1 矿井空气
通风课后习题
《通风安全学》课程复习思考题与习题安徽理工大学能源与安全学院安全工程系编二00六年三月《通风安全学》复习思考题与习题第一章矿井空气1-1地面空气的主要成分是什么？矿井空气与地面空气有何区别？1-2氧气有哪些性质？造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是什么？1-3矿井空气中常见的有害气体有哪些？《煤矿安全规程》对矿井空气中有害气体的最高容许浓度有哪些具体规定？1-4 CO有哪些性质？试说明CO对人体的危害以及矿井空气中CO的主要来源。
1-5防止井下有害气体中毒应采取哪些措施？1-6什么叫矿井气候条件？简述气候条件对人体热平衡的影响。
1-7何谓卡他度？从事采掘劳动时适宜的卡他度值为多少？1-8《煤矿安全规程》对矿井空气的质量有那些具体规定？1-9某矿一采煤工作面CO2的绝对涌出量为7.56m3/min,当供风量为850m3/min时，问该工作面回风流中CO2浓度为多少？能否进行正常工作。
1-10井下空气中，按体积计CO浓度不得超过0.0024%，试将体积浓度Cv(%)换算为0℃及101325Pa状态下的质量浓度Cm(mg/m3)。
第二章矿井空气流动基本理论2-1 说明影响空气密度大小的主要因素，压力和温度相同的干空气与湿空气相比，哪种空气的密度大，为什么？2-2 何谓空气的静压，它是怎样产生的？说明其物理意义和单位。
2-3 何谓空气的重力位能？说明其物理意义和单位。
2-4 简述绝对压力和相对压力的概念，为什么在正压通风中断面上某点的相对全压大于相对静压；而在负压通风中断面某点的相对全压小于相对静压？2-5 试述能量方程中各项的物理意义。
2-6 在用压差计法测定通风阻力，当两断面相等时，为什么压差计的读数就等于通风阻力？2-7 动能校正系数的意义是什么？在通风工程计算中为什么可以不考虑动能系数？2-8 分别叙述在单位质量和单位体积流体能量方程中，风流的状态变化过程是怎样反映的？2-9 为什么风道入口断面的绝对全压可认为等于入口外面的大气压（或绝对静压），风道出口断面的绝对静压等于出口外面的大气压（或绝对静压）？2-10 抽出式通风矿井的主要通风机为什么要外接扩散器？扩散器安装有效的条件是什么？2-11 作为通风动力的通风机全压在克服风道通风阻力中起什么作用？已知通风机的进出口断面上的全压如何求算通风机全压？2-12 用压差计法测定通风阻力时，如果胶皮管中的空气温度大于井巷中的空气温度，测出的压差是否等于通风阻力？偏大还是偏小？=12.1324N/m3）γ=1.2380kg/m3，v=0.8078m3/kg，ρ为75%，求空气的密度、比容和重率。
矿井空气中的主要成分
矿井空气中的主要成分矿井空气是指位于地下矿井内的空气组成。
由于矿井深处通常没有充分的氧气供应，所以矿井空气中的成分与地表空气有所不同。
本文将详细介绍矿井空气中的主要成分。
首先，矿井空气中的主要成分是氮气。
氮气是一种惰性气体，占据空气的主要比例，通常约占78%。
这是因为地球大气层中的氮气含量非常丰富，在进入矿井空间时会被带入其中。
其次，矿井空气中的第二主要成分是氧气。
与地表空气相比，矿井空气中的氧气含量会下降，通常约为21%左右。
这是由于矿井深入地下，氧气很难通过自然通风或其他机制到达矿井深处。
因此，在矿井中，氧气供应可能是有限的。
然后，矿井空气中的第三主要成分是水蒸气。
矿井地下通常存在一定的地下水位，水蒸气会从地下水面向上蒸发，进入矿井空间。
水蒸气的含量通常取决于地下水位高低以及矿井通风状况等因素。
此外，矿井空气中还可能含有其他气体，如甲烷、硫化氢、一氧化碳等。
这些气体通常来自煤层瓦斯或其他地质作用的副产物。
这些气体的浓度和含量与具体矿井的地质条件相关，因此每个矿井的气体组成可能不同。
对于矿井空气的成分控制和处理，矿井通常会采取一系列的安全措施。
例如，通过通风系统提供足够的氧气供应，确保矿工能够呼吸到足够的新鲜空气。
此外，矿井也会安装气体探测器，以及相应的报警系统，及时发现和处理异常的气体浓度。
综上所述，矿井空气的主要成分主要包括氮气、氧气和水蒸气。
此外，矿井地下的特殊环境可能导致其他气体的存在，如二氧化碳、甲烷等。
理解和控制矿井空气的成分对矿工的健康和安全至关重要。
因此，在矿井开采过程中需采取相应的措施来确保矿工的生命安全。
矿井空气
井巷中的允许风流速度
井 巷 名 称
表⑹
允许风速%（m/s)
最低
无提升设备的风井和风硐 专为升降物料的井筒 风桥 升降人员和物料的井筒 主要进、回风巷 架线电机车巷道 运输机巷，采区进、回风巷 采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷 掘进中的岩巷 其他通风行人巷道 1.00 0.25 0.25 0.15 0.15
最高
15 12 10 8 8 8 6 4 4
对于有瓦斯涌出的架线 电机车大巷， 规程也 规定了最低风速为 1.0m/s的要求。这主要 是考虑了由于风速低在 大巷的顶部容易积聚瓦 斯， 形成瓦斯层（又 称瓦斯云）， 当架线 电机车通过时常会发生 瓦斯燃烧与爆炸事故。
最高允许风速的规定
