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。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

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》(GBl6423—2006) (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0．5％。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：①氧气的消耗，则氮气的浓度会相对增加。②从煤层或围岩中涌出氮气。③在矿井防灭火中人为注氮，惰化采空区时泄漏的氮气。④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10~20L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+2H2O—→Fe(OH)2+H2S十S

CaS+H2O+CO2—→CaCO3+H2S

Fe7S8+O2—→7FeS+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