礦井空氣

礦井空氣地即指進入礦井以後的空氣。利用機械或自然通風動力，使地面空氣進入井下，並在井巷中作定向和定量地流動，由地面空氣進入礦井到最後排出礦井的全過程稱為礦井通風。礦井空氣中常見有害氣體：一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、氨氣（NH3）、氫氣（H2）等。

基本介紹

• 中文名：礦井空氣
• 外文名：Mine Air
• 含義：進入礦井以後的空氣
• 有害氣體：CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2等
• 類別：空氣

空氣分析

地面空氣

地面空氣是由乾空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。 乾空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。乾空氣的組成成分比較穩定，其主要成分如下。 乾空氣的組成成分表

氣體成分	按體積計/%	按質量計/%	備註
氧氣（O2）	20.96	23.32	惰性稀有氣體氦、
氮氣（N2）	79.0	76.71	氖、氬、氪、
二氧化碳（CO2）	0.04	0.06	氙等計在氮氣中

濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會引起濕空氣的物理性質和狀態變化。

主要成分

新鮮空氣：井巷中用風地點以前、受污染程度較輕的進風巷道內的空氣。

污濁空氣：通過用風地點以後、受污染程度較重的迴風巷道內的空氣。

1．氧氣(O2)

氧氣是維持人體正常生理機能所需要的氣體,人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決於人的體質、精神狀態和勞動強度等。 當空氣中的氧濃度降低時，人體就可能產生不良的生理反應，出現種種不舒適的症狀，嚴重時可能導致缺氧死亡。

人體輸氧量與勞動強度的關係

勞動強度	呼吸空氣量（L/min）	氧氣消耗量（L/min）
休息	6-15	0.2－0.4
輕勞動	20-25	0.6-1.0
中度勞動	30-40	1.2-2.6
重勞動	40-60	1.8-2.4
極重勞動	40-80	2.5-3.1

礦井空氣中氧濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤岩和其他有機物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸；此外，煤岩和生產過程中產生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對降低。

2．二氧化碳(CO2)

二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。

礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機物的氧化；人員呼吸；碳酸性岩石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。

3．氮氣(N2)

氮氣是一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因為氮氣具有的惰性，因此可將其用於井下防滅火和防止瓦斯爆炸。

礦井空氣中氮氣主要來源是：井下爆破和生物的腐爛，有些煤岩層中也有氮氣湧出。

三、礦井空氣主要成分的質量（濃度）標準

採掘工作面進風流中的氧氣濃度不得低於20%；二氧化碳濃度不得超過0.5%；總迴風流中不得超過0.75%；當採掘工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5%或採區、採掘工作面迴風道風流中二氧化碳濃度超過1.5%時，必須停工處理。

基本性質

1、一氧化碳（CO）

一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為0.97，微溶於水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當空氣中一氧化碳濃度在13～75%範圍內時有爆炸的危險。

主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進入人體後，首先就與血液中的血紅素相結合，因而減少了血紅素與氧結合的機會，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。0 .08%，40分鐘引起頭痛眩暈和噁心，0.32%，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。

主要來源：爆破；礦井火災；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。

2、硫化氫（H2S）

硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當空氣中濃度達到0.0001%即可嗅到，但當濃度較高時，因嗅覺神經中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶於水，在常溫、常壓下一個體積的水可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存於舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5%時有爆炸危險。

主要危害：硫化氫劇毒，有強烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當空氣中硫化氫濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。0.005~0.01%，1~2小時後出現眼及呼吸道刺激，0.015~0.02%

主要來源：有機物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區和舊巷積水中放出。

3、二氧化氮（NO2）

二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強烈的刺激氣味，相對密度為1.59，易溶於水。 主要危害：二氧化氮溶於水後生成腐蝕性很強的硝酸，對眼睛、呼吸道黏膜和肺部有強烈的刺激及腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現黃色斑點。0.01%出現嚴重中毒 主要來源：井下爆破工作。

4、二氧化硫(SO2)

二氧化硫無色、有強烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達到0.0005%即可嗅到。其相對密度為2.22，易溶於水。

主要危害：遇水後生成硫酸，對眼睛及呼吸系統黏膜有強烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當濃度達到 0.002%時，眼及呼吸器官即感到有強烈的刺激；濃度達0.05%時，短時間內即有致命危險。

主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中湧出。

5、氨氣(NH3)

無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶於水，。空氣濃度中達30%時有爆炸危險。

主要危害：氨氣對皮膚和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。

主要來源：爆破工作，用水滅火等；部分岩層中也有氨氣湧出。

6、氫氣(H2)