井巷中的最高允许风速的规定，主要是从人体的劳 动安全和健康及作业环境的要求来考虑的。 • 大巷中风速超过一定的数值，行走不便， 听觉也 受一定的影响， 在一些机车巷道中行走安全性差。 • 采掘工作面和采区的最高允许风速的规定，主要 是从采掘工作面和采区风巷的通风能力和防止煤 尘飞扬等因素考虑的。风速过高对降尘不利。一 般认为最优排尘风速为1.5-2.0m/s。
二、矿井空气
• ㈠、矿内空气概述 • 矿内空气是矿井井巷内气体的总称，它包括地面 进入井下的新鲜空气和井下产生的有毒有害气体及浮尘。 • ㈡、地面空气的组成 • 地面空气主要由氧气O2占（20.96%）、氮气N2（ 79%）、二氧化碳CO2（0.04%）还有水蒸汽微生物和尘埃 等。
• 氧气 氧气是无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密 度为1.105，人体必须不断的吸入氧气，呼出二氧化碳， 以维持正常的生理机能
• 二氧化硫： • 有剧毒，能强烈刺激Байду номын сангаас及呼吸道黏膜。其主要来源 有：含硫矿物的氧化、燃烧，在含硫矿体中爆破以及含硫 矿层中涌出。 • 硫化氢： • 有剧烈的毒性，强烈刺激眼睛及喉咙。中毒时感到 头痛、呕吐乏力，严重时失去知觉，抽筋直至死亡。其只 要来源有：坑木等有机物腐烂和含硫矿物水化所产生的； 老空区积水中可能积存硫化氢，搅动时会放出；有些煤体 中也会涌出硫化氢。
煤矿矿井空气与有害气体
矿井空气的主要成分
氧气
是维持人体正常生理功能的重 要气体之一，占矿井空气的 18%-21%。
氮气
占矿井空气的50%-70%，是矿 井空气中的主要成分。
二氧化碳
占矿井空气的0.03%-0.06%，主 要来源于煤的氧化和生物呼吸。
甲烷
占矿井空气的0.01%-0.04%，主 要来源于煤层和岩石的天然释放。
矿井空气的质量标准
氧气浓度
根据《煤矿安全规程》，矿井内氧气 浓度不得低于18%。
甲烷浓度
根据《煤矿安全规程》，矿井内甲烷 浓度不得超过1%。
二氧化碳浓度
根据《煤矿安全规程》，矿井内二氧 化碳浓度不得超过0.5%。
其他有害气体浓度
如一氧化碳、硫化氢等其他有害气体， 其浓度也需符合相关安全标准。
02 有害气体
01
02
03
煤的不完全燃烧
在矿井中，煤在高温下不 完全燃烧会产生一氧化碳 等有害气体。
有机物的分解
在矿井中，有机物在缺氧 条件下分解会产生硫化氢、 甲烷等有害气体。
硝酸盐的分解
在矿井中，硝酸盐在高温 下分解会产生二氧化氮等 有害气体。
有害气体的危害
一氧化碳 硫化氢
甲烷 二氧化氮
可引起人体中毒，损害中枢神经系统，导致头痛、恶心、呕吐 等症状，严重时甚至可能导致窒息死亡。
定期检查通风设施，确保其完 好无损，能够正常工作。
合理布置通风设施，确保风 流能够顺畅地流动，避免出 现风流短路或风流受阻的情
况。
定期进行通风系统调整，确保 风流能够按照设计路线流动， 避免出现风量分配不均或风流
不稳定的情况。
定期检测矿井空气中有害气体含量
01
建立完善的检测制度，定期对矿井空气中有害气体进行检测， 包括一氧化碳、瓦斯、硫化氢等。
矿井空气的名词解释
矿井空气的名词解释当谈到矿井空气时，我们通常指的是煤矿或其他矿山中的气态环境。
矿井空气与自由空气存在明显差异，主要由氮气、氧气、二氧化碳、甲烷等组成。
这些气体的特性和浓度对矿工的安全和健康具有重要影响。
以下将进一步探讨矿井空气的组成、流动和污染等相关问题。
1. 矿井空气的组成矿井空气主要由氮气（N2）、氧气（O2）、二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）等气体组成。
氮气占空气的主要成分，约占78%，它在矿井空气中的浓度也较高。
氧气是矿工维持生存所需的重要元素，占空气的约21%。
二氧化碳主要通过人员和设备的代谢作用产生，浓度占空气的约0.03%。
甲烷是煤矿中常见的可燃气体，其浓度随矿井深度的增加而增加。
2. 矿井空气的流动矿井空气的流动是指空气在矿井内的传递和交换过程。
矿井的开拓和挖掘会破坏地下原有的气流平衡，因此需要通过适当的通风系统来保持空气的流通。
通风系统可以分为主通风和局部通风两种形式。
主通风是指通过采风井和回风井进行的整体通风，局部通风则是在矿工作面局部设置的通风设施。
矿井空气的流动对于矿工的安全至关重要。
良好的通风系统可以将有害气体及时排出，防止煤尘和甲烷积累引发爆炸和窒息事故。
此外，通风还有助于控制矿井温度和湿度，提供舒适的工作环境。
3. 矿井空气的污染矿井空气的污染主要来自于煤矿开采过程中产生的废气和煤尘。
废气包括煤的燃烧产物和人员、设备的代谢产物，如二氧化碳、一氧化碳、硫化物等。
这些废气中含有大量有毒有害物质，对矿工的身体健康造成威胁。
另外，煤尘也是煤矿空气中的重要污染源。
煤尘产生于采煤、运输和处理过程中，它不仅有机械性地影响呼吸道，还会在空气中悬浮，并引发尘爆和呼吸系统疾病。
为了保护矿工的健康，减少空气污染对矿井环境的影响，各国对煤矿采取了一系列的措施，如加强通风、降低煤尘产生和处理废气等。
4. 矿井空气的检测为了监测和控制矿井空气的质量，矿山通常配备空气检测系统。
这些系统可以实时监测矿井中的氧气浓度、甲烷浓度、二氧化碳浓度等参数，并通过报警器提醒矿工注意安全。
矿井通风与安全-1矿井空气及调节
