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1、矿井通风与安全,主讲人: 张攀Tel:13939100131E-mail：,Ventilation & Safety,目 录,一部分 通风工程章 矿井空气1 矿井空气成份 2 矿井空气中有害气体3 矿井气候章 矿井空气流动基本理论1 空气主要物理参数2 风流能量与压力3 通风能量方程 4 能量方程在矿井通风中的应用,章 井巷通风阻力1 井巷断面上的风速分布2 摩擦风阻与阻力3 局部风阻与阻力4 矿井总风阻与矿井等积孔5 降低矿井通风阻力的措施第 4 章 通风动力1自然风压2通风机类型及构造3主要通风机附属装置4主要通风机实际特性曲线5 主要通风机工况点及其经济运行6 通风机联合运转7 矿井通风
2、设备选型,章 矿井通风网络中风量分配与调节1 风量分配的基本规律2 简单网络特性3 通风网络动态特性分析4 矿井风量调节5 应用计算机解复杂通风网路第 6 章 局部通风1 局部通风方法2 掘进工作面风量分配3 局部通风设备4 局部通风系统设计第 7 章 通风系统与通风设计1 矿井通风系统和局部通风系统2 通风构筑物与漏风2 通风设计,第 8 章 矿井空调技术概论 1 环境气候与人体的热平衡 2 影响矿井气温的因素 3 矿井降温措施 4 矿井制冷空调 第二部分 安全工程第9章 矿井瓦斯 1 概述 2 煤层瓦斯赋存与含量 3 矿井瓦斯涌出 4 煤与瓦斯突出 5 瓦斯爆炸与预防6 瓦斯抽放,第10章
3、 火灾防治1 概述2 外因火灾及其预防3 煤炭自燃理论基础4 火灾预测与预报5 开采技术防火措施6 灌桨与阻化剂灭火7 均压防灭火8 惰气防灭火9 火灾时期通风10 矿井火灾处理与控制第 11 章 矿尘防治1 矿尘及其性质、尘肺病2 煤尘爆炸及其预防3 综合防尘措施,第12 章 矿山防水地面防水、井下防水及其处理 第 13 章 矿山救护 1 矿山救护队 2 矿工自救 3 现场急救,煤炭在一次能源结构中的地位,中国的一次能源结构,76.86%,2.56%,18.91%,2.42%,0.54%,煤,石油,天然气,水电,核能,我国煤炭生产的现状 中国已有6000年以上的悠久用煤史，已知的关于煤炭事故
4、的最早记载是万历十九年(公元1591年)春三月发生在甘肃靖远的一起煤井火灾事故，当场就烧死三人，造成“手足俱碎”的惨状。 我国煤炭工业目前仍属劳动密集型产业，而且员工文化技术素质偏低，国有重点煤矿高中文化以上的比例为39%，乡镇煤矿中文盲过半,煤矿安全状况严峻,01-03年，我国百万吨死亡率平均为5.03，是印度的12倍，俄罗斯的16倍，美国的182倍。,从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际会议上（2005.4）获悉：我国的职业病危害形势十分严峻，职业病防治工作与我国快速发展的经济形势极不适应。我国有毒有害企业超过1600万家，受到职业危害的人数超过2亿。2003年全国报告各类职业病发病
5、数为10467例，其中尘肺病发病数占了80%。上世纪50年代以来我国报告累计尘肺病例58万多人，已死亡14万多人，现患者44万多人。由于目前厂矿企业劳动者的体检率低，报告不全，专家估计实际发病要比报告的例数多10倍，尘肺实际发生的病例数不少于100万例。80年代以来，尘肺发病率呈上升趋势，每年因尘肺病死亡5000人以上；预测到2010年我国每年新增尘肺病3万人。,煤矿事故类型和发生原因分析 煤矿数量多、装备落后、人员素质差、管理水平低。 煤层赋存条件差，自然灾害严重 安全投入不足，抗灾能力低下。 煤矿安全法规不完善，煤矿安全监察乏力都是重要原因。但是，长期以来，对煤矿安全管理、安全技术缺乏系统
6、深入的研究，形不成有效的理论指导，也是不可忽视的原因在2000年，3人以上事故中瓦斯事故占事故总起数的75.90%、占死亡人数的83.90%；其中10人以上的瓦斯事故占10人以上事故起数的92.00%、死亡人数的94.35%。,矿井通风与安全,一、学习该课程的目的二、该课程的学习方法三、该课程的学习的重点和难点 四、成绩评定五、主要参考书,空气流动基本理论、通风阻力和动力、矿井瓦斯、火灾、粉尘和水灾,平时成绩占30%，包括点名，课堂提问，课后作业考试占70%,1.通风安全学张国枢主编 中国矿业大学出版社2.矿井通风黄元平主编 中国矿业学院出版社3煤矿安全规程4矿井通风与空气调节，赵以蕙著，中国
