01通风安全学 第一章 矿井空气

尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差
异，但在新鲜空气中其主要成分仍然是氧、氮和二氧 化碳。在污浊空气中含有大量有毒有害气体：一氧化 碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫 化氢（H2S）等。
氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体。人 类在生命活动过程中，必须不断吸入氧气，呼出 二氧化碳。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。


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。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，可能积存于旧巷积水中。 空气中硫化氢浓度为4.3%～45.5%时有爆炸危险。 硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用。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。

CO是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为 0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。CO能燃 烧，浓度在13～75%时有爆炸的危险；CO与人体 血液中血红素的亲合力比氧大150～300倍（血红 素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞）。 一旦CO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”。
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二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，比重为 1.52，很难与空气 均匀混合，故常积存在巷道的 底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不 助然也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水 溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。在 新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的， 但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常 呼吸功能就不能维持。
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。

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。
129条 使用局部通风机通风的掘进工作面，不得停风；因检修、停 电、故障等原因停风时，必须将人员全部撤至全风压进风流处，并 切断电源。 恢复通风前，必须由专职瓦斯检查员检查瓦斯，只有在局部通风机 及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可由 指定人员开启局部通风机。
第136条 采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0% 或二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，采取措施， 进行处理。
劳动强度
呼吸空气量/L· min-1
氧气消耗量/L· min-1
休息
轻劳动 中度劳动
６～１５
２０～２５ ３０～４０
0.2～0.4
0.6～１.0 1.2～１.6
重劳动
极重劳动
４０～６０
４０～８０
1.8～2.4
2.5～3.0
氧浓度（体积）/%
17 15 10～12 6～9
主要症状
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 失去理智，时间稍长有生命危险 失去知觉，呼吸停止，如有及时抢救几分钟 内可能导致死亡

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。当气温低于体温时，对流和辐 射是人体主要的散热方式，温差越大，对流散热热量越多；当气温等于体
温时，对流散热完全停止，蒸发成了人体的主要散热方式，当气温高于体
温时，人体依靠对流不仅不能散热，反而要从外界吸热，蒸发几乎成了唯 一的散热方式 相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。

CO随空气吸入后，通过肺泡进入血液循环，与血 液中的血红蛋白（Hb）和血液外的其他某些含铁 蛋白质（如肌红蛋白、二价铁的细胞素等）形成 可逆性的结合。由于其与血红蛋白的亲和力要比 氧与血红蛋白的亲和力大240倍，故把血液内氧 合血红蛋白中的氧排挤出来，而形成碳氧血红蛋 白（HbCO）；又由于碳氧血红蛋白的离解比氧 合血红蛋白（HbO2）的离解慢3600倍，故 HbCO较之HbO2更为稳定。
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 。

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
主讲人：闫振国
西安科技大学 – 能源学院




矿井通风系统矿井的心脏与动脉，是保障矿井安 全的最主要技术手段之一。 矿井通风目的：为井下各工作地点提供足够的新 鲜空气，使其中有毒有害气体、粉尘不超过规定 值，并有适宜的气候条件。 矿井通风系统：主要通风机、通风网络巷道和通 风构筑物组成。 本章重点阐述矿内空气的主要成分、井下常见的 有害气体、矿井的气候条件。
主 要 症 状
0.02
2～3小时内可能引起轻微头痛
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
0.08
0.32
1.28
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。
几分钟内出现昏迷和死亡。
空气中一氧化碳的主要来源有：井下爆破；矿井火灾；煤 炭自然以及煤尘、瓦斯爆炸事故等。
《规程》规定：空气中二氧化硫含量不得超过0.0005%。


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。 二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼 睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀 作用，严重时可引起肺水肿。二氧化氮中毒有潜 伏期，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚 持工作。但经过6～24小时后发作，中毒者指头 出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、头痛、呕吐 甚至死亡。


氮气是一种惰性气体，是新鲜空气中的主要成分， 它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但空气中若 氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相对降低，从 而也可能导致人员的窒息性伤害。正因为氮气为 惰性气体，因此又可将其用于井下防灭火和防止 瓦斯爆炸。 矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和生物的 腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。
急性中毒临床表现 主要为中枢神经、心血管以及血液系统方面症状， 如剧烈头痛、头昏、恶心、呕吐；短暂昏厥、不同程 度意识障碍或昏迷，皮肤粘膜呈樱桃红色。 重者并发脑水肿、休克或严重心肌损害、呼吸衰 竭。出现以锥体系或锥体外系症状精神意识障碍为主 要表现的CO神经精神后发症或迟发脑病。

