2009年 7月 30日星期四,矿井通风,1
第一章 矿内大气
◆ 主要内容与基本要 求
◆ 第一节 矿内空气的主要成份
◆ 第二节 矿内空气中常见的有害气体
◆ 第三节 矿内气候条件
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,2
主要内容与基本要求
1、理解矿内空气的主要成分、性质及其安全规定指标。
2、了解矿内常见的有害气体的来源、组成、性质及其测定方法。
3、理解矿井气候条件的概念。
4、掌握矿内空气温度、湿度、风速的概念及其计算。
5、掌握矿内空气密度、压力、流速的基本概念与计算。
6、理解卡他度的概念。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,3
一、地面空气的组成
1、恒定组分
2、可变组分
3、不定组分二、矿内空气的主要成分
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,4
一、地面空气的组成
1、恒定组分系指空气中含有氮、氧、氩( Ar)及微量稀有气体。
其中,氮 78.09% 氧 20.95% 氩 0.93%。
还有微量的氖( Ne)、氙( Xe)、氡( Re)等稀有气体。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,5
2、可变组分系指大气中的 CO2和水蒸气。
在通常情况下 CO2的含量为 0.02~ 0.04%,水蒸气的含量为
4%以下。
纯洁清净的空气 是由恒定组分及正常状态下的可变组分所组成的大气。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,6
3、不定组分自然因素 自然界的火山爆发、森林火灾、海啸地震等暂时性的灾难引起的。
人为因素 人类社会的生产工业化、人口密集、城市工业布局不合理和环境管理不善等人为因素所造成的。
不定组分的种类和数量与该地区工业类别、排放的污染物以及气象条件等多种因素有关。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,7
二、矿内空气的主要成分
1、地面空气进入矿井后的变化
● 化学成分上的变化
O2 减少,CO2增多,混入有毒有害气体及矿尘。
● 物理状态发生变化主要表现在温度和湿度的变化。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,8
2、矿内新鲜空气和污浊空气矿内新鲜空气 是指矿内空气在成分上与地面空气差别不大或相同,符合安全卫生标准。
矿内污浊空气 是指矿内空气在成分上与地面空气差别太大或对人体有害。若这种空气沿井巷流动称为矿内污浊风流。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,9
3,矿内空气主要成分矿内空气的主要成分,O2,N2,CO2
空气中 O2 对人体的健康影响很大,最有利呼吸的氧浓度为
21%左右 。
浓度为 17%,呼吸困难 。
浓度降到 10~ 12%,失去知觉,有生命危险 。
,金属非金属地下矿山安全规程,规定,矿内空气氧的含量不低于 20%。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,10
● 矿井中 N2的来源,
① 有机物的腐蚀;
② 爆破工作;
③ 岩层的裂隙中放出 。
● 井下 CO2的主要来源:
① 爆破工作,井下火灾;
② 矿岩的氧化;
③ 有机物的氧化;
④ 煤或岩石中涌出 。
,规程,规定,井下采掘工作面进风流中 CO2浓度不得高于
0.5%,总回风流中 CO2浓度不得高于 0.75%,超过 1.5%,必须停工处理 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,11
一、矿内有害气体的危害及其安全规程指标二、矿内有害气体的来源三、矿内有害气体的测定
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,12
一,矿内有害气体的危害及其安全规程指标对金属矿来说,常见的 有害气体,CO,NH3,NO2,SO2,H2S。
1,CO
CO是一种极毒的气体,在井下各种中毒事故中所占比例较大 。
CO的极毒是在于它与人体的血液中的血红蛋白 ( HB) 比氧与血红蛋白的亲和力大 250~ 300倍 。
2,NH3
空气中,NH3浓度超过一定值时,会对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用,可引起喉头水肿;也会引起爆炸 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,13
3,NO2
NO2遇水而生成硝酸 ( 2NO2+H20=HNO2+HNO3)
对眼睛,鼻腔,呼吸道和肺部组织有强烈的腐蚀作用,能引起肺水肿 。
4,H2S
H2S有强烈毒性,对眼睛及呼吸系统的粘膜有强烈的刺激作用浓度达 0.01%,流清鼻涕,头晕 。
浓度达 0.1%,几分钟即可能死亡 。
5,SO2
