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，原煤產量由3200萬噸增至11.8億噸。近幾年來，由於國民經濟增長對煤、電、氣等能源的強勁需求，出現了少見的煤炭供應緊張的局麵，致使煤炭產量連年上升，2002年全國煤炭產量近14億噸（13.93億噸），2003年17.36億噸的產量已經超過了原先規劃中
我國煤炭生產的現狀
中國已有6000年以上的悠久用煤史，已知的關於煤炭事故的最早記載是萬曆十九年(公元1591年)春三月發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，創造良好的工作環境；
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綜采麵正在安裝，當時礦井為壓入 式通風，該采麵下行通風，且為無煤柱開采。因主要通風機軸承發熱，停風13min後，造成一起嚴重的高氮缺氧窒息事故，上區段采空區從小絞車窩湧出的高氮氣體，使工作麵23人其中9人窒息死亡，14人經搶救得救。
▲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綜采工作麵正在進行維修電焊作業，東風井突然停電（8min）停風，來電後，送電送風時發生瓦斯爆炸，造成該工作麵的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，來電送風後（1 min左右）井下發生瓦斯爆炸，死亡55人。
▲風——以風治火，防治自燃火災；
▲風——災變時控製風流，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51031煤巷掘進工作麵8點班上班後，一工人拿起煤電鑽打眼，當拉動電鑽電纜時，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），而後引燃了支架，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上部采煤工作麵以及大巷北石門岩巷掘進頭，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%；
▲排除回采工作麵瓦斯量的70%～80%；
▲排除裝有抑塵裝置回采工作麵的粉塵量的：20%～30%；
▲排除深井回采工作麵熱量的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過程中的地位，是礦井不可缺少的重要環節。風是煤礦井工開采的命脈，礦井通風技術是解決煤炭工業安全生產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+複習+作業+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．《煤礦安全規程》
4．張國樞編著，《礦井實用通風技術》，煤炭工業出版社，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，使地麵空氣進入井下，並在井巷中作定向和定量地流動，最後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 礦井空氣成份
定義：地麵空氣進入礦井以後即稱為礦井空氣。
一、地麵空氣的組成
地麵空氣是由幹空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。
幹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。幹空氣的組成成分比較穩定，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
地麵空氣進入井下時，由於受到汙染，其成分和性質要發生變化。固有新鮮空氣和汙濁空所之分。
新鮮空氣：井巷中用風地點以前、受汙染程度較輕的進風巷道內的空氣；
汙濁空氣：通過用風地點以後、受汙染程度較重的回風巷道內的空氣；
盡管礦井空氣與地麵空氣相比，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，取決於人的體質、精神狀態和勞動強度等。
人體輸氧量與勞動強度的關係
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；碳酸性岩石分解；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，因此可將其用於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，有些煤岩層中也有氮氣湧出,滅火人為注氮。
三、礦井空氣主要成分的質量（濃度）標準
采掘工作麵進風流中的氧氣濃度不得低於20％；二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風流中不得超過0.75％；當采掘工作麵風流中二氧化碳濃度達到1.5％或采區、采掘工作麵回風道風流中二氧化碳濃度超過1.5％時，必須停工處理。
礦井汙濁空氣
大氣流入巷道時發生的主要變化：
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。
礦井空氣汙濁的程度依賴於：
有機礦物和圍岩的瓦斯含量
巷道內的風速
巷道的長度
有機礦物和岩石吸氧與氧化的程度
生產過程的性質
汙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湧出的或生成的、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生困難。
第二節 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，微溶於水，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％範圍內時有爆炸的危險。
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後，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分鍾引起頭痛眩暈和惡心，0.32%，5~10分鍾引起頭痛、眩暈，30分鍾引起昏迷，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，因嗅覺神經中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶於水，在常溫、常壓下一個體積的水可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存於舊巷的積水中。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小時後出現眼及呼吸道刺激，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，易溶於水。
主要危害：二氧化氮溶於水後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，中毒者指頭出現黃色斑點。0.01%出現嚴重中毒。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，易溶於水。
主要危害：遇水後生成硫酸，對眼睛及呼吸係統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；以及從含硫礦層中湧出。
5.氨氣(NH3)
無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶於水，。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；部分岩層中也有氨氣湧出。
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湧出、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人員的生命安全危害極大，因此，《規程》對常見有害氣體的安全標準做了明確的規定，
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：影響人體蒸發散熱的效果。
風速：影響人體的對流散熱和蒸發散熱的效果。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，涼衣服幹得快。
二、衡量礦井氣候條件的指標
1.幹球溫度
幹球溫度是我國現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。但這個指標隻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，比幹球溫度要合理些。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會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環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：幹卡他度、濕卡他度
幹卡他度：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幹卡他度相同。
三、礦井氣候條件的安全標準
我國現行評價礦井氣候條件的指標是幹球溫度。1982年國務院頒布的《礦山安全條例》第53條規定，礦井空氣最高容許幹球溫度為28℃。
第一章 習題
作業：
1-3
1-5
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