| 礦井通風與安全
主講人: 王兵建
能源科學與工程學院
3987944
1、課程重要性
煤炭資源在中國能源結構中的地位
從1949年到1994年，原煤產(chǎn)量由3200萬噸增至11.8億噸。近幾年來，由于國民經(jīng)濟增長對煤、電、氣等能源的強勁需求，出現(xiàn)了少見的煤炭供應緊張的局面，致使煤炭產(chǎn)量連年上升，2002年全國煤炭產(chǎn)量近14億噸（13.93億噸），2003年17.36億噸的產(chǎn)量已經(jīng)超過了原先規(guī)劃中
我國煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀
中國已有6000年以上的悠久用煤史，已知的關于煤炭事故的最早記載是萬歷十九年(公元1591年)春三月發(fā)生在甘肅靖遠的一起煤井火災事故，當場就燒死三人，造成“手足俱碎”的慘狀。
礦井通風的任務及作用
▲風——供給井下人員呼吸，保障井下作業(yè)人員的身體健康和生命安全；
▲風——稀釋和排除井下各種有害氣體和礦塵，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；
平頂山某礦“9.7”重大高氮缺氧窒息事故 1982年9月7日平頂山某礦戊8-179綜采面正在安裝，當時礦井為壓入 式通風，該采面下行通風，且為無煤柱開采。因主要通風機軸承發(fā)熱，停風13min后，造成一起嚴重的高氮缺氧窒息事故，上區(qū)段采空區(qū)從小絞車窩涌出的高氮氣體，使工作面23人其中9人窒息死亡，14人經(jīng)搶救得救。
▲風——防止瓦斯、煤塵爆炸；
義馬某礦“1.25”特大瓦斯爆炸事故 義馬某礦屬低沼礦井，1997年1月25日該礦11101綜采工作面正在進行維修電焊作業(yè)，東風井突然停電（8min）停風，來電后，送電送風時發(fā)生瓦斯爆炸，造成該工作面的31人全部遇難。
平頂山韓莊某礦“8.25”特大瓦斯爆炸事故 1999年8月25日平頂山韓莊某礦，因欠電費供電局所屬變電站拉閘，全礦停電11min，來電送風后（1 min左右）井下發(fā)生瓦斯爆炸，死亡55人。
▲風——以風治火，防治自燃火災；
▲風——災變時控制風流，防止事故擴大，搶救遇險遇難人員。
1976年8月13日鄭煤集團（原新密礦務局）某煤礦下山采區(qū)51031煤巷掘進工作面8點班上班后，一工人拿起煤電鉆打眼，當拉動電鉆電纜時，因電纜明接頭引起短路著火。工人一見著火，惟恐瓦斯爆炸，根本沒有滅火意識，紛紛逃命。從而使小電纜引燃大電纜（開關無短路保護），而后引燃了支架，濃煙向上通過繞巷風門（因運料打開未關）進入上山運輸巷及上山采區(qū)上部采煤工作面以及大巷北石門巖巷掘進頭，共有129人受到傷害，93人死亡，36人嚴重受傷或致殘。
▲風——治理煤礦瓦斯、煤塵、火災的基礎
▲排除全礦井瓦斯量的80%～90%；
▲排除回采工作面瓦斯量的70%～80%；
▲排除裝有抑塵裝置回采工作面的粉塵量的：20%～30%；
▲排除深井回采工作面熱量的60%～70%；
▲供給礦井的新鮮空氣的質量約為礦井采煤量的5-18倍。 由此可見，礦井通風在煤礦生產(chǎn)過程中的地位，是礦井不可缺少的重要環(huán)節(jié)。風是煤礦井工開采的命脈，礦井通風技術是解決煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)問題的基本措施之一。
礦井通風與安全
一、學習該課程的目的
二、該課程的學習方法(聽課+復習+作業(yè)+實驗+實踐)
三、該課程的學習的重點和難點
空氣流動基本理論、通風阻力和動力、礦井瓦斯、火災、粉塵和水災
四、成績評定
平時成績占20%，考試占80%
五、主要參考書
1. 張國樞主編《通風安全學》(修訂版) 中國礦業(yè)大學出版社
2.《礦井通風與安全》吳中立 主編 中國礦大出版社
3．《煤礦安全規(guī)程》
4．張國樞編著，《礦井實用通風技術》，煤炭工業(yè)出版社，1992年12月
5．王省身 張國樞編著，《礦井火災防治》，中國礦業(yè)大學出版社 1989年9月
6．俞啟香 編著，《礦井瓦斯防治》，中國礦業(yè)大學出版社 1990年4月
7．張國樞，戴廣龍著，《煤炭自燃理論與防治實踐》，煤炭工業(yè)出版社，2002年3月
六、目 錄 及 學 時 分 配
第一章 礦井空氣
本章重點：
1、空氣成分；
2、礦井有害氣體、來源及最高允許濃度；
3、礦井氣候條件
第一章 礦井空氣
利用機械或自然通風動力，使地面空氣進入井下，并在井巷中作定向和定量地流動，最后排出礦井的全過程稱為礦井通風。
目的、主要任務—保證礦井空氣的質量符合要求。
第一 節(jié) 礦井空氣成份
定義：地面空氣進入礦井以后即稱為礦井空氣。
一、地面空氣的組成
地面空氣是由干空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。
干空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。干空氣的組成成分比較穩(wěn)定，其主要成分如下。
濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會引起濕空氣的物理性質和狀態(tài)變化。
氣體成分 按體積計／％ 按質量計／％ 備 注
氧氣（O2） 20.96 23.32 惰性稀有氣體氦、
氮氣（N2） 79.0 76.71 氖、氬、氪、
二氧化碳（CO2） 0.04 0.06 氙等計在氮氣中