教学模块Ⅰ矿井空气及调节1.1 矿井空气成分、性质和变化规律1.1.1 矿井空气的成分矿井空气的主要来源是地面空气，但地面空气进入井下以后会发生物理和化学两种变化，变化，因而矿井空气在成分、质量和数量都和地面空气有着程度不同的区别。
1.1.1.1地面空气成分的种类和数量地面空气是干空气和水蒸气组成的混合气体，通常称为湿空气。
在混合气体中，水蒸气的浓度随地区和季节而变化，其平均的体积浓度约为1%；此外还含有尘埃和烟雾等杂质，有时能污染局部地区的地面空气。
新鲜空气无色，无味和无臭，是维持生命所必需的，并能助燃。
1.1.1.2 矿井空气的主要成分及生成上面提到，地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成分种类增多，各种成分的浓度也发生改变。
1.矿井空气的主要成分就煤矿而官，井下空气的成分种类共有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、N02、H 2、NH3、水蒸气和浮尘十二种。
由于各矿的具体条件不同，各矿的井下空气成分种类和浓度都有一定的差异。
在上述成分中，氧是井下人员呼吸所必需的，必须保持足够的浓度，其余九种(水蒸气除外)气体和浮尘，超过一定浓度时，对人体都是有害的，必须把它们的浓度降低到没有危害的程度．在这九种气体中CO、H2S、SO2和N02超过一定浓度时，还能使人体中毒。
故称这九种气体为有害有毒气体，又名为广义的矿井瓦斯，而狭义的矿井瓦斯则专指CH4。
CH4是煤矿井下昔遍存在的气体，在一定浓度范围内，具有爆炸性。
所以，CH4是煤矿井下最危险的气体。
煤矿井下经常出现且数量较多的气体是CH4和CO2，它们是计算矿井所需风量的主要根据。
2.物理变化井下的物理变化有：气体混入：沼气(CH4)、二氧化碳和硫化氢(H2S)等气体从地层中涌出到井下空气中。
多数矿井有沼气涌出现象,沼气涌出量的大小各矿不同，有些矿井沼气涌出量高达40～50m3/min，有些矿井还伴随沼气涌出氮(N2)二氧化硫(SO2)和氢(H2)等气体。
1、矿井通风
1、矿井通风矿井通风一、矿井通风1、矿井通风的重要性“一通三防”是煤矿安全生产中的重中之重。
“一通三防”中的“一通”就是指通风，“三防”是指防瓦斯、防尘、防自燃发火。
煤矿安全生产“十二字方针”中的“以风定产”，就是以通风能力核定生产能力。
只要有人正常作业的地方就必须保证有效通风。
有效的矿井通风是煤矿安全生产的最基本的保证。
2、矿井空气矿井空气是指地面空气进入矿井井巷，成份上和物理特性上可能产生不同程度变化的空气。
3、矿井通风的任务一是供给井下各工作地点足够的新鲜空气；二是调节矿井空气的温度和湿度；三是稀释、排出有毒、有害、有爆炸性的气体和粉尘，并使它们的浓度不超过《煤矿安全规程》的规定值。
4、井下空气的主要成分矿井空气主要来自地面。
地面空气的成分按体积计算所占的百分比为：氧气20.96% 氮气79% 二氧化碳0.04%此外，还有少量的水蒸气、尘埃和稀有惰性气体等。
氧气：是一种无色、无味无嗅的气体。
他能助燃和供人呼吸，氧气是维持井下人员呼吸不可缺少的气体。
人在休息时所需氧气量平均为0.25L/min，行走和工作时为1~3 L/min。
煤矿安全规程规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不得低于20%。
氮气：是一种无色、无味、无嗅、比重和空气相似、化学性质稳定的惰性气体。
二氧化碳：是一种无色、略带有酸臭味不助燃气体。
比重比空气重。
规程规定，采掘工作面的进风流中，二氧化碳的浓度不得超过0.5%。
6、新鲜空气：地面空气通过井筒进入井下而不经过作业区，其成份变化一般不大（氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不大于0.5%、其他有害气体浓度低于《煤矿安全规程》规定），称之为新鲜空气或进风流。
污染空气（回风流或乏风流）：进风流经过作业区（如采掘工作面、硐室等），进如回风巷，空气中的成份发生了一系列的变化，氧气减少，有害气体和矿尘浓度增加，此种空气称为污染空气，也叫回风流或乏风流。
7气体名称最高允许浓度（%）一氧化碳0.0024二氧化氮0.00025二氧化硫0.0005硫化氢0.00066氨气0.0048、防治井下有毒有害气体的主要措施（1）确保有效的矿井通风，保证井下各用风地点风质风量，将各种有毒有害气体冲淡到安全浓度以下并排出矿井。
矿井通风学习情境1 矿井有害气体防治与气候条件改善
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2）矿井温度测定 ①掘进工作面空气的温度测点，应设在工作面距迎 头2m处的回风流中。 ②长壁式采煤工作面空气温度的测点，应在工作面 内运输巷道空间中央距回风道口15m处的风流中。 采煤工作面串联通风时，应分别测定。 ③机电硐室空气温度的测点，应选在硐室回风道口 的回风流中。
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（2）矿井空气的湿度 1）矿井空气的湿度 表1-12 在标准大气压下不同温度时的饱和水蒸气量、 饱和水蒸气压力
