矿井空气

矿井气候:矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。

矿井空气的降温与加热

随着开采浓度的不断增大，机械化程度日益提高，井下热害愈来愈严重，必须采取空气的降温措施。

北方冬季寒冷矿区，必须采取加热措施，防止井筒结冰而造成提井、运输事故。

微小气候对人体热调节的影响。

1.温度:气温对人体热调节起着主要作用;

2.湿度:湿度大、汗液蒸发困难、人体散热困难，容易导致人体热平衡破坏。

3.风速:空气温度低于人体，风速大，散热量愈多，空气温度高于人体时，人体获得对流热。

4.辐射:影响人体辐射散热的是人体周围物体的表面温度，当周围物体，表面温度高于人体时，人体就得到辐射热。

微气候对人体散热的影响

影响井下气温的因素

影响井下气温变化的主要因素有:1.矿井进风温度;2.井下风流的压缩和膨胀。3.机电设备散热。4.氧化放热;5.人体散热、散湿;6.地下热水散热。7.围岩与井下空气的热交换。

适应于不同作业的卡它度

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进行的。

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。

人体热平衡关系式:

qm-qw=qd+qz+qf+qch

qm--人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量;

qW--人体用于做功而消耗的热量，qm-qw人体排出的多余热量;

qd--人体对流散热量，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，可正，可负;

qch--人体由热量转化而没有排出体外的能量;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qch>0，人体温度降低， qch<0

矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素。

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:影响人体的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，凉衣服干得快。

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:在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。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对人体热平衡的综合作用。

2、湿球温度 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.等效温度 等效温度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。

4、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同感温度计算图。

5、卡他度 卡他度是1916年由英国L.希尔等人提出的。卡他度用卡他计测定。 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/m 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。

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℃。

来自地面的新鲜空气和井下产生的有害气体和浮尘的总称

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

矿井空气中常见有害气体:一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、氨气(NH3)、氢气(H2)等。

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。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。 干空气的组成成分表

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。

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。 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。

人体输氧量与劳动强度的关系

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。

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。

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。

三、矿井空气主要成分的质量(浓度)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、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13~75%范围内时有爆炸的危险。

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250~300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%，5~10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。

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。

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。0.005~0.01%，1~2小时后出现眼及呼吸道刺激，0.015~0.02%

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。

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。

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。

5、氨气(NH3)

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:氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。

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)

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100~200℃，

主要危害:当空气中氢气浓度为4~74%时有爆炸危险。

主要来源:井下蓄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。

矿井空气中有害气体的安全浓度标准

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，《煤矿安全规程》对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。

地面空气是我们居住的地球表面包围着的地面大气，它由干空气和水蒸气组成的混合气体，在正常情况下干空气由下列几种成分组成:

气体名称体积浓度

氮(N2)78.13%

氧(O2)20.90%

二氧化碳(CO2)0.03%

氩(Ar)0.93%

其它0.01%

地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成份和浓度发生改变。

1、 物理变化:

气体混入:矿层中含有瓦斯、二氧化碳等气体，矿井在生产过程中这些气体便混入井下空气中。

固体混入:井下各作业环节所产生的岩、粉尘和其它微小杂尘混入井下空气中。

气象变化:由于井下温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。

2、 化学变化:

井下一切物质的缓慢氧化、爆破工作、火区氧化等这些变化均对井下空气产生影响。

经过上述的物理、化学变化井下空气同地面空气相比较发生了较大变化，成分增多、浓度发生变化、氧浓度相对减少。井下空气的成分种类共有:O2、N2、CH4、CO、CO2、H2S、SO2、H2、NH3、NO2、水蒸气和浮尘十二种。但由于各矿条件不同，各矿的井下空气成分种类和浓度都不相同。

井下空气的主要成分:

一、氧(O2)氧气的性质:是一种无色、无味、无臭的气体，它对空气的比重是1.11，其化学性质很活泼，可以和所有的气体相化合，氧能助燃，氧是人和动物新陈代谢不可缺少的物质，没有氧气人就不能生存。氧气对人影响见下表:

《金属非金属矿山安全规程》对矿井空气的规定:

1、井下采掘工作面进风流中的空气成分(按体积计算)，氧气应不低于20%，二氧化碳应不高于0.5%;

2、入风井巷和采掘工作面的风源含尘量，应不超过0.5mg/m3;

3、井下作业地点的空气中，有害物质的接触限值应不超过GBZ 2的规定;