無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點燃溫度比沼氣低100～200℃，

主要危害：當空氣中氫氣濃度為4～74%時有爆炸危險。

主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質的煤層中也有氫氣湧出。

礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準

礦井空氣中有害氣體對井下作業人員的生命安全危害極大，因此，《煤礦安全規程》對常見有害氣體的安全標準做了明確的規定。

礦井氣候

礦井氣候：礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數的綜合作用。這三個參數也稱為礦井氣候條件的三要素。

礦井空氣的降溫與加熱

隨著開採濃度的不斷增大，機械化程度日益提高，井下熱害愈來愈嚴重，必須採取空氣的降溫措施。

北方冬季寒冷礦區，必須採取加熱措施，防止井筒結冰而造成提井、運輸事故。

微小氣候對人體熱調節的影響。

1．溫度：氣溫對人體熱調節起著主要作用；

2．濕度：濕度大、汗液蒸發困難、人體散熱困難，容易導致人體熱平衡破壞。

3．風速：空氣溫度低於人體，風速大，散熱量愈多，空氣溫度高於人體時，人體獲得對流熱。

4．輻射：影響人體輻射散熱的是人體周圍物體的表面溫度，當周圍物體，表面溫度高於人體時，人體就得到輻射熱。

微氣候對人體散熱的影響

散熱方式	主要影響因素
對流散熱↑	空氣溫度↓　風速↑
輻射散熱↑	人體周圍物體表面溫度↓
汗分蒸發散熱↑	空氣相對溫度↓　風速↑

影響井下氣溫的因素

影響井下氣溫變化的主要因素有：1．礦井進風溫度；2．井下風流的壓縮和膨脹。3．機電設備散熱。4．氧化放熱；5．人體散熱、散濕；6．地下熱水散熱。7．圍岩與井下空氣的熱交換。

適應於不同作業的卡它度

作業靜止程度	舒適的乾卡它度	舒適的溫卡它度
坐著工作	6	18
中等勞動	8	25
重勞動	10	30

礦井氣候對人體熱平衡的影響

新陳代謝是人類生命活動的基本過程之一。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發這三種基本形式進行的。

對流散熱取決於周圍空氣的溫度和流速；

輻射散熱主要取決於環境溫度；

蒸發散熱取決於周圍空氣的相對濕度和流速。

人體熱平衡關係式：

qm-qw=qd+qz+qf+qch

qm——人體在新陳代謝中產熱量，取決於人體活動量；

qW——人體用於做功而消耗的熱量，qm-qw人體排出的多餘熱量；

qd——人體對流散熱量，低於人體表面溫度，為負，否則，為正；

qz——汗液蒸發或呼出水蒸氣所帶出的熱量；

qf——人體與周圍物體表面的輻謝散熱量，可正，可負；

qch——人體由熱量轉化而沒有排出體外的能量；人體熱平衡時，qch=0；

當外界環境影響人體熱平衡時，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低， qch<0

礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素。

空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。

相對濕度：影響人體蒸發散熱的效果。

風速：影響人體的對流散熱和蒸發散熱的效果。對流換熱強度隨風速而增大。同時濕交換效果也隨風速增大而加強。如有風的天氣，涼衣服幹得快。

衡量礦井氣候條件的指標

1、幹球溫度 幹球溫度是我國現行的評價礦井氣候條件的指標之一。 特點：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單，使用方便。但這個指標只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。

2、濕球溫度 濕球溫度這個指標可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。3.等效溫度 等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎來評價礦井氣候條件的指標。

4、同感溫度 同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國採暖工程師協會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環境的感覺而得出的同感溫度計算圖。

5、卡他度 卡他度是1916年由英國L.希爾等人提出的。卡他度用卡他計測定。 卡他度分為：乾卡他度、濕卡他度 乾卡他度：反映了氣溫和風速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測出溫度、濕度和風速三者的綜合作用效果， K d=41.868F/t W/m 濕卡他度（Kw）：是在卡他計貯液球上包裹上一層濕紗布時測得的卡他度，其實測和計算方法完全與乾卡他度相同。

礦井氣候條件的安全標準

我國現行評價礦井氣候條件的指標是幹球溫度。1982年國務院頒布的《礦山安全條例》第53條規定，礦井空氣最高容許幹球溫度為28℃。

來自地面的新鮮空氣和井下產生的有害氣體和浮塵的總稱

新鮮空氣：井巷中用風地點以前、受污染程度較輕的進風巷道內的空氣

污濁空氣：通過用風地點以後、受污染程度較重的迴風巷道內的空氣

礦井空氣中常見有害氣體：一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、氨氣（NH3）、氫氣（H2）等。