温度随深度的增加而升高，岩层温度增加1时所增加的垂直深度（m）叫地温率。各地区的地温增加率是有所差异的，在含煤地层中地温率一般为3035米/。根据但温带的温度与地温率就可以计算出不同深度地层的温度。 1-1式中 t 深度为Z米处的岩层温度，； t恒 恒温带的岩层温度，； Z恒 恒温带深度，m； g温 地温率，m/。井巷围岩向风流的传热主要取决于

28、围岩与风流之间的温度差和传热系数的大小。例如矿井深度不大，岩石温度不太高时，冬季冷空气进入井下，将从岩石吸取热量，使空气温度升高；而在夏季则相反，故井下有冬暖夏凉的感觉。即围岩对空气的温度具有一定的调节作用。这种作用在进风区域比较明显，随通风路线的增长，风流温度变化趋于稳定下。一般深井热害主要是由于岩温引起的，有的矿井岩石温度已达40以上。 机电设备散热 井下机电设备所消耗的能量均可转换为热能，使风流温度升高。机电设备散热主要是在机电设备比较集中的生产巷道、采掘工作面以机电硐室。但是，提升及排水机械用于增加位能的那部分功率不转化为热。 地下热水 矿井地层中如有高温热泉或有地热水涌出时，能使地下

29、岩层温度升高，或直接向风流散热；相反，若低温的地下水活动强烈，则地下岩层温度降低。空气的压缩与膨胀 当空气沿井筒向下流动时，因空气受到压缩作用而产生热量，一般垂深每增加100m，其温度升高1左右；相反，空气向上流动时，则因膨胀作用而降温，平均每升高100m，温度下降0.80.9。水分蒸发吸热矿井通风的过程可以带走井下大量的水蒸气，矿井水分的不断蒸发，将从空气中吸收热量，使空气温度降低。每蒸发1kg水可吸收2.5kJ的热量，能使1m3空气的温度降低1.9。其他热源 主要有井下煤炭等氧化生热、风流的摩擦热及人体散热等。2）井下空气温度的变化规律根据以上热源的综合作用，井下风流温度的变化大致有以下规

30、律：在进风区段(是指从进风井、进风石门、进风大巷直到采区入口的通风路线) 风流温度主要受到地面气温、围岩温度、空气自压缩、水分蒸发等因素影响。冬季井巷围岩向风流散热，风流温度逐渐升高；夏季与冬季的情况相反，风流温度逐渐降低。因此，在进风路线上，矿井空气温度随四季而变，和地表气温相比较，有冬暖夏凉的现象，影响比较明显的范围取决于通风强度，围岩的散热条件等。风流到达采区时地面气温的影响已不明显，巷道风温基本达到稳定。采区段（是指从采区入口、进风巷、采掘工作面、回风巷到采区出口的通风路线） 采区是矿井的生产区域，机电设备多，原岩及采落煤岩放热量大，人员劳动强度大，放热多，以及爆破工作、矿岩氧化生热等

31、，对风流起着加热作用，气温逐渐升高，一般到采掘工作面风流达到最高温度。到采区回风巷，由于围岩散热已趋稳定，加之漏风等，风流温度会有所下降。回风段（是指从采区出口、回风大巷、回风井到风硐的通风路线），由于围岩散热比较稳定，加之矿井漏风，风流向上流动体积膨胀等，使风流温度比采区有所降低。这一区段热源较少，主要是风流摩擦，水蒸气凝结热等。风流温度分布比较恒定，而且常年变化较小。矿井风流温度分布及变化规律如图1-3-1所示。图1-1矿井风流温度分布及变化规律2矿井空气湿度1）空气湿度的表示方法 空气湿度是指空气中所合的水蒸汽量多少而言，空气中含的水蒸汽量越多则湿度越大。表示空气湿度的方法有多种如绝对湿

32、度、相对湿度、含湿量、露点温度等，这里介绍绝对湿度和相对湿度： 绝对湿度 单位体积的湿空气中所含水蒸汽质量，用符号v表示： 1-2 式中 Mv 水蒸气的质量，kg V 空气的体积，m3。 在一定的温度和压力下，单位体积空气所能容纳的水蒸气量是有极限的，超过这一极限值，多余的水蒸气就会凝结出来。这种含有极限值水蒸气的湿空气叫饱和空气，其含有的水蒸气量叫饱和湿度，用s表示。饱和湿度是确定值，可以查表得出。相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸气量(v)与其同温度下的饱和水蒸气含量(s)之比的百分数可用下式表示： 1-3 相对湿度的大小反映了空气接近饱和的程度。值小表示空气干燥，吸收水分的能力强；反