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（2）试验内容与步骤 1）试样气体制备 一氧化碳试样气体制备的方法如图1-3所示， 在长颈漏斗中盛蚁酸，圆底烧杯中盛浓硫酸并加 热，其反应式如下
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图1-3 一氧化碳试样制备方法
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图1-4 二氧化碳试样制备方法
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2）测定方法 （3）实训数据记录表格 表1-6 CO，NO2，H2S，SO2，NH3浓度记 录表
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表1-1 地面干空气组成成分
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二、矿井空气 1.矿井空气的主要成分及其基本性质 （1）氧气 表1-2 人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系
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பைடு நூலகம்
（2）氮气 （3）二氧化碳 表1-3 空气中二氧化碳浓度对人体的影响
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2.工业卫生标准 矿井空气的主要成分中，由于氧气和二氧化碳 对人员身体健康和安全生产影响很大，所以 《煤矿安全规程》（2009版）（以下简称《规 程》）对其浓度标准做了明确规定。主要如下： 《煤矿安全规程》第一百条规定：井下空气 成分符合下列要求：采掘工作面的进风流中，氧 气浓度不低于 20% ，二氧化碳浓度不超0.5% 。
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任务 1 矿井空气主要成分识记 一、地面空气 地面空气又称为大气，是由多种气体组成的混合气 体。大气中除了水蒸气的比例随地区和季节变化 较大以外，其余化学组成成分相对稳定，尽管随 时间、地点和海拔高度有所变化，但变化不大。 一般将不含水蒸气的空气称为干空气，它的组成 成分和体积百分比分别为氧气（20.96%）、氮气 （79%）和二氧化碳（0.04%）。
矿井通风与安全第1章 矿井空气与需风量
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(1)回采工作面(采场)需风量 1）按工作面涌出瓦斯量计算
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2）按工作面风流温度计算 3）同时放炮药量计算
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4）按同时工作最多人数计算 5）按最高、最低风速验算
(2)掘进工作面需风量 计算方法与回采工作面(采场)风量大体相同，详见 第5章。
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(3)硐室需风量 采区内独立通风的每个硐室所需风量，应根据各类 硐室分别进行计算。 1)机电硐室需风量
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1.2.5 矿（岩）尘 煤尘、岩尘和水泥尘的总称为矿尘。煤尘，只要浓 度、温度和氧适量，就可爆炸；日伪时期本溪煤矿发生 煤尘爆炸，死亡1 549人；新中国成立后，1960年5月9 日13：45，山西大同矿务局老白洞煤矿发生煤尘爆炸， 井下912人中，有684人死于井下。
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1.3 矿井气候条件
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1.2 矿内空气中的有害气体和矿（岩）尘
1.2.1 瓦斯(CH4) 瓦斯，也称为甲烷。它本身无毒，但其浓度达到一 定时可使人窒息或发生爆炸。 1)矿井瓦斯：矿井内释放出的90%以上的甲烷及少 量乙烷等气体的总称。 2)矿井瓦斯涌出：瓦斯比较均匀的从煤岩中泄（排） 出。 3)瓦斯涌出量: ①绝对瓦斯涌出量：在一定时间内CH4涌出的容积 量，以m3/min或m3/d为单位，用Qg表示。
2)炸药他硐室需风量
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(4)其他巷道需风量（维护巷道，行人需风） 1)按空气中的瓦斯允许浓度计算
2)按最低风速(0.15～0.25 m/s)验算
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(5)矿井需风量（矿井进风量） 1)按各用风点风量相加并计入漏风进行计算，则矿 井需风量为