二、礦井空氣的主要成分及基本性質
地面空氣進入井下時，由于受到污染，其成分和性質要發(fā)生變化。固有新鮮空氣和污濁空所之分。
新鮮空氣：井巷中用風地點以前、受污染程度較輕的進風巷道內(nèi)的空氣；
污濁空氣：通過用風地點以后、受污染程度較重的回風巷道內(nèi)的空氣；
盡管礦井空氣與地面空氣相比，在性質上存在許多差異，但在新鮮空氣中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。
1．氧氣(O2)
氧氣是維持人體正常生理機能所需要的氣體,人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決于人的體質、精神狀態(tài)和勞動強度等。
人體輸氧量與勞動強度的關系
勞動強度 呼吸空氣量（L/min） 氧氣消耗量（L/min）
休 息 6-15 0.2－0.4
輕 勞 動 20-25 0.6-1.0
中度勞動 30-40 1.2-2.6
重 勞 動 40-60 1.8-2.4
極重勞動 40-80 2.5-3.1
2．二氧化碳(CO2)
二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。
礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機物的氧化；人員呼吸；碳酸性巖石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。
3．氮氣(N2)
氮氣是一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因為氮氣具有的惰性，因此可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。
礦井空氣中氮氣主要來源是：井下爆破和生物的腐爛，有些煤巖層中也有氮氣涌出,滅火人為注氮。
三、礦井空氣主要成分的質量（濃度）標準
采掘工作面進風流中的氧氣濃度不得低于20％；二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風流中不得超過0.75％；當采掘工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5％或采區(qū)、采掘工作面回風道風流中二氧化碳濃度超過1.5％時，必須停工處理。
礦井污濁空氣
大氣流入巷道時發(fā)生的主要變化：
溫度升高、濕度增加、氧氣含量減少和混入有害氣體－－窒息的，有毒的或爆炸的瓦斯（沼氣、氮、CO，H2S），有害水蒸氣和礦塵。
礦井空氣污濁的程度依賴于：
有機礦物和圍巖的瓦斯含量
巷道內(nèi)的風速
巷道的長度
有機礦物和巖石吸氧與氧化的程度
生產(chǎn)過程的性質
污濁的礦井空氣的組成－－大氣、活躍性瓦斯和窒息性空氣
活躍性瓦斯是指在巷道中涌出的或生成的、同時混入礦井空氣中的有毒的和爆炸性的瓦斯。
窒息性空氣－－含有過量N和CO2的混合物，完全失去了部分氧氣的空氣，無毒，對人體不起劇烈作用，但使人的呼吸和燈火的燃燒發(fā)生困難。
第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體
空氣中常見有害氣體：CO、NO2、SO2 、NH3 、H2 。
一、基本性性質
１、一氧化碳（CO）
一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內(nèi)時有爆炸的危險。
主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進入人體后，首先就與血液中的血紅素相結合，因而減少了血紅素與氧結合的機會，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。0 .08%，40分鐘引起頭痛眩暈和惡心，0.32%，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。
主要來源：爆破；礦井火災；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。
２、硫化氫（H2S）硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當空氣中濃度達到0.0001％即可嗅到，但當濃度較高時，因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶于水，在常溫、常壓下一個體積的水可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時有爆炸危險。
主要危害：硫化氫劇毒，有強烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當空氣中硫化氫濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。0.005~0.01%，1~2小時后出現(xiàn)眼及呼吸道刺激，0.015~0.02%
主要來源：有機物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區(qū)和舊巷積水中放出。
３、二氧化氮（NO2）二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強烈的刺激氣味，相對密度為1.59，易溶于水。