CO（ % ）
名 称 最高允许浓度（%）
一氧化碳CO 氧化氮（换算成NO2） 二氧化硫SO2 硫化氢H2S
0.0024 0.00025 0.0005 0.00066
氨NH3
0.004
第93条 修复旧井巷，必须首选检查瓦斯，当瓦斯积聚时，必须按 规定排放，只有在回风流中瓦斯浓度不超过1.0%、二氧化碳浓度不 超过1.5%、空气成分符合本规程第100条的要求时，才能作业。

人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qch
qm——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，qch=0； 当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高qch>0，人体温度降低， qch<0
数分钟内可导致死亡


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 炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。此外，有的煤层和岩 层中也能长期连续地放出二氧化碳，有的甚至能与 煤岩粉一起突然大量喷出，给矿井带来极大的危害。 《规程》规定：进风流中二氧化碳不超过0.5%；总 回风流中，二氧化碳不超过1%。
二氧化氮 （体积）/% 0.004
主 要 症 状 2～4小时内可出现咳嗽症状。
0.006
0.01 0.025
短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸疼。
短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹，严惩咳嗽， 恶心，呕吐。 短时间内可能出现死亡。
矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破工作 《规程》规定氮氧化合物不得超过0.00025%
《规程》允许浓度为0.004%


氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气 能自燃，其点燃温度比甲烷低100～200℃，当空 气中氢气浓度为4%～74%时有爆炸危险。 井下空气中氢气的主要来源：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。
第100条： 井下空气成分必须符合下列要求： （一）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%。 （二）有害气体的浓度不超过表1规定。 瓦斯、二氧化碳和氢气的允许浓度按本规程的有关规定执行。 矿井中所有气体的浓度均按体积的百分比计算。


在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中 加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能。 当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中 的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量 增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。
二氧化碳浓度 （体积）/%
1 3 5 6 7～9 9～11
主 要 症 状 呼吸加深，但对工作效率无明显影响 呼吸急促，心跳加快，头痛，人体很快疲劳 呼吸困难，头痛，恶心，呕吐，耳鸣 严重喘息，极度虚弱无力 动作不协调，大约十分钟可发生昏迷
《规程》规定硫化氢的允许浓度为0.00066%。
2003年12月23日22时左右，重庆市开县高桥镇的川东北 气矿16H井发生特大井喷事故，造成243人死亡。




氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，比重为 0.596，易溶于水，空气浓度中达30%时有爆炸危 险。 氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉 头水肿。 矿内空气中氨气的主要来源：爆破工作，用水灭 火等；部分岩层中也有氨气涌出。 《规程》允许浓度为0.004%。
地面空气主要成分
气体成份（分子式）
氮气（N2） 氧气（O2） 二氧化碳（CO2） 氩气，其它稀有气体
体积百分比（%）
78.09 20.95 0.03 0.93
质量百分比(%)
75.55
23.13 0.05 1.25


地面空气进入矿井以后，其成分和性质要发生一系 列变化，如氧浓度降低，二氧化碳浓度增加；混入 各种有毒、有害气体和矿尘；空气的状态参数（温 度、湿度、压力等）发生改变等。 一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程 度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气（新风）； 经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内 的空气，称为污浊空气（乏风）。
《规程》规定:矿内空气中CO浓度不得超过0.0024% 。
SO2是一种无色,有强烈硫磺味的气体，易溶于 水，在风速较小时，易积聚于巷道的底部。对眼睛有 强烈刺激作用。 SO2与水后生成都市硫酸,对呼吸器官有腐蚀作 用，使用喉咙和支气管发炎，呼吸麻痹,严重时引起 肺病水肿，当空气中含二氧化硫为0.0005%时，嗅 觉器官能闻到刺激味。0.002%时，有强烈的刺激， 可引起头痛和喉痛。0.05%时，引起急性支气管炎和 肺水肿，短期间内即死亡。
当空气中氧浓度降低时，人体就可能产生不良生理反 应，出现种种不适症状，严重时可能导致缺氧死亡。
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 煤岩和生产过程中产生的各种有害气体

在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入， 就可能引起人员的缺氧窒息。 《煤矿安全规程》规定，矿内采掘工作面的进风流中 氧含量不得低于20%
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 。