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1.3.3 风速 煤矿或非煤矿,井巷风速不能太小，也不能太大。既 要保证有效地排除有害气体和浮尘，同时又要创造适宜 的气候条件。对此,相应的行业规程有如下规定： ①专门升降物料的井筒，允许最大风速12 m/s； ②升降人员与物料的井筒，允许最大风速8 m/s； ③架线电机车巷道，允许最小风速1.0 m/s，允许最 大风速8 m/s； ④回采工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷允许最小 风速0.25 m/s，允许最大风速4 m/s。
1矿井空气及有害气体
第二节 矿井空气中的有害气体
CO中毒症状与浓度的关系
CO（ % ）
主要症状
0.02 2～3小时内可能引起轻微头痛
0.08
0.32 1.28
40分钟内出现头痛,眩晕和恶心。2小时内发生体 温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能出现昏 迷
5～10分钟内出现头痛，眩晕。半小时内可能出 现昏迷并有死亡危险。
第一 节 矿井空气成份
三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 《规程》第100条, 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。
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。 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。
第二节 矿井空气中的有害气体
３、二氧化氮（NO2）
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。
第二节 矿井空气中的有害气体
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。
性质: 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。
(一)矿井空气
中的氨气浓度达到30%时遇火有爆炸性。
氨气有剧毒。它对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿，严重时 失去知觉，以致死亡。 氨气主要是在矿井发生火灾或爆炸事故时产生。
2、矿井空气中的有害气体及其检测
矿 井 空 气
一、主要有毒有害气体的种类及其性质 6、氢气（H2）
氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07，是井下最轻的有害气体。空气中 氢气浓度达到4%~74%时具有爆炸危险。 井下氢气的主要来源是蓄电池充电。此外，矿井发生火灾和爆炸事故中也 会产生。 除了上述有害气体之外，矿井空气中最主要的有害气体是甲烷（CH4）， 又称沼气。它是一种具有窒息性和爆炸性的气体，对煤矿安全生产的威胁最大 。在煤矿生产中，通常把以甲烷为主的这些有毒有害气体总称为瓦斯。
1、矿井空气的主要成分
矿 井 空 气
2、氮气（N2）
无色、无味、无臭的惰性气体，相对密度为0.97，微溶于水，不助燃，无 毒，不能供人呼吸。 氮气在正常情况下对人体无害，但当空气中的氮气浓度增加时，会相应降 低氧气浓度，人会因缺氧而窒息。 矿井中的氮气主要来源于：井下爆破；有机物的腐烂；天然生成的氮气从 煤岩中涌出等。
氢
NH3
H2
0.004
0.5
2、矿井空气中的有害气体及其检测
矿 井 空 气
三、矿井有毒有害气体的检测方法 1、瓦斯（CH4）
煤矿中用于检测瓦斯的仪器有光学瓦斯检定器、瓦斯检测报警 仪、瓦斯断电仪等。
2、矿井空气中的有害气体及其检测
矿 井 空 气
三、矿井有毒有害气体的检测方法 2、 CO、NO2、H2S、SO2、NH3、H2
2、矿井空气中的有害气体及其检测
1矿井空气及气候条件
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 287.05 J/kg.K空气密度（0℃，1atm） 1.293 kg/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0~4%。
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。
1矿井空气
1 矿井空气矿井的空气主要来自地面空气，地面空气进入井下后，会发生一些物理、化学的变化，所以，矿井空气的组分无论在数量上还是质量上和地面空气都有较大的差异。
1.1矿井空气组分1．1．１地面空气组分地面空气是干空气和水蒸气组成的混合气体。
干空气一般由以下几种主要气体混合而成。
其组分如表1-1 所示。
表1-l 地面干空气组分在混合气体中，除水蒸气外，还有尘埃和烟雾等杂质。
水蒸气的浓度随地区和季节而变化。
1.1.2矿井空气组分地面空气进入矿井后，因发生一些物理、化学的变化，使其组分发生较大变化。
