矿井通风

矿井通风MineVentilation采矿工程系一、教学内容：1、矿井空气主要成分及其基本性质、质量浓度标准、检测仪器与方法；2、矿井空气主要有害气体及其基本性质、质量浓度标准、检测仪器与方法、防止有害气体危害的措施；3、矿井气候条件标准、改善方法。二、重点难点：1、矿井空气主要有害气体的质量浓度标准；2、气体检测仪器与检测方法；3、防止有害气体危害的措施；4、矿井气候条件各参数的测定仪表及测定方法。三、教学要求：1、了解矿井空气各主要成分的基本性质；2、了解矿井气候条件的质量标准及改善办法；3、掌握矿井空气各主要成分的质量浓度标准、检测仪表及方法；4、掌握矿井气候条件各参数的测定仪表及方法。第一节矿井空气成分地面空气干空气新风污风或乏风地面空气从井筒进入井下就成了矿井空气，将发生一系列变化。主要有：氧气含量减少；有毒有害气体含量增加；粉尘浓度增大；空气的温度、湿度、压力等物理状态变化等。一、矿井空气的主要成分及其基本性质氧气（O2）无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为1.105。很活跃，易使多种元素氧化，能助燃。维持人体正常生理机能所不可缺少的气体。一般情况下，人在休息时的需氧量为0.2~0.4L/min；在工作时为1~3L/min。地面空气进入井下后，氧气浓度降低的主要原因有：人员呼吸；煤岩、坑木和其他有机物的缓慢氧化；爆破工作；井下火灾和瓦斯、煤尘爆炸；煤岩和生产中产生其他有害气体等。在井下盲巷、通风不良的巷道中或发生火灾、爆炸事故后，应特别注意对氧气浓度的检查，以防发生窒息事故。表1-1人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系氧气浓度（体积）/%人体主要症状171510~126~9静止状态无影响，工作时会感到喘息、呼吸困难和强烈心跳呼吸及心跳急促，无力进行劳动失去知觉，昏迷，有生命危险短时间内失去知觉，呼吸停止，可能导致死亡氮气（N2）无色、无味、无臭的惰性气体，相对密度为0.97，微溶于水，不助燃，无毒，不能供人呼吸。正常情况下对人体无害，但浓度增加时，会相应降低氧气浓度，人会因缺氧而窒息。井下废弃旧巷或封闭的采空区中有可能积存氮气。1982年9月7日，我国某矿因矿井主要通风机停风，井下采空区的氮气大量涌出，致使采煤工作面支架安装人员缺氧窒息，造成多人伤亡事故。矿井中的氮气主要来源于：井下爆破；有机物的腐烂；天然生成的氮气从煤岩中涌出等。二氧化碳（CO2）无色、略带酸臭味的气体，相对密度为1.52，不助燃也不能供人呼吸，略带毒性，易溶于水。对人体的呼吸有刺激作用，在为中毒或窒息的人员输氧时，常常要在氧气中加入5%的二氧化碳以促使患者加强呼吸。当空气中的二氧化碳浓度过高时，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也能造成人员中毒或窒息。二氧化碳比空气重，常常积聚在煤矿井下的巷道底板、水仓、溜煤眼、下山尽头、盲巷、采空区及通风不良处。矿井中二氧化碳的主要来源有：煤和有机物的氧化；人员呼吸；井下爆破；井下火灾；瓦斯、煤尘爆炸等。如我国某矿，曾在1975年6月发生过一起二氧化碳和岩石突出事故，突出二氧化碳11000m3。表1-2空气中二氧化碳浓度对人体的影响二氧化碳浓度（体积）/%人体主要症状1351010~2020~25呼吸加深，急促呼吸急促，心跳加快，头痛，很快疲劳呼吸困难，头痛，恶心，耳鸣头痛，头昏，呼吸困难，昏迷呼吸停顿，失去知觉，时间稍长会死亡短时间中毒死亡二、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准《煤矿安全规程》的规定主要如下：采掘工作面进风流中，按体积计算，氧气浓度不低于20%；二氧化碳浓度不超过0.5%。矿井总回风巷或一翼回风巷风流中，二氧化碳超过0.75%时，必须立即查明原因，进行处理。采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中二氧化碳超过1.5%时，采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时，都必须停止工作，撤出人员，进行处理。