33、之，值大则空气潮湿，吸收水分能力弱。=0，即为干空气；=l即为饱和空气。例如：甲地：空气温度t = 18， rv 0.0107 Kg/m3；乙地：空气温度t = 30， rv 0.0154 Kg/m3，试求两地的相对湿度。解：查表得，当t为18， rs 0.0154 Kg/m3；当t为30 ， rs 0.03037 Kg/m3。 甲地： rvrs0.7 70 % 乙地： rvrs0.5151 %乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强，更利于蒸发散热。水分向空气中蒸发的快慢和相对湿度直接有关，所以，矿井气候条件中指的是相对湿度。对于不饱和空气随温度的下降其相对湿

34、度逐渐增大，冷却达到=100%时的温度称为露点。再继续冷却，空气中的水蒸气就会因过饱和而凝结成水。反之，当空气温度升高时，空气的相对湿度将会减小。例题：某矿井风量为6000m3/min，进风口空气相对湿度为30%，温度为12；出风井口空气相对湿度为100%，温度为22。试求一昼夜由矿井风流带出的水量。解：由进风流温度12，可查得空气的饱和湿度为s0.010 kg/m3 ，则空气的绝对湿度为：v= s0.003 kg/m3 ；同理求得矿井出风流绝对湿度为0.0193 kg/m3。则一昼夜由矿井风流带出的水量为： 6000 (0.0193- 0.003) 60 24 = 140832 Kg/d =

35、 140.8（t/d）即矿井风流每天从井下排出140.8吨水。 3风速矿井风速的大小取决于巷道的段面积和流过风量的大小。一般，矿井的总进、总回风巷道由于风量集中，风速往往比较大；而采区巷道，风量比较分散，风速较小。风速过大，会使人员感觉不舒适，通风阻力大，还会吹气矿尘，污染作业环境；风速过小，不利于散热，且容易造成有害气体积聚。因此，井巷风速必须在规定的合理范围，如表1-6。表1-6 井巷断面平均最高风速规定 井巷名称 最高风速ms 专用风井，专用总进、回风道 专用物料提升井 风桥 提升人员和物料的井筒，中段的主要进、回风道，修理中的井筒，主要斜坡道 运输巷道，采区进风道 采场 15 12 1

36、0 8 6 4由于矿井空气有粘性以及流动中与巷道壁面的摩擦作用，使得巷道断面上风速的分布是不均匀的，巷道断面中间的风速大，越靠近巷道的边壁风速越小。一般讲巷道风速指的是巷道断面的平均风速。三、衡量矿井气候条件的指标矿井气候条件是由温度、湿度和风速三者的综合作用所决定的，要找到一项能够完全准确地反映矿井气候条件适宜程度的指标是很困难的。长期以来，人们提出了多种指标用来衡量气候条件，主要有干球温度、湿球温度、同感温度、卡他度等。此外还有四小时出汗量、比冷力、热强指标等，这里仅介绍前几种指标。1.干球温度干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的主要指标。一般来说，由于矿井空气的相对湿度变化不大，所以干

37、球温度能在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。而且这个指标比较简单，使用方便。但这个指标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中湿度和风速对人体热平衡的综合作用，因而存在较大的局限性。2.湿球温度在相同的气温(干球温度)下，若湿球温度较低，则相对湿度较小；反之，若湿球温度与气温相接近，则相对湿度较大。因此用湿球温度这个指标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。但这个指标仍没有反映风速对人体热平衡的影响。3.同感温度同感温度(也称有效温度)是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。实验时，他们先将三个

38、受试者置于一个温度为t相对湿度为、风速为v的已知环境里，并记下他们的感受；然后让他们到另一个温度(用t1表示)可调，相对湿度为100，风速为0的环境里，通过调节温度 t1使他们的感受与第一个环境相同，那么则称t1为第一个环境的同感温度。这个指标可以反映出温度、湿度和风速这三者对人体热平衡的综合作用。显然，同感温度越高，人体舒适感就越差。根据上述一系列实验，可以绘制出同感温度计算图，如图1.3所示。利用该图，只要测知空气的干球温度、湿球温度和风速，即可查得被测环境的同感温度。同感温度的优点是同时考虑了干球温度、湿球温度和风速的综合作用。例如三个工作地点的气候参数分别为：温度17.7，相对湿度10

39、0，风速0ms；湿度22.4，相对湿度70，风速0.5ms；湿度25，相对湿度20，风速2.5 ms。通过查图1.3，可得它们的同感温度温度都是17.7。即有同样的散热效果。图1-3 同感温度计算图同感温度是以人的主观感受为基础确定的，其客观性和准确性存在不足。例题：测得某一采煤工作面风流的干球温度为25，湿球温度为23，风速为1.5 m/s，求其同感温度。解 在图l.3的左右温度标尺线上分别找出25和23两点A、B，并连成虚直线，该直线与风速为15m/s的风速曲线相交，由此交点，即可从同感温度标尺上查得同感温度为18.3。4.卡他度卡他度是1916年由英国L.希尔等人提出的。卡他度用卡他计测