1.1.2.1物理变化(1)气体混人：沼气、碳氧化合物、硫化氢、氮氧化合物、碳氢化合物等气体混入井下空气中。
(2)固体混入：井下各种作业所产生的微细矿尘、岩尘和其他杂尘悬浮在井下空气中。
(3)气象变化：主要由于井下空气的温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。
井下空气物理变化的结果，不仅使井下空气成分种类增多，而且各种成分的浓度亦发生变化。
1.1.2.2化学变化(1)井下物质的氧化：煤、坑木、硫化物矿物等的氧化产生碳氧化合物、硫化物等气体。
(2)爆破作业：矿井内实施爆破作业，爆破产生大量的一氧化碳和氮氧化合物等有毒、有害气体。
有毒、有害气体的种类和数量与炸药的性质、爆炸条件及介质有关。
(3)井下火区：井下火区氧化和含硫矿物缓慢地氧化，会产生大量一氧化碳、二氧化硫、氨气等。
(4)充电硐室电解：井下充电硐室充电过程中，液体电解产生氢气。
化学变化的结果，不仅使井下空气的成分种类和浓度发生变化，而且各种化学变化都要消耗空气中的氧气而产生二氧化碳，使井下空气中的氧含量削减，二氧化碳含量增加。
综上所述，地面空气进入井下，由于发生一些物理、比学变化，使得空气组分发生变化，其组分种类通常包括：O2、CH4、CO2、CO、H S、S0 、N 、NO 、H 、NH 、水蒸气和浮尘等十几种。
井2 2 2 x 2 3下空气的主要成分见表1-2。
第一章矿井空气
第一章矿井空气一、解释题1.新鲜空气：相对地面空气而言，枉成分和性质上变化程度不大的矿井空气称为新鲜空气，简称新风。
2.污浊空气：把经过井下工作面使用或受到井下浮尘和有害气体污染的，在成分和性质上变化程度较大的矿井空气称为污烛空气，简称污风或乏风。
3恒温带：岩层温度常年保持恒定不变的地带。
4地温率：是指在恒温带以下，岩层温度增加1℃时所增加的垂直深度（m）。
5绝对湿度：是指1,m3或1kg空气中所含水蒸气的克数，用f表示，单位是9/m3或9/9kg 6相对湿度：是指某一体积空气中实际含有的水蒸气量（f）与同温度下的饱和水蒸气量（f饱）的百分比。
二、填空题1地面大气的主要成分是氧气（O2）、氨气（N2)和二氧化碳（CO2),按体积计算他们在空气中所占有的比率（％）分别为20.90、78.13和0.03.2?煤矿安全规程?（以下简称?规程?）第一百条第二款对一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫和氨气等5种有害气体的最高允许浓度作了具体规定，其最高允许浓度分别是0.0024％、0.00025％、0.005％和0.04％.3人对氧气的需求是随人的体质强弱及劳动强度大小而定的，休息时，平均需氧量为025L/min，进行工作和行走时需氧量为1~3L/min。
空气中氧气浓度为21%左右时，最有利于人的呼吸。
4?规程?规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%。
5检测矿井空气成分及其浓度的方式有人工定点、定时检测和自动检测；人工检测方法有2种，1种称之为取样化验分析法另1种称之为就地检测法。
检定管检测法属就地检测法。
6检定管主要由外壳、堵塞物、保护胶、隔离层和指示胶等组成。
堵塞物用的是玻璃丝布、防声棉或耐酸涤纶，它对管内物质起固定作用。
保护胶是用硅胶作载体吸附试剂制成，其用途是除去对指示胶变色有干扰的气体。
隔离层一般用的是有色玻璃粉或其他惰性有色颗粒物质，它对指示胶起界限作用。
矿井空气及其调节
矿井空气及其调节引言矿井是地下开采矿石及其他矿产资源的地方，由于地下环境的封闭性和特殊的作业条件，矿井内的空气质量一直是需要关注的问题。
良好的空气质量对矿工的健康和安全至关重要。
本文将介绍矿井空气的组成，分析矿井空气的污染源，并探讨矿井内的空气调节措施。
矿井空气的组成矿井空气主要由以下几种气体组成：1.氧气（O2）：矿井内的氧气是矿工进行呼吸所需的氧气来源。
合适的氧气含量能够保证矿工的正常呼吸和身体机能的正常运作。
2.氮气（N2）：矿井空气中的氮气含量很高，大约占总体积的78%。
氮气对矿工的健康并没有直接的影响，但是过高的氮气含量会导致氧气浓度不足，引发缺氧问题。
3.二氧化碳（CO2）：矿井内矿工的呼吸会产生二氧化碳。
在正常情况下，适量的二氧化碳不会对人体健康产生影响。
然而，如果矿井内通风不良，二氧化碳浓度过高可能会导致一氧化碳中毒，严重危及矿工的生命安全。
矿井空气污染源矿井空气中存在多种污染物，主要包括：1.矿尘：矿井开采和运输过程中产生的矿石粉尘会悬浮在空气中，矿尘含有多种有害物质，例如二氧化硅、铅等重金属，对矿工的呼吸系统和肺部健康造成损害。
2.有毒气体：部分矿井中可能存在硫化氢（H2S）、氨气（NH3）等有毒气体的释放，这些有毒气体会对矿工的健康和安全造成威胁，需要采取相应的防护措施。
3.挥发性有机物（VOCs）：矿井中的某些作业过程会产生挥发性有机物，这些化合物具有较强的臭味，长期暴露可能对矿工的呼吸道和皮肤造成损害。
矿井空气调节措施为了改善矿井内的空气质量，保障矿工的健康和安全，需要采取一系列的空气调节措施，包括：1.矿井通风：通风是保持矿井内空气清新的重要手段。