主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蝕性很強的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強烈的刺激及腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現(xiàn)黃色斑點。0.01%出現(xiàn)嚴重中毒。主要來源：井下爆破工作。
4.二氧化硫(SO2)
二氧化硫無色、有強烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達到0.0005％即可嗅到。其相對密度為2.22，易溶于水。
主要危害：遇水后生成硫酸，對眼睛及呼吸系統(tǒng)粘膜有強烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當濃度達到 0.002％時，眼及呼吸器官即感到有強烈的刺激；濃度達0.05％時，短時間內(nèi)即有致命危險。
主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中涌出。
5.氨氣(NH3)
無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶于水，。空氣濃度中達30％時有爆炸危險。
主要危害：氨氣對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。
主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；部分巖層中也有氨氣涌出。
6.氫氣(H2)
無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點燃溫度比沼氣低100～200℃，
主要危害：當空氣中氫氣濃度為4～74％時有爆炸危險。
主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質的煤層中也有氫氣涌出、或煤氧化。
二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準
礦井空氣中有害氣體對井下作業(yè)人員的生命安全危害極大，因此，《規(guī)程》對常見有害氣體的安全標準做了明確的規(guī)定，
礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度
有害氣體名稱 符號 最高容許濃度/%
一氧化碳 CO 0.0024
氧化氮（折算成二氧化氮） NO2 0.00025
二氧化硫 SO2 0.0005
硫化氫 H2S 0.00066
氨 NH3 0.004
礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素。
空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。
相對濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。
風速：影響人體的對流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對流換熱強度隨風速而增大。同時濕交換效果也隨風速增大而加強。如有風的天氣，涼衣服干得快。
二、衡量礦井氣候條件的指標
1.干球溫度
干球溫度是我國現(xiàn)行的評價礦井氣候條件的指標之一。
特點：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單，使用方便。但這個指標只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。
2.濕球溫度
濕球溫度是可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。
3.等效溫度
等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎來評價礦井氣候條件的指標。
4 .同感溫度
同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國采暖工程師協(xié)會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環(huán)境的感覺而得出的同感溫度計算圖。
5.卡他度
卡他度是1916年由英國L.希爾等人提出的。卡他度用卡他計測定。
卡他度分為：干卡他度、濕卡他度
干卡他度：反映了氣溫和風速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測出溫度、濕度和風速三者的綜合作用效果，
K d=41.868F/t W/m2
濕卡他度（Kw）：是在卡他計貯液球上包裹上一層濕紗布時測得的卡他度，其實測和計算方法完全與干卡他度相同。
三、礦井氣候條件的安全標準
我國現(xiàn)行評價礦井氣候條件的指標是干球溫度。1982年國務院頒布的《礦山安全條例》第53條規(guī)定，礦井空氣最高容許干球溫度為28℃。
第一章 習題
作業(yè)：
1-3
1-5
1-8
其它習題自己做
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