40、定。卡他计是一种酒精温度计，如图1.4所示。卡他计下端有一个比普通温度计大的贮液球，上端有一个小空腔，玻璃管上只有35和38两个刻度，这两个温度的平均值恰好等于人体的正常体温(36.5)。测定时，先把贮液球置于热水中加热，当酒精柱上升至小空腔的一半时取出，擦干贮液球表面水分，然后将其悬挂于待测空气中，此时由于液球散热，酒精柱开始下降，用秒表记下从38降到35所需时间t，即可用下式求得干卡他度Kd。图1-4 卡他计 1-4式中 F卡他常数，每只卡他计玻璃管上都标有F值。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。为测出温度、湿度和风速三者的综合作用效果，需要采用湿卡他度K

41、w。湿卡他度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。对高温、高湿矿井用湿卡他度来衡量矿井气候条件比干卡他度更合适。根据研究，不同劳动强度时较适宜的卡他度值如表1-11所列。表1-11 不同劳动强度时适宜的卡他度值劳动强度干卡他度Kd湿卡他度Kw坐或轻劳动618中等劳动825重劳动1030卡他计的设计者是想利用贮液球来模拟人体的散热效果，并取1卡他度等于1.868W/m2，即相当于每小时从l m2的表面积上散失掉150.7KJ的热量，而成年男子的体表面积约等于1.7m 2，所以1卡他度就约等于每小时从体内散发掉256.2kJ的热量。作为一个评价矿井气

42、候条件的指标，卡他度比用一个单一的温度指标要好一些。但与人体相比，它的尺寸太小，其散热效果和人体有很大的差别，有的研究资料表明，空气对卡他计的冷却能力是空气对人体冷却能力的两至三倍。虽然有很多学者都试图从量上来描述卡他度同人体生理反应间的关系，但都没有得到满意的结果。四、井下气候条件的改善改善井下气候条件的目的是将井下特别是采掘工作面的空气温度、湿度和风速调配得当，以创造良好的劳动环境，保证矿工的身心健康。1.空气的预热冬季气温较低，为保护矿工的身体健康和防止进风井筒、井底结冰造成提升、运输事故，必须对空气预先加热。通常采用的预热方法是使用蒸气或水暖设备，将一部分风量预热，并使其进入井筒与冷空

43、气混合，以使混合后的空气温度不低于2。还有采用地温预热空气的方法。 利用地温预热应注意以下事项： (1)具有大量废旧巷道和采空区的矿山，可充分利用采空区和废旧巷道进行预热，采空区具有预热面积大，风速低，预热效果好的优点。但有放射性的矿山，采空区的氡及其子体的浓度较高，不能利用废旧巷道和采空区进行预热，以免人井新鲜风流受到含氡及其子体的空气污染。 (2)对新建矿山，投产初期可采取临时措施，进行预热，在上部中段部分巷道和采空区废弃后，可调整为地温预热巷道。 (3)所选预热井巷应尽量成并联网路，以降低通风阻力，增强预热效果。并联分支的风量以不超过20m3s为宜。 (4) 为提高预热效果，所选预热巷道

44、的岩石温度越高越好，因此，在条件允许时，应选距地表深的中段巷道。 (5) 全矿通风系统采用压人式通风时，主扇可兼作预热风机。但主扇的风压要能克服全矿通风系统的通风阻力和预热巷道的附加通风阻力。主扇风量应加大10-20。 (6)预热巷道使用前，应对巷道的粉尘进行清洗。 (7)预热巷道经过冬季冷却后，散失大量热能。为了保持巷道的预热效果，在夏季应封闭与主风路的联络道，开动预热风机，使地表热空气进入预热巷道，使岩体温度增高。春、秋季停止预热风机，封闭预热巷道。 2.降温目前采用的降温手段和方法有：1）通风降温。建立合理的通风系统，尽量避开或减少进风路线的热源，缩短进风路线；提高矿井进风量，加大巷道和

45、采掘工作面的风速以改善气候条件。2）制冷降温。使用机械制冷设备强制制冷来降低工作面气温。目前机械制冷方法有三种：地面集中制冷机制冷；井下集中制冷机制冷；井下移动式冷冻机制冷。此外还有利用低温岩层降温、地层恒温水降温、制冰降温、压气降温等技术已在部分矿井应用或研究。3.加强空气湿度控制实践表明，井巷内滴水，能使矿内湿度增至9095。一般应该防止井巷内的滴水。井筒内有淋水时，可在含水层下部修筑积水圈等设施。为防止巷道内滴水，可在滴水处设置挡水板，减少风流与滴水的直接接触，减少水分的蒸发。尽量减少进风流的尘源，从而减少喷雾洒水等增湿环节。减少排水系统的蒸发，及时清除积水，防止水沟敞开和管道泄漏等。20