煤矿矿井空气及有害气体5

煤矿常见有害气体及其危害
有害气体浓度表示方法与换算
有害气体浓度表示方法
常用的有害气体浓度表示方法有两种：一种是质 量、体积混合表示法，是以每立方米空气中某种有 害气体的毫克数表示，即mg/m3；另一种是体积、 体积表示法，是指某种有害气体体积占空气采样体 积的比，常用百分数(%)或百万分数(ppm)表示 (1ppm即百万分之一，体积百分数浓度与体积百万 分数浓度之间的关系是1%=10000ppm)。
6、氮氧化物
氮氧化物的种类很多，主要有氧化亚氮 (N2O)、氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧 化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)及五氧化 二氮(N2O5)。氧化亚氮又称笑气，毒性不大， 其余的氮氧化物除二氧化氮外均不稳定，遇 光、湿或热变成二氧化氮及氧化氮，氧化氮 在常温下又迅速氧化成二氧化氮。二氧化氮 的毒性是氧化氮的4～5倍。二氧化氮的分子 量是46.01，密度为2.054kg/m3,相对密度为 1.5886。
一氧化碳的分子式是CO、分子量为28.01，密度 为1.251kg/m3,相对密度为0.967。CO是无色无味 无臭的气体，易燃易爆，爆炸浓度界限为 12.5%～74%。 CO在煤矿井下主要产生于煤的自然发火和坑木腐 烂以及放炮的炮烟中。当发生煤尘、瓦斯爆炸时， 将产生大量CO。瓦斯爆炸后，其浓度一般在 2%～3%；煤尘爆炸后，其浓度甚至高达8%左右。 在煤矿井下监测CO浓度变化趋势，可作为判断煤 层是否发生自然发火的指标。
硫化氢属于化学性窒息性气体，急性中毒时 可引起肺水肿和中毒性脑病。当空气中硫化 氢浓度为1ppm时，就能闻出臭鸡蛋味。当达 到50～150ppm时，嗅神经被麻痹，反而闻不 出臭鸡蛋味。据报道，在150～300ppm浓度 下，接触数小时出现轻度的眼结膜和呼吸道 刺激症状并可有支气管炎和肺水肿；当浓度 在700ppm以上时，可直接抑制呼吸中枢，引 起窒息而迅速死亡。最严重硫化氢中毒，会 发生就地猝倒而迅速死亡。
第一节 矿井空气
一、空气成分
表1－1 空气正常化学组分 （干燥空气、气温0℃、气压101325Pa）
名称
氮气（N2） 氧气(O2) 氩气(Ar)
二氧化碳(CO2) 氙、氖、氦、臭氧等
体积百分比/%
78.9 20.95 0.93 0.0273 微量
浓度/(mg/m3）
976300 299300 16550
肿、肺水肿、声带痉挛以至窒息。当浓度为
1.5mg/m3时，即可闻到刺鼻气味；当浓度为 50mg/m3时，可引起眼刺激症状及窒息感。因二氧 化硫(SO2)具有特殊的臭味和对粘膜强烈的刺激作用， 所以由于吸入高浓度二氧化硫(SO2)而致死的中毒事 故极为少见。
4、硫化氢
1硫.5化39氢kg的/m分3子，式相是对H密2S度，为分1.子18量8。为34.08，密度为 硫化氢是具有臭鸡蛋气味的剧毒气体，且易燃易爆， 爆炸浓度范围为4.3%～46%。有机物腐败时可产生 硫化氢，故粪窑、污水沟、暗渠中常有硫化氢积聚， 井下积水的老塘和采空区，由于煤及硫化矿物中的 硫与水作用生成硫化氢蓄积于水中，1体积的水可 溶解约4体积的硫化氢。一旦扰动这些积水常有大 量硫化氢逸出。地层中天然存在硫化氢，在煤矿岩 层或煤层中有涌出或喷出现象。另外，煤层一定区 域的鸡窝煤内存在硫化氢，落煤时逸出，可使靠近 落煤地点的采煤工发生中毒。硫化氢气体较空气重， 易积聚于低凹处。
在监测工作中经常需要测量采样地点的 大气压，测量现场的气压常用空盒气压计 或精密数字气压计。
v （二）空气的密度
空气的密度是指单位体积的空气的质量。 常用单位为g/L或kg/m3。混合气体静 置后，由于各种成分的密度不同，出 现密度大的聚积在下层，密度小的聚 积上层的分层现象，了解气体的这一 物理特性，对于防治有害气体的危害 具有重要意义。
二、常用的空气状态参数
（一）空气的压力 空气的压力是由气体分子不断地无规则 运动产生的。在运动过程中不断接触到 的物体表面，从而产生了对各物体表面 的压力。空气的密度越大，气压越高； 密度越小，气压越低。