三、矿井空气主要成分的检测方法一、取样分析法二、快速测定法利用取样瓶或吸气球等容器提取井下空气式样，送往地面化验室进行分析。分析仪器多用气相色谱仪。特点：分析精度高，定性准确，分析速度快，一次进样可以同时完成多种气体的分析；但所需时间长，操作复杂，技术要求高。适用：一般用于井下火区成分检测或需精确测定空气成分的场合。利用便携式仪器在井下就地检测，快速测定，是目前普遍采用的测定方法。1、氧气浓度的快速测定方法（1）利用氧气检测仪检测（2）利用比长式氧气检测管检测详见本章第二节。2、二氧化碳浓度的快速检测方法主要使用光学瓦斯鉴定器，检查方法详见《煤矿安全》教材。AY—1B型氧气检测仪第二节矿井空气中的有害气体及其检测一、矿井空气中的有害气体及其基本性质（一）一氧化碳（CO）无色、无味、无臭的气体，相对密度0.97，微溶于水，能燃烧，当体积浓度达到13%~75%时遇火有爆炸性。一氧化碳有剧毒。人体血液中的血红素与一氧化碳的亲和力比它与氧气的亲和力大250~300倍。矿井中一氧化碳的主要来源有：爆破工作；矿井火灾；瓦斯及煤尘爆炸等。据统计，在煤矿发生的瓦斯爆炸、煤尘爆炸及火灾事故中，约70～75%的死亡人员都是因一氧化碳中毒所致。表1-3一氧化碳的中毒程度与浓度的关系一氧化碳浓度（体积）/%主要症状0.016数小时后有头痛、心跳、耳鸣等轻微中毒症状0.0481h可引起轻微中毒症状0.1280.5~1h引起意识迟钝、丧失行动能力等严重中毒症状0.40短时间失去知觉、抽筋、假死。30min内即可死亡（二）硫化氢（H2S）无色、微甜、略带臭鸡蛋味的气体，相对密度为1.19，易溶于水，当浓度达4.3%~46%时具有爆炸性。硫化氢有剧毒。它能使人体血液缺氧中毒，对眼睛及呼吸道的粘膜具有强烈的刺激作用，能引起鼻炎、气管炎和肺水肿。当空气中浓度达到0.0001%时可嗅到臭味，但当浓度较高时（0.005~0.01%），因嗅觉神经中毒麻痹，臭味“减弱”或“消失”，反而嗅不到。矿井中硫化氢的主要来源有：坑木等有机物腐烂；含硫矿物的水化；从老空区和旧巷积水中放出。1971年，我国某矿一上山掘进工作面曾发生一起老空区透水事故，人员撤出后，矿调度室主任和一名技术员去现场了解透水情况，被涌出的硫化氢熏倒致死。表1-4硫化氢的中毒程度与浓度的关系硫化氢浓度（体积）/%主要症状0.0001有强烈臭鸡蛋味0.01流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困难0.050.5~1h严重中毒，失去知觉、抽筋、瞳孔变大，甚至死亡0.1短时间内死亡（三）二氧化硫（SO2）无色、有强烈硫磺气味及酸味的气体，当空气中二氧化硫浓度达到0.0005%时即可嗅到刺激气味。它易溶于水，相对密度为2.32，常常积聚在井下巷道的底部。二氧化硫有剧毒。空气中的二氧化硫遇水后生成硫酸，对眼睛有刺激作用，矿工们将其称之为“瞎眼气体”。此外，也能对呼吸道的粘膜产生强烈的刺激作用，引起喉炎和肺水肿。矿井中二氧化硫的主要来源有：含硫矿物的氧化与燃烧；在含硫矿物中爆破；从含硫煤体中涌出。表1-5二氧化硫的中毒程度与浓度的关系二氧化硫浓度（体积）/%主要症状0.0005嗅到刺激性气味0.002头痛、眼睛红肿、流泪、喉痛0.05引起急性支气管炎和肺水肿，短时间内有生命危险（四）二氧化氮（NO2）红褐色气体，有强烈的刺激性气味，相对密度1.59，易溶于水。井下毒性最强的有害气体。它遇水后生成硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。二氧化氮的中毒有潜伏期，容易被人忽视。中毒初期仅是眼睛和喉咙有轻微的刺激症状，常不被注意，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚持工作，但经过6h甚至更长时间后才出现中毒征兆。主要特征是手指尖及皮肤出现黄色斑点，头发发黄，吐黄色痰液，发生肺水肿，引起呕吐甚至死亡。矿井中二氧化氮的主要来源是爆破工作。我国某矿1972年在煤层中掘进巷道时，工作面非常干燥，工人们放炮后立即迎着炮烟进入，结果因吸入炮烟过多，造成二氧化氮中毒，2名工人于次日死亡。