第1章 矿井空气

人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系 •氧浓度/% 主要症状
有害气体
矿井气候
•17
•15
静止时无影响，工作时能产生喘息和呼吸困难
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
•10～12
•6～9
失去理智，时间稍长有生命危险
失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内 可能导致死亡
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有害气体
矿井气候
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空气成分
有害气体
矿井气候
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物理变化
气体混入（CH4,CO2,H2S)
固体混入(岩尘，煤尘，其他杂质） 气象变化 （温度、气压、湿度—体积、浓度）
化学变化
井下一切物质的 缓慢氧化
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爆破作业
火区氧化 （采空区自燃发火）
人员的呼吸
• 1813年开始用安全油灯照明并检查沼气和二气化碳的浓度。20世 纪40年代以来年种气体的检测技术有了较大的发展。特别是60年 代以来，风流中各参数(沼气和一氧化碳的浓度．风速、压力、温 度等)已经实现了遥测和遥讯。 • 1745年，俄国科学家M．B．лOMOHOCOB发表了空气在矿井流动的 理论，1764年法国采矿工程师JARS发表了关于矿井自然通风的理 论，成为矿井通风学科史上奠基的两篇论文。20世纪以来，发表 和出版了许多关于矿井通风的论文和专著。现在矿井通风已成为 内容丰富的一门学科。
二、矿井空气的主要成分及基本性质
空气成分
地面空气 矿井空气 质量标准
地面空气进入井下时，由于受到污染，其成分和性质要发 生变化。固有新鲜空气和污浊空所之分。 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。 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的氧、氮和二氧化碳。
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２、硫化氢（H2S） 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
空气成分 有害气体
基本性质 浓度标准
为主，浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。浓度标准0.00066%
H2S中毒症状与浓度的关系 H2S浓度（体积）/% 0.0025～0.003 0.005～0.01 主要症状 有强烈臭味 12小时内出现眼及呼吸道刺激症状，臭味 “减弱”或“消失” 0.015～0.02 出现恶心，呕吐，头晕，四肢无力，反应 迟钝。眼及呼吸道有强烈刺激症状 0.035～0.045 0.5～1小时内出现严重中毒，可发生肺 炎，支气管炎及肺水肿，有死亡危险 0.06～0.07 很快昏迷，短时间内死亡
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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：造成人体血液“窒息”。
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空气成分
有害气体
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１、一氧化碳（CO）
空气成分 有害气体
基本性质 浓度标准
CO中毒症状与浓度的关系
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有害气体
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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
空气成分 有害气体
基本性质 浓度标准
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，
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有害气体
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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
空气成分 有害气体
基本性质 浓度标准
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
有害气体
氧气（O2）
氮气（N2） 二氧化碳（CO2）
20.96
79.0 0.04
23.32
76.71 0.06
惰性稀有气体氦、
氖、氩、氪、 氙等计在氮气中
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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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有害气体
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有害气体
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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
空气成分
地面空气 矿井空气 质量标准
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 6-15 20-25 30-40 0.2－0.4 0.6-1.0 1.2-2.6 轻 劳 动 中度劳动
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有害气体
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三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准
空气成分
地面空气 矿井空气 质量标准
有害气体
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《煤矿安全规程》依据其主要成分（O2 、CO2 ）作了 明确的规定。 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。 国外规定，国际劳工局规定进风流中氧气浓度＞19%。 俄罗斯、德国工作地点氧气浓度＞20%。美国、日本规定 行人巷道中氧气浓度＞19% 。
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。
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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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空气成分
有害气体
有害气体
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重 劳 动
极重劳动
40-60
40-80
1.8-2.4
2.5-3.1
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空气成分
有害气体
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空气成分
地面空气 矿井空气 质量标准
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。
• 20世纪40年代以来，矿井已使用功率约1500kW和3000kw的电力轴 流式和离心式大型扇风机。
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有害气体
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• 1672年入们只知道身穿潮湿衣帽，伏在底板上，手举一装有燃着 蜡烛的木棍，来点燃局部积存的沼气。出于危险，后来改用背上 共有燃着的蜡烛的骡马去点燃沼气。
有害气体
矿井气候
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。
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有害气体
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空气成分
地面空气 矿井空气 质量标准
有害气体
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3．氮气(N2) 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。但空气中含氮量 升高，则势必造成氧含量相对降低，从而也可能造成 人员的窒息性伤害。正因为氮气具有的惰性，因此可 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,灭火人为注氮。
空气成分
有害气体
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第一章 矿井空气
第一节 矿井空气成分 第二节 矿井空气中有害气体 第三节 矿井气候
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空气成分
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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。
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主要来源：井下爆破工作。
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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 空气成分 有害气体 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。• 浓度达到 0.002％时，眼及呼吸器官即感到有强烈的 当
基本性质 刺激；浓度达0.05％时，短时间内即有致命危险。 浓度标准
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。
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5.氨气(NH3)
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，可引起喉头水肿。 主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。
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6.氢气(H2)
无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能自燃，
空气成分 有害气体
基本性质 浓度标准
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
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• 补充： • 井下供风量大小问题 仅考虑人员耗氧： Q’ ×20%=Q’ ×20.9%-3 Q’=0.333m3/min 人员消耗占总耗氧量的8.3%，则： D=0.333/8.3%=4m3/min 按人员计算的矿井需要总风量Q : Q=4NK
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2．二氧化碳(CO2)
空气成分
地面空气 矿井空气 质量标准
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。 在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体的无害的。二氧 化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，所以在抢救遇难者进 行人工输氧时用。
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矿井通风经历过较长的发展过程。
• 约在1640年，人们开始把进风和回风路线分开，以利用自然通风 压力进行矿井通风。
• 为了加大通风压力，1650年在回风路线上设置火筐，1787年又在 回风路线上设置火炉，使回风风流加热。 • 1807年风量约200m3／min的活塞式空气泵、1849年转速约95r／mi n风量约500m3／min的蒸气铁质离心式扇风机、1898年电力初型轴 流式扇风机相继投入使用。
期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%出现严重中毒。
NO2中毒症状与浓度的关系 NO2浓度（体积）/% 0.004 0.006 0.01 主要症状 2～4小时内出现咳嗽症状 短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸痛 短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹， 严重咳嗽，恶心，呕吐
矿井气候
0.025
短时间内可能出现死亡
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空气成分
有害气体
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矿井空气
第一节
空气成分
地面空气 矿井空气 质量标准
矿井空气成份
一、地面空气的组成
地面空气是由ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。其主要成分如下。 气体成分 按体积计／％ 按质量计／％ 备 注
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有害气体
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第二节 矿井空气中的有害气体
空气成分 有害气体
基本性质 浓度标准
空气中常见有害气体：CO、H2S、NO2、SO2 、NH3 、H2 。对 人体造成各种危害
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。相对密度为 无 无
矿井气候
CO体积浓度 0.02 0.048 0.08
0.32
1.28
主要症状 2～3小时可能引起轻微头痛 1小时内出现轻微的中毒症状 40分钟内头痛，眩晕和恶心。2小时体温和 血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能昏迷 5～10分钟内头痛，眩晕。半小时可能出 现昏迷并有死亡危险 几分钟内出现昏迷和死亡
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。