冶金行业管理1矿井空气及气候条件.pdf

冶金行业管理 1 矿井空气 及气候条件 第一章矿井空气及气候条件 矿井生产过程中，必须持续不断地将地面空气输送到井下各个作业 地点，以供给人员呼吸，并稀释和排除井下各种有害气体和矿尘， 创造良好矿井气候条件，确保井下作业人员的身体健康和劳动安 全 第一节矿井空气成分 一、地面空气 地面空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，亦称为湿空 气干空气是指完全不含有水蒸气的空气，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，成分的数量基本不变干空气成分的数量用体积浓度或 质量浓度来表示，前者为某种气体的体积在干空气的总体积中所占 的百分数；后者为某种气体的质量在干空气的总质量中所占的百分 比其主要成分如表 1-1 所示 表 1-1 干空气的组成成分表 气体成分按体积计/%按质量计/%分子量 氮气（N2）78.08875.52728.013 氧气（O2）20.94923.14331.999 二氧化碳 （CO2） 0.0300.04644.010 其它气体0.9331.284 备注：其它气体主要指的是氦、氖、氩、氪、氙等惰性稀有气体 工程计算中，干空气可近似地仅考虑氧气和氮气，组成按氧气 （21%） 、氮气（79%）来计算。

干空气的物理参数如下： 分子量 28.97 气体常数 287.05J/kg.K 空气密度（0，1atm）1.293kg/m3 湿空气中含有水蒸气，其含量的变化会引起湿空气的物理性质 和状态变化地面空气中，水蒸气的浓度随地区和气候而变化，其 体积浓度变化范围为 04%此外，实际空气中还含有微量的污染 气体和尘埃 二、矿井空气的主要成分及其基本性质 矿井空气主要来源于地面空气，虽然发生了一系列变化，但其 主要成分仍然是氧气和氮气 1.氧气（O2） 氧气是一种无色、无味的气体，相对于空气的比重为 1.105， 化学性质活泼，易使其它物质氧化，能助燃，是矿井火灾以及瓦 斯、煤尘爆炸的必要条件 氧气是人呼吸所必需的气体，人的生命主要是依靠吃进食物和 不断吸入空气中的氧气，在体内进行新陈代谢来维持的人对氧气 的需要量取决于人的体质、精神状态和劳动强度等，人的需氧量与 劳动强度的关系如表 1-2 所示 表 1-2 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6150.20.4 轻劳动20250.61.0 中等劳动30401.22.6 重劳动40601.82.4 极重劳动40802.53.1 空气中氧气浓度为 21%左右对人的呼吸最为有利。

空气中氧气 浓度的降低会影响人的健康，甚至危及生命空气中氧气浓度降低 对人体的影响见表 1-3 表 1-3 人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系 氧浓度（体积）%主要症状 17 15 1012 静止时无影响，工作时能引起喘息和呼吸困难 呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力降低，失 去劳动能力 69失去理智，时间稍长有生命危险 失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内可能导致 死亡 矿井中由于有害气体的涌出、物质氧化、人员呼吸等消耗氧 气，会导致井下空气中氧气浓度降低在通风不良或停风的巷道， 氧气的浓度可以降低到 5%以下，冒然进入会导致窒息死亡，我国 煤矿每年都发生多起因缺氧造成的窒息死亡事故另一方面，对于 井下瓦斯积聚区域或采空区，不可盲目送入空气，否则，会使之达 到瓦斯爆炸的条件或引发煤炭自燃 考虑到井下作业，体力劳动强度较大， 金属非金属矿山安全 规程(GBl64232006)(以后简称规程)规定：井下采掘工作 面进风流中的空气成分(按体积计算)，氧气不低于 20，二氧化碳 不高于 05工作地点按照人数计算风量时，每人每分钟不得 低于 4m3 2.氮气 氮气是一种无色、无味、无毒的气体，相对于空气的比重为 0.97；化学性质稳定，一般不与其它物质起反应，在矿井生产中常 被当作惰性气体用来灭火或惰化采空区。