通过设置通风系统和合理的通风管道，可以有效地排除矿尘和有害气体，保持矿井内的氧气含量和二氧化碳浓度在安全范围内。
2.防护设备：在某些有毒气体较多的矿井中，矿工需要佩戴适当的防护设备，如呼吸器、防毒面具等，以保护自身免受有害气体的侵害。
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1.2 矿井空气中的有害气体
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
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
4.谁能阻挡煤炭企业的前进步伐？
2
通风安全学的产生
Ventilation and Safety of Mines
我们需要解决的问题是：
1.我们需要什么样的空气？ 2.我们需要多少风量？ 3.如何产生这些风量？ 4.如何使这些风量合理分配到各用风地点？
3
学习中需要注意的几个问题
Ventilation and Safety of Mines
2.《矿井通风与安全》吴中立主编 中国矿大出版社
3.《煤矿安全规程》
5
目录
第一部分 通风工程
第1章 矿井空气
Ventilation and Safety of Mines
第2章 矿井空气流动理论
第3章 井巷通风阻力 第4章 通风动力
第5章 矿井通风网络中风量分配与调节
第6章 局部通风 第7章 通风系统与通风设计
一、基本性质
１、一氧化碳（CO） 一氧化碳是一种无色、• 味、• 臭的气体。 无 无 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。
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1.2 矿井空气中的有害气体
Ventilation and Safety of Mines
22
1.2 矿井空气中的有害气体
5、氨气（NH3）
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.596， 易溶于水，空气浓度中达30％时有爆炸危险。
主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，
干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下： 按体积计／％ 按质量计／％ 备注
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
气体成分
氧气（ O2 ）
氮气（N2）
20.96
79.0
23.32
76.71
惰性稀有气体氦、
氖、氩、氪、
二氧化碳（CO2）0.04
0.06
氙等计在氮气中
当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5％或
采区、• 掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度 采 超过பைடு நூலகம்.5％时，必须停工处理。
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1.2 矿井空气中的有害气体
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
空气中常见有害气体：CO、NO2、SO2 、NH3 、H2
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。
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1.2 矿井空气中的有害气体
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
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：
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 1矿井空气 250～300倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液 1.1矿井空气成分 中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会， 1.2矿井空气中有 使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。 害气体 0.08%，40分钟引起头痛眩晕和恶心，0.32%，5～10分钟 1.3矿井气候 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。
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
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1.1 矿井空气成分
1．氧气(O2)
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