表1-6二氧化氮的中毒程度与浓度的关系二氧化氮浓度（体积）/%主要症状0.0042~4h内不致显著中毒，6h后出现中毒症状，咳嗽0.006短时间内喉咙感到刺激、咳嗽，胸痛0.01强烈刺激呼吸器官，严重咳嗽，呕吐、腹泻，神经麻木0.025短时间即可致死（五）氨气（NH3）无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.6，易溶于水。当空气中的氨气浓度达到30%时遇火有爆炸性。氨气有剧毒。它对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿，严重时失去知觉，以致死亡。氨气主要是在矿井发生火灾或爆炸事故时产生。（六）氢气（H2）无色、无味、无毒，相对密度为0.07，是井下最轻的有害气体。空气中氢气浓度达到4%~74%时具有爆炸危险。井下氢气的主要来源是蓄电池充电。此外，矿井发生火灾和爆炸事故中也会产生。除了上述有害气体之外，矿井空气中最主要的有害气体是甲烷（CH4），又称沼气。它是一种具有窒息性和爆炸性的气体，对煤矿安全生产的威胁最大。在煤矿生产中，通常把以甲烷为主的这些有毒有害气体总称为瓦斯。二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准表1-7矿井空气中有害气体最高允许浓度有害气体名称符号最高允许浓度（%）一氧化碳CO0.0024氧化氮（换算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.004此外，《规程》还规定：井下充电硐室风流中以及局部积聚处的氢气浓度不得超过0.5%。三、有害气体的检测方法近年来，随着煤矿安全装备水平的不断提高，瓦斯监控系统的普遍应用，有害气体的检测手段也日趋完善，各大、中型矿井已经形成了人工定点、定时检测与自动监测相结合的检测体系。在人工检测方法中，除了取样分析法之外，目前使用最广泛的还是快速测定法。（一）瓦斯（CH4）的快速检测方法煤矿中用于检测瓦斯的仪器有光学瓦斯检定器、瓦斯检测报警仪、瓦斯断电仪等。（二）CO、NO2、H2S、SO2、NH3、H2的快速检测方法普遍采用比长式检测管法。它是根据待测气体同检测管中的指示粉发生化学反应后指示粉的变色长度来确定待测气体浓度的。下面以比长式CO检测管为例说明检测原理及检测方法。图1-2比长式CO检测管结构示意图1—堵塞物；2—活性炭；3—硅胶；4—消除剂；5—玻璃粉；6—指示粉表1-8我国煤矿用比长式气体检测管主要性能表检测管名称型号测量范围(体积比%)最小分辨率最小检测浓度颜色变化COⅠⅡⅢ(5~50)×10-6(10~500)×10-6(100~5000)×10-65×10-620×10-6200×10-65×10-610×10-6100×10-6白→棕褐色CO2ⅠⅡ0.2%~3.0%1%~15%0.2%1%0.1%0.5%蓝色→白色H2S1(3~100)×10-65×10-63×10-6白→棕色SO21(2.5~100)×10-65×10-62.5×10-6紫→土黄色NO21(1~50)×10-62.5×10-61×10-6白→黄绿色NH31(20~200)×10-620×10-620×10-6桔黄→蓝灰色O21%~21%1%0.5%白→茶色H210.5%~3.0%0.5%0.3%白→淡红与比长式检测管配套使用的还有圆筒形压入式手动采样器。图1-3圆筒形压入式手动采样器结构示意图1—气嘴；2—接头胶管；3—阀门把；4—变换阀；5—垫圈；6—活塞筒；7—拉杆；8—手柄使用时先将阀门把手转到水平位置，在待测地点拉动活塞拉杆往复抽送气2～3次，使待测气体充满活塞筒，再将把手扳至45°位置；将检测管两端用小砂轮片打开，按检测管上的箭头指向插入胶管接头；将把手扳至垂直位置，按检测管上规定的送气时间（一般100s）把气样以均匀的速度送入检测管，然后，拔出检测管读数。低浓度检测可以采用增加送气次数的方法进行测定。测得的浓度值除以送气次数，即为被测对象的实际浓度。高浓度检测在优先考虑测定人员的防毒措施后，可先将待测气体稀释后再进行测定，但测定结果要根据稀释的倍数进行换算。四、防止有害气体危害的措施1、加强通风。2、加强对有害气体的检查。3、瓦斯抽放。4、放炮喷雾或使用水炮泥。5、加强对通风不良处和井下盲