矿井空气安徽理工.ppt

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1、安徽理工大学能源与安全学院安全工程系,通 风 安 全 学第一章 矿井空气,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,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。,第一章 矿井空气,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

2、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。,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。,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

3、气消耗量（L/min）休 息 6-15 0.20.4 轻 劳 动 中度劳动 重 劳 动 极重劳动,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。,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。,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，

4、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。,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

5、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。,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。,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、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

6、烧，当空气中一氧化碳浓度在1375范围内时有爆炸的危险。,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。,第二节 矿井空气中的有害气体,CO中毒症状与浓度的关系,、硫化氢（H2S）性质：硫化氢无色、微甜、有

7、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4.345.5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。,第二节 矿井空气中的有害气体,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。,第

8、二节 矿井空气中的有害气体,、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。,第二节 矿井空气中的有害气体,中毒症状与浓度关系表,第二节 矿井空气中的有害气体,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

9、 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,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100200，主要危害：当空气中氢气浓度为474时有爆炸危险。主要来源：井下蓄电池充电时可放出氢气；

10、有些中等变质的煤层中也有氢气涌出、或煤氧化。,第二节 矿井空气中的有害气体,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。,二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准,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,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。,第三节 矿井气候,人体热平衡关

11、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；,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qch0，人体温度降低，qch0 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，

12、凉衣服干得快。,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1520。,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。,第三节 矿井气候,不同深度处的岩层温度可按式计算：tt0+G(ZZ0)式中：t0恒温带处岩层的

13、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.,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0.80.9。(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。,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

14、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。,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。()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

15、机械化程度的不断提高，机械运转所产生的热量不能忽视。,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。,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。,第三节 矿井气候,3.等效温度 等效温度

16、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2536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。,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、，记下感受，V=0、=100%，调节T，感受相同；它反应t、V、对人体影响，T越高，人舒适越差；t=25，t=23,V=1.5m/s;T=18,第三节 矿

17、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。,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。,第三节 矿井气候,国外：俄罗斯：同感温度 26，90%；德国：同感温度25，允许值；2532，禁止作业；,本章习题,1-31-51-8,谢谢,本章内容结束,