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。 劳动强度 休 息 轻 劳 动 中度劳动 重 劳 动 极重劳动 人体需氧量与劳动强度的关系 呼吸空气量（L/min） 氧气消耗量（L/min） 6-15 0.2-0.4 20-25 0.6-1.0 30-40 1.2-2.6 40-60 1.8-2.4 40-80 2.5-3.1
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。
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1.2 矿井空气中的有害气体
３、二氧化氮（NO2）
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
二氧化氮是一种褐红色的气体，有强烈的刺
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。
9
1.1 矿井空气成分
Ventilation and Safety of Mines
必修课程
矿井通风与安全
Ventilation and Safety of Mines
第一章
矿井空气
主讲教师：王洪梁 黑龙江科技大学 2013.8
1
引子
Ventilation and Safety of Mines
1.石油大学的学生如何看待采矿专业？ 2.采矿的学生如何看待石油开采？ 3.煤炭企业的贡献有多大？ 100×400=40000万元=4亿元
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1.1 矿井空气成分
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
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；
第8章 矿井空调技术概论
6
目录
第二部分 安全工程
第9章 矿井瓦斯
Ventilation and Safety of Mines
第10章 火灾防治
第11章 矿尘防治 第12章 矿山防水 第13章 矿山救护
7
本章需要解决的问题
1.我们需要什么样的空气？
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
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。
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1.1 矿井空气成分
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
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
Ventilation and Safety of Mines
Ventilation and Safety of Mines
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，• 引起喉炎和肺水肿。 可 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。
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。
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1.2 矿井空气中的有害气体
4、二氧化硫（SO2）
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
矿井空气中有害气体的最高容许浓度 有害气体名称 一氧化碳 氧化氮（折算成NO2） 二氧化硫 硫化氢 氨 符号 CO NO2 SO2 H2S NH3 最高容许浓度/% 0.0024 0.00025 0.0005 0.00066 0.004
制定标准时留有比较大的安全系数
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1.3 矿井气候
矿井气候：
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
2.矿井中哪些气体有害？他们是从哪儿
来的？对他们的控制要求是什么？
3.如何评价矿井气候条件？
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1.1 矿井空气成分
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候
Ventilation and Safety of Mines
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1.2 矿井空气中的有害气体
1矿井空气 1.1矿井空气成分 1.2矿井空气中有 害气体 1.3矿井气候