第一章矿井空气.ppt

矿井通风防尘,主讲人王育军,矿井通风防尘,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四、该课程学时分配五、成绩评定六、纪律要求,矿井通风防尘,主要参考书1.矿井通风防尘汪德淇主编冶金工业出版社2.金属矿井通风防尘周洵远主编冶金工业出版社,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。第一节矿内空气的主要成分及其变化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。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6-150.2－0.4轻劳动20-250.6-1.0中度劳动30-401.2-2.6重劳动40-601.8-2.4极重劳动40-802.5-3.1,,,,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。,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。,第二节矿内空气中的主要有毒气体,空气中常见有害气体CO、NO2、SO2、H2一、爆破及内燃设备产生的主要有毒气体爆破是矿山生产的主要作业之一。爆破后不能立即进入工作面，因为现代各种工业炸药的爆破分解都是建立在可燃物质如碳、氢、氧等气化的基础上。当炸药爆炸时除产生水蒸气和氮外，还产生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等有毒有害气体，统称为炮烟。它会直接危害矿工的健康和安全。,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，0.32，510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。,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。0.0050.01，12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。,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。,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，,第三节放射性元素产生的有害物质一、氡及其危害氡是一种惰性气体，对人体无直接危害，但氡子体是呈固体微粒形式，大小为0.001-0.05μm，有一定的荷电性，具有很强的附着能力，因此在空气中很容易与粉尘结合形成“放射性气溶胶”。被吸入人体后，氡及其子体继续衰变放出α射线，长期作用能使支气管和肺组织产生慢性损伤，引起病变，故认为它是产生矿工肺癌的原因之一。二、矿内大气中氡的来源岩石中普遍存在着铀，铀不断地衰变，不断产生氧气，并从岩石的裸露表面进入空气中。氧在水中的溶解度不大，但由于岩石裂隙中存在高浓度的氡，使地下水中溶解大量的氡，一经流入矿井，氡便从水中析出。采矿及掘进都在不断地破碎矿岩。随着矿岩裸露面的增加，也增加了矿井的氡析出量。,三、氡及氡子体的最大允许度我国制订的放射性防护规定中指出，矿山井下工作场所空气中氡及其子体最大允许浓度如下氡110-10Ci/L3.7kBq/m3氡子体的α潜能值4104MeV/L6.4μJ/m3;空气中氡子体浓度的限值8.3μJ/m3。第四节矽尘及其危害影响矽肺病发生和发展的因素有粉尘含游离二氧化矽的多少、粉尘粒度、空气含尘量、人接触含尘空气的时间以及人的体质等。诸因素中空气含尘量是主要因素。为了保证工人的健康，安全规程规定地下矿山无论粉尘中游离二氧化矽含最在10以上或以下，作业场所空气中粉尘的最高允许浓度为2mg/m3；进风巷道与采掘工作面的风源含尘量不得大于0.52mg/m3。,第五节矿内气候条件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qm-qwqdqzqfqchqm人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；qW人体用于做功而消耗的热量，qm-qw人体排出的多余热量；qd人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；qz汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；qf人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；qch人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，qch0；当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高qch0，人体温度降低，qch0,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，Kd41.868F/tW/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。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℃。,第六节有毒气体、空气含尘量和气候条件的检查一、有毒气体的检测利用各种检定管测定空气中各种有害气体的原理是根据各种待测气体和检定管中指示剂发生化学变化后指示剂变色的深浅或长度，来确定各种气体的浓度。前者称为比色法，后者称为比长法。目前生产的有一氧化碳、硫化氢和氧化氮等几种检定管。使用的方法是比色法先将检定管的两端玻璃封口打开，并插在抽气唧筒的排气口上，使三通开关把手转到水平位置，拉动}1筒的活塞把手，抽取一定体积一般为50mL的待测气体;然后把三通开关把手转到垂直位置，用100s的时间压送唧筒活塞，使待测气体均匀地通过检定管。根据颜色改变的深浅或长度，即可读出有害气体的浓度。,比长法利用吸附五氧化二碘I2O5和发烟硫酸的硅胶作指示剂，置于坡璃管中;当含有一氧化碳的气体通过检定管时，检定管中的指示剂与一氧化碳相接触并起化学反应，一氧化碳将五氧化二碘还原，产生一个棕色变色圈游离碘，变色圈的长度与通过检定管的气体中的一氧化碳浓度成正比。因此，根据变色圈的长度就可以指示一氧化碳的浓度，井从检定管的刻度上直接读出被测气体的一氧化碳浓度。,二、空气含尘量的测定在抽气动力的作用下，含尘的空气通过采样器上的滤膜，粉尘被阻留在滤膜表面。根据滤膜增加的重量即被阻留的粉尘量和过滤的空气量，就可按下式算出空气中的粉尘浓度。,,三、矿井气候条件的测定1、卡达计为了评定空气的温度、湿度及风速对人体的综合作用，一般采用卡达计。它是一种用来测定在温度、湿度、风速的综合作用下空气散热能力的仪器。它内装酒精，上面刻有35℃及38℃的刻度。每支卡达计上标有一个常数，它表示在该卡达计的酒精容器每平方厘米的表面积上，当温度从38℃降到35℃时，损失了多少千分之一卡的热量。将酒精容器放入60℃－80℃的热水中，当酒精上升到上面扩大部分的三分之一处，取出后擦干表面的水，记录酒精液面从38℃降到35℃的时间，即可求出干卡达度。干卡达度表示温度及风速综合作用的散热效果。测定时，若从热水中取出后，在洒精容器表而包上湿纱布，则侧出的是湿卡达度，表示温度、湿度及风速综合作用下的散热效果。,2、湿度计空气相对湿度影响蒸发水分的数量，故根据干湿温度差及干温度值即可求出空气的相对湿度。湿度温度计表面热的传导和水分蒸发有关，湿球温度又受湿球周围风速的影响，但实践表明风速达到2m/s以上，就不再受影响;同时在流动空气中测定的气温，比在静止空气中测定气温误差小，因此，气温应在流动空气中侧定。测定湿度时，将湿球置于2m/s以上的风速中测定，这样可以减少误差。根据这种要求，制成了吸风式湿度计。,第七节小结对于矿井中的各种有害因素都必须同时具备三个必要的条件，即（1）空气中有这些物质存在，并超过一定的浓度;（2）被吸入人体;（3）对人体作用超过一定时间。只有同时满足这三个条件，它们才能对人体产生危害。若是缺少其中任何一个条件，就不会危害人体的健康。因此只要采取措施，破坏这三个条件的同时存在，就能达到“无害”的目的。目前，矿井通风仍然是最重要的措施，即不断地用新鲜空气去稀释和冲淡这些有害物质，使之达到无害程度，并排出矿外。所以，矿井通风仍然是同矿内空气中有毒有害气体、粉尘作斗争的主要手段，也是改善矿井气候条件的主要手段。,矿井通风包括三个任务1保证井下工作地点有足够氧气;2把井下产生的各种有毒有害气体及矿尘稀释到无害的程度并排出矿外;3给井下工作地点创造良好的气候条件。实践证明，矿井通风工作的有效进行，关键在于建立合理的通风系统。,第一章习题,作业1-31-51-8其它习题自己做,