SO2遇水生成亚硫酸 ( SO2+H2O=H2SO2),对呼吸器官有腐蚀作用,诱发喉炎和支气管炎和呼吸麻痹,严重会引起肺水肿 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,14
5,允许浓度有害气体对人体造成危害要具备的条件:
① 有害气体超过一定的浓度;
② 被人体吸入;
③ 对人体作用超过一定的时间 。
,规程,规定井下作业地点有害物质最高允许浓度 (按体积计)
CO 浓度 ≯ 0.0024%
NH3 浓度 ≯ 0.0024%
NO2 浓度 ≯ 0.00025%
H2S 浓度 ≯ 0.00066%
SO2 浓度 ≯ 0.0005%
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,15
二,矿内有毒气体的来源
1,爆破作业炸药通常由 C,H,O,N四种元素组成的 。
炸药的爆炸是可燃元素和助燃元素发生极其迅速和猛烈的氧化燃烧反应,生成的主要有 CO,NO2,NH3。
在硫化矿床中爆破还有 SO2,H2S。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,16
2,井下柴油机的工作井下柴油机是以柴油为燃料,柴油在高温高压下燃烧时,
会产生大量有毒有害物质 。
完全燃烧时,主要产物,CO2,H2O,SO2
燃烧不完全时,主要产物,NOX,CO,CmHn,碳烟等 。
3,井下火灾井下火灾因供氧不足,会产生大量的 CO。
4,硫化矿物氧化和自燃在开采硫化矿床的过程中,由于硫化矿物的缓慢氧化,产生大量 SO2和 H2S气体 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,17
三,有毒气体的测定
1,测定所用仪器检定管,抽气唧筒,秒表抽气唧筒与注射器类似,结构如图 。 检定管外形是一根两端封闭的细长玻璃管,管内装有指示剂,指示剂可根据所测毒气体的性质来配制,目前生产有 CO,H2S,SO2,NO2等几种检定管 。
开关把手是一个三通阀,把手平放,抽取气体试样,把手在 450位置时,
是密闭状态 。 把手位于垂直时,唧筒的气室与出口连通 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,18
2,检测原理根据待测气体与检定管中指示剂发生化学变化后变色的深浅或长度来确定 。
用 比色 检定管,根据检定管变色的深浅与标准比色板对比
,确定所测气体的浓度 。
用 比长 检定管,在比长检定管上刻有读数,根据变色圈上端所指示的长度,由检定管上的刻度直接读取所测气体浓度 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,19
3,测定步骤
1) 采取空气试样用抽气唧筒在测定点来回抽送 2~ 3次,然后抽取所测气体
50ml,关闭把手 。
2) 送入气体试样把检定管两端打开,插入抽气唧筒的气体出口处,然后把唧筒中 50ml的气体用 100S的时间送入检定管 。
3) 读取浓度值
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,20
矿内气候条件 是指矿内空气的温度、湿度和风速三者的综合作用状态。
一、湿度二、温度三、风速四、矿内气候条件的舒适性
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,21
一,湿度含有水蒸汽的空气就是 湿空气 。
自然界中存在的空气,都是干空气和水蒸汽的混合物 。
空气的湿度 是指在湿空气中水蒸汽的含量 。 它是影响人体 蒸发散热 效果的因素之一 。 最适宜的相对湿度为 50%~ 60%

湿度的表示方法,绝对湿度,相对湿度 和 含湿量 。
相对湿度的测定 。
井下湿度的变化 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,22
式中,mw—— Vm3湿空气中水蒸汽的质量,kg
V—— 湿空气的体积,m3
)/(1 0 0 0 3mgV m ww
1、绝对湿度每 1m3空气中所含水蒸汽的质量,称为空气的绝对湿度。
单位为 g/ m3。则
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,23
)1(%100
B

w
2,相对湿度 φ
系指湿空气中所含水蒸汽的质量与同温度下饱和水蒸汽质量之比的百分数 。 即式中,ρ w—— 湿空气中所含水蒸汽质量 ( 绝对湿度 ),g/m3;
ρ B—— 在同一温度下空气中饱和水蒸汽质量,g/m3。
(饱和绝对湿度)可查表选取。
显然,相对湿度反映了湿空气中水蒸气含量接近饱和程度,故也称为饱和度。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,24
在温度和压力一定时,ρ B是一个常数,而 φ 与 ρ w成正比。
当 φ 值小,表示空气干燥,吸收水分的能力强。
当 φ 值大,表示空气潮湿,吸收水分的能力弱。
当 φ =0时,则为干空气。
当 φ =100%时,则为饱和空气。
一般所讲的矿内空气湿度都指相对湿度。
%100
B
w
p
p?