当温度为0℃时，在纬度45°处海平面上 的大气压力为101.325kPa，这一压力值 通常称为1个标准大气压。大气压随海拔 高度的变化而变化。海拔越高，大气压越 低。海拔越低，大气压越高。一般来说， 矿井垂深每增加100m，大气压则相应增 加1.1kPa左右。
一氧化碳(CO)与血红蛋白(Hb)的结合力比氧 气(O2)与血红蛋白(Hb)的结合力大240～300 倍，一氧化碳(CO)中毒机理就是一氧化碳 (CO)竞争性地抑制了氧气(O2)与血红蛋白 (Hb)的结合能力，一氧化碳(CO)取代氧气 (O2)与血红蛋白(Hb)结合，使氧气(O2)的运 送和组织利用氧气(O2)的功能发生障碍。引 起中毒。人在一氧化碳(CO)浓度为 115mg/m3(92ppm)环境中，至多2小时(h)即 可发生中毒；空气中的一氧化碳浓度为1%时 (10000ppm)，人呼吸数次后就会昏迷，1～2 分钟(min)便可死亡。
二氧化碳(CO2)主要经呼吸道吸 入人体内，高密度时有显著毒性 作用，主要是对呼吸中枢的毒性 作用。低浓度时呼吸中枢兴奋， 如浓度达到3%时，呼吸加深； 高密度时抑制呼吸中枢，如浓度 达到8%时，呼吸困难，呼吸频 率增加。
3、二氧化硫
二氧化硫的分子式是SO2,分子量 为64.07，密度为2.927kg/m3，相 对密度为2.264。 矿井中二氧化硫主要来源于含硫 矿物(如黄铁矿等)的氧化和自然以 及井下爆破。
相对湿度是指空气中实际含水蒸气量 与同一温度下饱和水蒸气量之比的百 分数，即绝对湿度与同一温度下饱和 湿度之比的百分数。相对湿度可从干 湿球温度计或温湿度表上查得。相对 湿度高于80%称为高气温，低于30% 称为低气温，人适宜的相对湿度为 60%左右。
(四)空气的温度
我国统一实行的法定计量单位中，应用于 温度的量的名称有两个，即热力学温度(单 位名称为开［尔文］单位符号为K)和摄氏 温度(单位名称为摄氏度单位符号为℃)。在 日常生活中人们习惯用摄氏度(t)描述温度的 高低。在监测工作中需要将采集的气体体 积换算成标准采样体积时，则应采用热力 学温度(T)。两者之间的关系为： T=t+273.15。
2、二氧化碳
二氧化碳的分子式是CO2，分子量为44.01密 度为1.976kg/m3，相对密度为1.529。 二氧化碳(CO2)主要存在于煤层和煤块内， 在采煤过程中与瓦斯一道排出。此外，坑木 腐烂、人员呼吸、煤自然发火以及爆破等也 可产生二氧化碳(CO2)。由于二氧化碳(CO2) 密度大，一般多积聚于巷道低处及通风不良 的废巷中，个别煤层或岩层中会出现大量二 氧化碳(CO2)异常涌出现象，称为二氧化碳 (氧C化O2碳)突(C出O，2)如突营 出城 事煤 故矿 。和窑街矿区曾发生二
对瓦斯允许浓度的规定：在采掘工作面进风流的瓦 斯浓度不得超过0.5%；在采掘工作面和采区的回风 流中，瓦斯浓度不得超过1%；在矿井和一翼的总回 风流中，瓦斯浓度不得超过0.75%。《煤矿安全规 程》还对瓦斯超限时的处理作了严格的规定。
对氢气(H2)允许浓度的规定：井下充电室风流中以 及局部积聚处的氢气浓度，不得超过0.5%。
煤矿矿井空气及有害气体5
v一位哲人曾说过“人类在创造物质文明的同时，也在毁 灭人类自己”。这句话告诫和提示我们，人类在过去一 个世纪的全球工业化发展中，没有注意人与自然、人与 社会和人与环境的和谐关系。用牺牲自然的原始状态、 牺牲环境、牺牲劳动者的健康和生命换来了所谓的物质 文明，随着人类的文明进步和社会的发展，现在我们不 得不承认我们犯了一个幼稚的错误。我国目前提倡构建 和谐社会，强调科学发展和人与社会，人与自然的和谐 共存。只有这样，才能保证社会的健康、持续发展。预 防和控制煤炭行业的职业危害，最大限度地保护广大从 业人员的健康和生命中已成当务之急，也是构建和谐煤 炭行业的需要
工作场所空气中一氧化碳等六种有害气体的职业接触限值 mg/m3
Hale Waihona Puke 名称一氧化碳 非高原 高原
海拔2000m 海拔＞3000m
二氧化碳
二氧化氮
二氧化硫
硫化氢
氨
最高容许浓度
时间加权平均 短时间接触容许浓
容许浓度
度
—
20
30
20
—
—
15
—
—
—
9000
18000
—
5
10
—
5
10
10
—
—
—
20
30
三、常见有害气体及其危害 1、一氧化碳
