| 矿井通风与安全
主讲人: 王兵建
能源科学与工程学院
3987944
1、课程重要性
煤炭资源在中国能源结构中的地位
从1949年到1994年，原煤产量由3200万吨增至11.8亿吨。近几年来，由于国民经济增长对煤、电、气等能源的强劲需求，出现了少见的煤炭供应紧张的局面，致使煤炭产量连年上升，2002年全国煤炭产量近14亿吨（13.93亿吨），2003年17.36亿吨的产量已经超过了原先规划中
我国煤炭生产的现状
中国已有6000年以上的悠久用煤史，已知的关于煤炭事故的最早记载是万历十九年(公元1591年)春三月发生在甘肃靖远的一起煤井火灾事故，当场就烧死三人，造成“手足俱碎”的惨状。
矿井通风的任务及作用
▲风——供给井下人员呼吸，保障井下作业人员的身体健康和生命安全；
▲风——稀释和排除井下各种有害气体和矿尘，创造良好的工作环境；
平顶山某矿“9.7”重大高氮缺氧窒息事故 1982年9月7日平顶山某矿戊8-179综采面正在安装，当时矿井为压入 式通风，该采面下行通风，且为无煤柱开采。因主要通风机轴承发热，停风13min后，造成一起严重的高氮缺氧窒息事故，上区段采空区从小绞车窝涌出的高氮气体，使工作面23人其中9人窒息死亡，14人经抢救得救。
▲风——防止瓦斯、煤尘爆炸；
义马某矿“1.25”特大瓦斯爆炸事故 义马某矿属低沼矿井，1997年1月25日该矿11101综采工作面正在进行维修电焊作业，东风井突然停电（8min）停风，来电后，送电送风时发生瓦斯爆炸，造成该工作面的31人全部遇难。
平顶山韩庄某矿“8.25”特大瓦斯爆炸事故 1999年8月25日平顶山韩庄某矿，因欠电费供电局所属变电站拉闸，全矿停电11min，来电送风后（1 min左右）井下发生瓦斯爆炸，死亡55人。
▲风——以风治火，防治自燃火灾；
▲风——灾变时控制风流，防止事故扩大，抢救遇险遇难人员。
1976年8月13日郑煤集团（原新密矿务局）某煤矿下山采区51031煤巷掘进工作面8点班上班后，一工人拿起煤电钻打眼，当拉动电钻电缆时，因电缆明接头引起短路着火。工人一见着火，惟恐瓦斯爆炸，根本没有灭火意识，纷纷逃命。从而使小电缆引燃大电缆（开关无短路保护），而后引燃了支架，浓烟向上通过绕巷风门（因运料打开未关）进入上山运输巷及上山采区上部采煤工作面以及大巷北石门岩巷掘进头，共有129人受到伤害，93人死亡，36人严重受伤或致残。
▲风——治理煤矿瓦斯、煤尘、火灾的基础
▲排除全矿井瓦斯量的80%～90%；
▲排除回采工作面瓦斯量的70%～80%；
▲排除装有抑尘装置回采工作面的粉尘量的：20%～30%；
▲排除深井回采工作面热量的60%～70%；
▲供给矿井的新鲜空气的质量约为矿井采煤量的5-18倍。 由此可见，矿井通风在煤矿生产过程中的地位，是矿井不可缺少的重要环节。风是煤矿井工开采的命脉，矿井通风技术是解决煤炭工业安全生产问题的基本措施之一。
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(听课+复习+作业+实验+实践)
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
四、成绩评定
平时成绩占20%，考试占80%
五、主要参考书
1. 张国枢主编《通风安全学》(修订版) 中国矿业大学出版社
2.《矿井通风与安全》吴中立 主编 中国矿大出版社
3．《煤矿安全规程》
4．张国枢编著，《矿井实用通风技术》，煤炭工业出版社，1992年12月
5．王省身 张国枢编著，《矿井火灾防治》，中国矿业大学出版社 1989年9月
6．俞启香 编著，《矿井瓦斯防治》，中国矿业大学出版社 1990年4月
7．张国枢，戴广龙著，《煤炭自燃理论与防治实践》，煤炭工业出版社，2002年3月
六、目 录 及 学 时 分 配
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
地面空气进入井下时，由于受到污染，其成分和性质要发生变化。固有新鲜空气和污浊空所之分。
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；
尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。
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。
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 0.2－0.4
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
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,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。
矿井污浊空气
大气流入巷道时发生的主要变化：
温度升高、湿度增加、氧气含量减少和混入有害气体－－窒息的，有毒的或爆炸的瓦斯（沼气、氮、CO，H2S），有害水蒸气和矿尘。
矿井空气污浊的程度依赖于：
有机矿物和围岩的瓦斯含量
巷道内的风速
巷道的长度
有机矿物和岩石吸氧与氧化的程度
生产过程的性质
污浊的矿井空气的组成－－大气、活跃性瓦斯和窒息性空气
活跃性瓦斯是指在巷道中涌出的或生成的、同时混入矿井空气中的有毒的和爆炸性的瓦斯。
窒息性空气－－含有过量N和CO2的混合物，完全失去了部分氧气的空气，无毒，对人体不起剧烈作用，但使人的呼吸和灯火的燃烧发生困难。
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
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，注凝胶、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、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） NO2 0.00025
二氧化硫 SO2 0.0005
硫化氢 H2S 0.00066
氨 NH3 0.004
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/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。
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℃。
第一章 习题
作业：
1-3
1-5
1-8
其它习题自己做
|
发表评论 