正常情况下，空气中的氮 气对人体无害，但是在井下有限空间里，当空气中氮气浓度过高 时，将相对降低氧气浓度而使人缺氧窒息 导致矿井空气中氮气浓度增大的原因主要有：氧气的消耗， 则氮气的浓度会相对增加从煤层或围岩中涌出氮气在矿井 防灭火中人为注氮，惰化采空区时泄漏的氮气炸药爆破以及含 氮有机物的腐烂等产生一定量的氮气 由于氮气无毒，实际中可以通过检测氧气的浓度来防止氮气的 危害 三、空气进入矿井后发生的变化 地面空气进入矿井后，由于受到井巷围岩、生产活动以及矿岩 中涌出气体的作用，空气的成分和状态会发生相应的变化： （一）混入了有害气体和矿尘 1爆破时所产生的炮烟炸药在井下爆炸后，产生大量的有害 气体，种类和数量与炸药的性质、爆炸条件与介质有关在一般情 况下，产生的主要成分大部分为一氧化碳和氮氧化合物1kg 炸药 爆破能产生的有毒气体相当于 1020L 的二氧化氮 2柴油机工作时产生的废气柴油机的废气成分很复杂，它是 柴油在高温高压下燃烧时所产生的各种有毒有害气体的混合体一 般情况下有氮氧化物，含氧碳氢化合物、低碳氧化合物、油烟等， 但其中的主要成分为氧化氮，一氧化碳，醛类和油烟等，柴油机排 放的废气量由于受各种因素的影响，变化较大，往往会恶化井下空 气。

3硫化矿物的氧化在开采高硫矿床时，由于硫化矿物缓慢氧 化除产生大量的热外，还会产生二氧化硫和硫化氢气体，如 FeS2+2H2OFe(OH)2+H2S 十 S CaS+H2O+CO2CaCO3+H2S Fe7S8+O27FeS+SO2 在含硫矿岩中进行爆破工作，或硫化矿尘爆炸以及坑木腐烂和 硫化矿物水解，都会产生硫化气体(SO2，H2S) 4井下火灾当井下失火引起坑木、油料、电缆等燃烧时，会 产生大量一氧化碳，可知人中毒死亡在煤矿中瓦斯和煤尘爆炸产 生的大量一氧化碳，是造成重大死亡事故的主要原因 （二）氧气浓度降低，主要原因是： 1有害气体的析出会冲淡氧气的浓度 2井下物质氧化、人员呼吸等消耗氧气 3井下火灾、爆炸等灾害会消耗大量氧气 （三）矿井空气的温度、湿度等状态参数发生了变化 由于井巷围岩散热、氧化、人员、机电设备散热及水分蒸发等原 因，会使井下空气温度升高，湿度增加，空气的其它状态参数也会 发生相应变化 地面空气进入矿井以后发生了一系列的变化，我们将流动在矿 井井巷及井下工作地点的空气称为矿井空气相对于地面空气，在 成份和性质上变化不大的矿井空气称为新鲜空气，简称新风，如进 风井巷中的空气。

把流经采掘工作面及硐室等工作地点或受到井下 矿尘和有害气体污染的，在成份和性质上变化较大的矿井空气称为 污浊空气，简称污风或乏风，如回风井巷中的空气通常以用风地 点为界，将用风地点以前的风流称为新鲜空气，或进风流；将用风 地点以后的风流称为污浊空气，或回风流 第二节矿井空气中常见有害气体 一、常见有害气体及其允许标准 金属矿山井下常见的对安全生产威胁较大的有毒气体有:一氧化 碳(CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)，此外还 有矿尘和氡气及其子体 1一氧化碳 CO 一氧化碳是无色、无味、无臭的气体，对空气的比重为 0.97，能 均匀地散布于空气中，不用特殊仪器不易察觉，一般化学性质不活 泼，但浓度在 1375时能引起爆炸极毒，当空气中的一氧 化碳浓度为 04时，在很短时间内人就会失去知觉，抢救不及 时就会中毒死亡日常生活中的“煤气中毒”就是一氧化碳中毒 人在静止状态下，当一氧化碳浓度达到 0016时，无征兆或有 轻微征兆；达到 0048时，轻微中毒，1h 内出现耳鸣、心跳、 头昏、头痛；达到 0128时，严重中毒，051h 内出现头 痛、耳鸣、心跳、四肢无力、哭闹、呕吐等。