二氧化硫(SO2)主要是通过呼吸道吸入而产生中毒 作用，其次是皮肤、粘膜的接触吸收。二氧化硫
(SO2)易为皮肤和粘膜的湿润表面所吸收，溶解于皮 肤、粘膜表面水分中而变成亚硫酸，一部分进而成
为硫酸，刺激皮肤和粘膜，吸收到体内的亚硫酸以
硫酸盐形式从尿中排出。二氧化硫(SO2)对呼吸道及 眼结膜有强烈刺激作用。高密度吸入可引起喉头水
《煤矿安全规程》规定，进风口以下的空 气温度必须在2℃以上。生产矿井采掘工 作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐 室的空气温度不得超过30℃；当空气温度 超过时，必须缩短超温地点工作人员的工
作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作 面的空气温度超过30℃，机电设备硐室的 空气温度超过34℃时，必须停止作业。
2有害气体浓度表示法之间的换算
(1)由ppm换算成mg/m3。
M×ppm
mg/m3=
(1—2 )
22.4
式中 M—被测物质的分子量。
(2)由体积百分数浓度换算成mg/m3。先将体积百分 数浓度值乘以1000000变成ppm，再用式(1—2)换 算成mg/m3。
《煤矿安全规程》对矿井有害气体浓度作了规定
5、氨
氨的分子式是NH3，分子量为17.03，密度为 0.771kg/m3,相对密度为0.597。 氨是无色有恶臭气味的刺激性气体，极易溶于水而 形成氢氧化铵(氨水)，也容易从水溶液中逸出。我 国某些矿井岩层中有天然氨涌出，如铁法矿区和峰 峰矿区的万年矿等。便尿也放出氨。
低浓度氨对眼和上呼吸道粘膜有刺激作用。吸入高 浓度的NH3会引起支气管炎症及中毒性肺炎、肺水 肿。空气中氨浓度大于2%时可引起皮肤和眼结膜、 角膜的灼伤。
名称 一氧化碳(CO)
氧化氮
二氧化硫(SO2) 硫化氢(H2S)
氨(NH3)
最高允许浓度/% 0.0024 0.00025 0.0005 0.00066 0.004
对二氧化碳(CO2)允许浓度的规定：采掘工作面的 进风流中，CO2浓度不超过0.5%；矿井总回风巷中 CO2浓度超过0.75%时，必须立即查明原因进行处 理；采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中CO2浓 度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，采取措 施进行处理。
590 微量
氧是人类生存必需的元素。氧的分子式为O2，分子 量32.0，密度1.42kg/m3，相对密度1.105。新鲜空 气中氧气约占21%，地面空气的氧气含量是稳定的， 一般情况下，不会发生减少的现象。在与外界自然 环境相对隔离的场所，如无良好的通风，氧气含量 可有所降低。如矿井下，由于人的呼吸、矿物氧化、 坑木腐烂、爆破、煤自燃等消耗大量氧气，如通风 量不足就会造成空气中的氧气含量降低。由于人体 有一定的代偿能力，空气中氧气含量轻微降低对人 体无明显危害，氧气含量在16%以上时，人还能正 常生活。当氧气含量降至7%～8%时，是一个危险 界限，此时机体的代偿能力急剧衰退，体温下降， 可因缺氧窒息而死亡。
2饱和湿度
饱和湿度是指在一定温度下，单位体积空 气中所能容纳水蒸气的最大值。可从有关 资料中查出某一气温下所对应的饱和湿度， 例如气温20℃时饱和湿度为17.16g/m3， 30℃时为30.14g/m3。
3.相对湿度 通常情况下，空气中水蒸气的含量总是 低于饱和状态的。如果绝对湿度离饱和 状态较远，水容易蒸发成水蒸气，人们 就感到干燥；反之，离饱和状态较近时， 由于水不容易蒸发，人们就感到潮湿。 如果空气的绝对湿度相同，由于温度的 不同，它们离开饱和状态的远近也不同， 干湿的程度也就不同。
为了便于比较有害气体与干燥空 气两者密度的大小，人们常用相对 密度这一概念。相对密度是指在标 准状态下，某种气体密度与干燥空 气密度(1.293kg/m3)之比。相对密 度小于1，说明该种气体比空气轻； 反之，则说明比空气重。
(三)空气的湿度
1.绝对湿度
绝对湿度是指在一定温度下，单位体积或 单位质量的空气中所含水分的质量，单位 常以g/m3，g/kg表示。