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,25
3、含湿量定义:指在湿空气中,水蒸汽的质量与干空气质量之比。
该空气温度为 T 时,V m3 的湿空气中分别含有水蒸汽的质量为 mw,干空气的质量为 md 。
由定义有:
)5()/(1000 干空气kgg
m
md
d
w
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,26
相对湿度的测量仪表主要有 手摇湿度计 和 风扇湿度计 。由两支水银温度计构成,一支为干温度计 1,另一支为湿温度计 2,即在温度计水银球表面裹有一层湿纱布 3。
干、湿温度差愈大,空气的相对湿度愈小,蒸发吸热作用愈显著。根据干
、湿温度计的读数及其差值 Δ t,查表可得空气的相对湿度。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,27
井下湿度的变化
1)进风段进风段的湿度主要受地面湿度的影响。
冬季,地面气温 T低,φ 大( ∵ ρ w小,ρ B小)。
空气进入矿井后,T↑,使 ρ B↑,则 φ ↓ 。因此,风流沿途不断吸收水分,进风段显得干燥。
夏季,相反,地面气温 T高,φ 小,
空气进入矿井后,T↓,使 ρ B↓,
则 φ ↑,空气中一部分水蒸汽凝结成水珠,进风段显得潮湿。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,28
2)回采工作面和风流段空气进入矿井后,随着距离的加长,空气中所含水蒸汽量不断增加,则矿内空气的湿度是一个增加的过程。
回采工作面湿度较大(加上湿式凿岩,喷雾洒水)。
总回风道和回风井中 φ →100% 。
不论冬夏,回风流中的湿度总是大于进风中的湿度。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,29
二、温度它是影响人体 对流散热 的主要因素。最适宜的矿内空气温度为
15 ~ 250C。
◆ 影响矿内空气温度变化的因素。
1、地面空气温度地面空气温度主要对浅井影响较大。
2、空气受压和膨胀进风井,空气受压而产生热量,气温增高,每 100m增加 10 C。
回风井,空气膨胀而吸热,气温降低,平均每升高 100m,温度下降 0.8~ 0.9 0C。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,30
3、岩石温度的影响
1) 岩石的温度岩温的分布按其深度分为三个带:
①变温带:随地表温度而变化。
②恒温带:不受地表温度的影响,岩石温度常年基本不变,其温度比地表年平均温度高 1-20 C;近似等于当地年平均气温。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,31
式中 tr—— z m深处的岩石温度,C;
t0—— 恒温带的岩石温度,0C;
z0—— 恒温带的深度,m;
z—— 地表至岩石某处的深度,m;
gr—— 地温梯度,0C/m 。
意义:岩石深度每增加 1m所增加的温度
)( 00 zzGtt rr
③ 增温带:在恒温带以下,岩温受地球内热影响,随深度的增加而增加,可用下式计算不同深度处的岩石温度:
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,32
2)岩石传给空气的热量当岩体的温度高于进入矿井后的空气温度时,传热过程:
岩体内部 → 岩壁 → 空气
4、矿岩氧化矿内有些矿岩,主要是煤和硫化矿床,经氧化后生成大量热量。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,33
5、矿内地下热水放热。
6、机械,设备产生的热。
不同的矿山影响气温的因素的主次也不一样。
矿内空气湿度受多种因素影响,其中有升温作用,也有降温作用,但是,升温作用大于降温作用。
,规程,规定:井下作业地点空气温度 ≦ 28℃ 。
三、风速它影响人体 对流散热 和 蒸发散热 的效果。
增风降温的风速控制在 3~ 8m/s,排尘风速控制在 1~ 2m/s。
,规程,对风速有规定。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,34
四、矿内气候条件的舒适性
1、矿内气候条件对人体的影响人体散热主要通过皮肤与外界的对流、辐射和表面汗液蒸发三种形式进行的。
人体散热主要 取决于空气的相对湿度和风速。
对矿井来说,井下 φ 都比较大,气候调节主要从温度和风速来考虑,使温度和风速相互配合,造成一个良好的气候环境,使人感到较为舒适。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,35
2、卡他度卡他温度计做为在不同大气条件下,度量皮肤相对散热的方法,它反映了因对流、辐射和蒸发作用下皮肤的散热热量。
每平方厘米表面积每秒散热的毫卡数叫 卡他度 。
卡他度,H=F/T 毫卡 /厘米 2秒式中,F— 卡他计常数(每一计上都标有),毫卡 /厘米 2;
T— 由 380C 降至 350C 所需时间,秒。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,36
● 卡他计构造卡他计是用玻璃做成的,下端为一长圆形贮液球,里面装有酒精,上端也有一个长圆形空间,玻璃管上刻有 380C 和 350C 两个刻度,平均值正好等于人体的温度 36.50C。
● 测定卡他度的值越大,散热效果越好。
干卡他度 的散热方式是对流和辐射,
反映 风速 和 温度 对矿内气候条件的影响。
湿卡他度 包括对流、辐射、蒸发三者综合散热效果,反映 风速,温度 和 湿度 对矿内气候条件的影响。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,37
3、矿井气候条件的安全标准我国现行评价矿井气候条件的安全指标是 干球温度 。
,规程,规定:矿井井下空气最高允许 干球 温度为 28℃ 。