2氮氧化物 氮氧化物是炸药爆炸时产生的大量一氧化氮和二氧化氮，一氧 化氮极不稳定，遇空气中的氧即转化为二氧化氮二氧化氮是一种 褐红色有强烈窒息性的气体，对空气比重为 157，易溶于水，而 生成腐蚀性很强的硝酸它对人的眼、鼻、呼吸道及肺部组织有强 烈腐蚀破坏作用，对人体危害最大的是破坏肺部组织，引起肺水 肿二氧化氮中毒后有较长的潜伏期，初期没有什么感觉(经过 412h 甚至 24h 以后才发生中毒症兆)，即使在危险的浓度下，初 期也只是感觉呼吸道受刺激，开始咳嗽吐黄痰，呼吸困难，以至很 快死亡当空气中二氧化氮浓度为 0004时，24h 还不会引 起中毒现象；当浓度为 0006时，就会咳嗽，胸部发痛；当浓 度为 001时，短时间内对呼吸器官就有很强烈的刺激作用，会 导致咳嗽、呕吐、神经麻木；当浓度为 0025时，很快使人中 毒死亡 3二氧化硫 SO2 二氧化硫是无色但有强烈硫磺味的气体，易溶于水，对空气比 重为 22，常存在于巷道底部，对眼睛有强烈刺激作用当空气 中含二氧化硫为 00005时，嗅觉器官能闻到刺激味；当浓度为 0002时，有强烈刺激，可引起头痛和喉痛；当浓度为 005 时，引起急性支气管炎和肺水肿，短时间内即死亡。

4硫化氢 H2S 硫化氢是无色有臭鸡蛋味的气体，对空气比重 119，易溶于 水，常积存于巷道的积水中能燃烧，当浓度达到 6时，具有爆 炸性有很强的毒性，能使血液中毒，对眼睛粘膜及呼吸道有强烈 的刺激作用当空气中的硫化氢浓度达到 001时，人能嗅到气 味，并会流唾液，流鼻涕；当浓度为 005时，经过 05-1h， 就能引起严重中毒；当浓度为 01时，在短时间内就有生命危 险 5浮扬粉尘 矿井粉尘对人的健康有危害，硫化矿尘可引起人的皮肤发炎； 铅、砷、汞尘进人人体会引起中毒；当人体长期吸人含游离二氧化 硅(Si02)的矿尘时，会导致矽肺病矿尘中游离二氧化硅含量越 高，对人体危害越大一般金属非金属矿山游离二氧化硅含量在 30-70，也有高达 90以上的 井下作业地点有害物质的最高允许浓度规定为：一氧化碳，30mg m3；氮氧化物(换算为二氧化氮(N02)，5mgm3；二氧化硫， 15mgm3；硫化氢，10mgm3；含游离二氧化硅 10以上的 粉尘(石英、石英岩等)，2mgm3；石棉粉尘及含石棉 10的粉 尘，2mgm3；含游离二氧化硅 10以下的滑石粉尘，4mg m3 6.氡气（Rn） 氡气是一种无色、无味的气体，对空气的比重为 7.7，半衰期 3.8d，能溶于水和有机溶剂，在油脂中地溶解度为水的 125 倍。

氡 是惰性气体，一般不参与化学反应矿内空气中的氡主要来源于： (1)由矿岩壁析出的氡； (2)爆破崩落的矿石析出的氡； (3)地下水析出的氡； (4)地面空气中的氡随人风风流进入井下 在一些老的矿山，由于开采面积较大，崩落区多，采空区中积累的 氡有时也会成为氡的主要来源 氡及其子体（氡在衰变过程中所产生的中间产物）是放射性元 素，在蜕变过程中会产生一定量的、、射线，对人体有辐射危 害吸入这些含氡空气，氡及其子体易沉积在呼吸道上，对呼吸道 及肺组织会造成的辐射危害 氡及其子体对人体的危害是有条件的，这些条件就是： (1)空气中氡及其子体要超过一定浓度； (2)氡及其子体能进人人体内； (3)人体在接受上述浓度的氡及其子体要超过一定的时间 放射卫生防护基本标准规定，矿山井下作业地点氡在空气 中的最大允许浓度为 3.7kBqm3；氡子体的潜能值不超过 6.4J m3 二、矿井有害气体的检测方法概述 矿井有害气体检测是防止有害气体危害的前提，也是矿井通风 安全测量的重要内容检测的目的是掌握矿井有害气体的规律及其 浓度，确定其是否符合规定若不符合规定要求，则必须采取措施 进行处理另外，通过气体检测还可以分析通风质量，检查漏风， 预测井下煤炭自燃及分析火区状态等。

这里只对有害气体的检测方 法进行概述 矿山有害气体检测有化验室分析、现场测试两种方式 1化验室分析采用气相色谱仪、红外光谱仪等设备对采集的 气样进行测定分析，可以准确检测井下空气的各种成分，一般用于 全面分析测定气体成分。