矿井通风与安全 第1章 矿井空气

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,矿井通风与安全,Ventilation,&,Safety,矿井通风与安全,一、学习该课程的目的,二、该课程的学习方法,三、该课程的学习的重点和难点,空气流动基本理论、通风阻力和动力、矿井瓦斯、火灾、粉尘和水灾,三、该课程学时分配,总共48学时，计划课内44学时，习题4学时,四、成绩评定,平时成绩占20%，考试占80%，考教分离,矿井通风与安全,五、主要参考书,1.矿井通风与安全吴中立 主编,中国矿大出版社,2.通风安全学张国枢主编,中国矿业大学出版社,3煤矿安全规程,目 录,一部分 通风工程,章 矿井空气,1 矿井空气成份,2 矿井空气中有害气体,3 矿井气候,章 矿井空气流动基本理论,1 空气主要物理参数,2 风流能量与压力,3 通风能量方程,4 能量方程在矿井通风中的应用,章 井巷通风阻力,1 井巷断面上的风速分布,2 摩擦风阻与阻力,3 局部风阻与阻力,4 矿井总风阻与矿井等积孔,5 降低矿井通风阻力的措施,第 4 章 通风动力,1自然风压,2通风机类型及构造,3主要通风机附属装置,4主要通风机实际特性曲线,5,主要通风机工况点及其经济运行,6,通风机联合运转,7,矿井通风设备选型,章 矿井通风网络中风量分配与调节,1 风量分配的基本规律,2 简单网络特性,3,通风网络动态特性分析,4,矿井风量调节,5,应用计算机解复杂通风网路,第 6 章 局部通风,1 局部通风方法,2 掘进工作面风量分配,3 局部通风设备,4 局部通风系统设计,第 7 章 通风系统与通风设计,1 矿井通风系统和局部通风系统,2 通风构筑物与漏风,2 通风设计,第 8 章 矿井空调技术概论,1 环境气候与人体的热平衡,2 影响矿井气温的因素,3 矿井降温措施,4 矿井制冷空调,第二部分 安全工程,第9章 矿井瓦斯,1 概述,2 煤层瓦斯赋存与含量,3 矿井瓦斯涌出,4 煤与瓦斯突出,5 瓦斯爆炸与预防,6,瓦斯抽放,第10章 火灾防治,1 概述,2 外因火灾及其预防,3 煤炭自燃理论基础,4,火灾预测与预报,5 开采技术防火措施,6,灌桨与阻化剂灭火,7 均压防灭火,8 惰气防灭火,9 火灾时期通风,10,矿井火灾处理与控制,第 11 章 矿尘防治,1 矿尘及其性质、尘肺病,2 煤尘爆炸及其预防,3 综合防尘措施,第12 章 矿山防水,地面防水、井下防水及其处理,第 13 章 矿山救护,1 矿山救护队,2 矿工自救,3 现场急救,第一章 矿井空气,本章重点：,1、空气成分；,2、矿井有害气体、来源及最高允许浓度；,3、矿井气候条件,第一章,矿井空气,利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为,矿井通风,。,目的、主要任务保证矿井空气的质量符合要求。,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,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。,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。,气体成分 按体积计 按质量计 备 注,氧气（O2）20.96 23.32 惰性稀有气体氦、,氮气（N2）79.0 76.71 氖、氩、氪、,二氧化碳（CO2）0.04 0.06 氙等计在氮气中,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(O,2,),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。,人体输氧量与劳动强度的关系,劳动强度 呼吸空气量（L/min）氧气消耗量（L/min）,休 息 6-15 0.20.4,轻 劳 动 20-25 0.6-1.0,中度劳动 30-40 1.2-2.6,重 劳 动 40-60 1.8-2.4,极重劳动 40-80 2.5-3.1,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。,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(CO,2,),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(N,2,),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,灭火人为注氮。,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,。,第二节 矿井空气中的有害气体,空气中常见有害气体：,CO、,H,2,S,、,NO,2,、SO,2,、NH,3,、H,2,。,一、基本性性质,、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,1375,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,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。,、硫化氢（H,2,S）,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4.345.5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。0.0050.01%，12小时后出现眼及呼吸道刺激，0.0150.02%,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。,、二氧化氮（NO,2,）,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(NH,3,),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，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。,6.氢气(H,2,),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；有些中等变质的煤层中也有氢气涌出、或煤氧化。,二、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，规程对常见有害气体的安全标准做了明确的规定，,矿井空气中有害气体的最高容许浓度,有害气体名称 符号 最高容许浓度/%,一氧化碳 CO 0.0024,氧化氮（折算成二氧化氮）NO,2,0.00025,二氧化硫 SO,2,0.0005,硫化氢 H,2,S 0.00066,氨 NH,3,0.004,第三节 矿井气候,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。,一、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：q,m,-q,w,=q,d,+q,z,+q,f,+q,ch,q,m,人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；,q,W,人体用于做功而消耗的热量，qm-qw,人体排出的多余热量,；,q,d,人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；,q,z,汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；,q,f,人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；,q,ch,人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，q,ch,=0；,当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高q,ch,0，人体温度降低，q,ch,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。,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,：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。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,2,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。,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