井下空气由于受矿井生产的物理、化学变化的影响,使井下空气中存在一些有毒有害气体:

一、一氧化碳(CO)

1、性质:

一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体,它对空气的比重为0.97,微溶于水。在一般温度与压力下,一氧化碳的化学性质不活泼,但浓度达到13%--75%时遇火能引起爆炸。

一氧化碳之所以毒性很强是因为它对人体内血红球所含的血色素的亲和力比氧大250--300倍。因此,一氧化碳吸入人体后就阻碍了氧和血色素的正常结合,使人体各部分组织和细胞缺氧,引起窒息和中毒死亡。

2、一氧化碳的浓度与中毒程度的关系:

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中一氧化碳的浓度不得超过30mg/m3。

3、井下一氧化碳地来源:

(1)、爆破时产生的炮烟;

(2)、柴油机的尾气;

(3)、煤层自燃、页岩气等;

二、硫化氢气体(H2S)

1、性质:

硫化氢气体是一种无色微甜,有臭鸡蛋气味的气体,它对空气的比重为1.19,易溶于水,能燃烧,当浓度达4.3%--46%时还具有爆炸性。有很强大的毒性，能使血液中毒，对眼睛粘膜及呼吸道有强烈的刺激作用。

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中硫化氢的浓度不得超过10mg/m3。

2、当空气中的硫化氢气体浓度达到0.01%时，人能嗅到气味，并会流唾液、流鼻涕;当浓度为0.05%时，经过0.5~1小时，就能引起严重中毒;当浓度为0.1%时，在短时间内就有生命危险。

3、井下来源:

(1)、坑木析腐烂。

(2)、含硫矿物(如:黄铁矿、石膏等)遇水分解。

(3)、从采空区废旧巷道涌出或煤围岩中放出。

(4)、爆破时产生的炮烟。

三、二氧化硫(SO2)

1、性质:

二氧化硫是一种无色具有强烈硫黄燃烧味的气体，它对空气的比重为2.2，易溶于水。常存在于巷道底部，它对眼睛和呼吸器官有强烈刺激作用。

2、当空气中含二氧化硫为0.0005%时，嗅觉器官能闻到刺激性气味;当浓度为0.002%时，有强烈刺激性气味，可引起头疼和喉痛;当浓度为0.05%时，能引起急性支气管炎和肺水肿，短时间内即死亡。

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中二氧化硫的浓度不得超过15mg/m3。

3、井下来源:

(1)、含硫矿物的自燃或缓慢氧化。

(2)、从煤围岩中放出。

(3)、在硫矿物中爆破生成。

四、二氧化氮(NO2)

1、 性质:二氧化氮为红褐色气体,它对空气的比重为1.57,极易溶于水,对眼睛鼻腔、呼吸道及肺部有强烈的刺激作用,二氧化氮与水结合生成硝酸,因此对肺部组织起腐蚀破坏作用,可以引起肺部浮肿。

2、二氧化氮的浓度与中毒程度关系:

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中二氧化氮的浓度不得超过5mg/m3

井下来源:

主要是放炮产生。

五、氨气(NH3)

1、性质:氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.596，易溶于水，空气中浓度达到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。

2、氨气的主要来源是:爆破工作;煤岩层中涌出、用水灭火等。

六、氢气(H2)

1、性质:氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能燃烧，其点燃温度比甲烷低100~200℃，当 空气中氢气浓度为4%~74%时有爆炸危险。

2、空气中氢气的主要来源是:井下蓄电池充电时放出氢气;有些中等变质的煤层中也有氢气涌出。

七、《煤矿安全规程》对有害气体规定

1、加强通风。适当增加风量,把这些有害气体排出或冲淡到《煤矿安全规程》规定的安全浓度以下,是常用也是有效防止井下有害气体危害的最根本的措施。

2、加强检查,用各种瞧骷嗍泳赂髦钟泻宓亩以便及时采取相应的措施。

3、如果某种有害气体的含量较大可采取抽放措施。如瓦斯抽放。

4、井下通风不良的地区或不通风的旧巷道内积聚大量的有害气体。故在这些旧巷口要设栅栏,挂警标,防止他人误入。如果必须进入,需要详细检查各种有害气体方可进入。

5、若有人由于缺氧窒息或呼吸有毒有害气体中毒时立即将中毒者移到有新鲜空气的巷道或地面并进行人工呼吸(NO2、H2S中毒除外)施行急救。