7、矿业大学出版社,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200m3min的活塞式空气泵、1849年转速约95rmi n风量约500m3min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。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。,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
8、用背上共有燃着的蜡烛的骡马去点燃沼气。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MBOMOHOCOB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。,第一章 矿井空气,本章重点：1、空气成分；2、矿井有害气体、来源及最高允许浓度；3、矿井气候
9、条件,第一章 矿井空气,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。目的、主要任务保证矿井空气的质量符合要求。第一 节 矿井空气成份定义：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。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。 气体成分 按体积计 按质量计 备 注 氧气（O2） 20.96 23.32 惰性稀有气体氦、 氮气（N2） 79.0 76.71 氖、氩、氪、 二
10、氧化碳（CO2） 0.04 0.06 氙等计在氮气中 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。,1）供给人员呼吸2）稀释和排除井下各种有毒有害气体和矿尘，创造良好工作环境3）防止煤尘、瓦斯爆炸4）以风治火，防止自燃火灾5）灾变时控制风流，防止事故扩大，抢救遇险人员,例1 平顶山某矿“5.21”特大瓦斯爆炸事故教训平顶山某矿为煤与瓦斯突出矿井，1986年改扩建后生产能力180万吨/a。1995年产煤250万吨，通风能力不够，井下配风量严重不足，矿井通风系统复杂，通风管理混乱，工作面瓦斯频繁超限，违章指挥、违章作业严重。1995年11月矿安全办公室竟敢决定把瓦斯传感器示
11、值下调0.2%0.4%，造成长期超限冒险作业。1996年5月21日4时己二采区己15-22210准备工作面切眼贯通后通风部门还不知道，无人下井调风，机掘队随意调风。18时11分事故当班在进行扩帮作业时，瓦斯积聚，放炮引起瓦斯爆炸，该采区作业170人，死亡84人，受伤68人。,例2 平顶山某矿“9.7”重大高氮缺氧窒息事故1982年9月7日平顶山某矿戊8-179综采面正在安装，当时矿井为压入式通风，该采面下行通风，且为无煤柱开采。因主要通风机轴承发热，停风13min后，造成一起严重的高氮却氧窒息事故，上区段采空区从小绞车窝涌出的高氮气体，使工作面23人其中9人窒息死亡，14人经抢救得救。,例3
12、义马某矿“1.25”特大瓦斯爆炸事故义马某矿属低沼矿井，1997年1月25日该矿11101综采工作面正在进行维修电焊作业，东风井突然停电（8min）停风，来电后，送电送风时发生瓦斯爆炸，造成该工作面的31人全部遇难。例4 平顶山韩庄某矿“8.25”特大瓦斯爆炸事故1999年8月25日平顶山韩庄某矿，因欠电费供电局所属变电站拉闸，全矿停电11min，来电送风后（1 min左右）井下发生瓦斯爆炸，死亡55人。,例5 1983年贵州水城局木冲沟煤矿东部采区某工作面，在运输机巷与工作面开切眼贯通时，由于开切眼中风筒维护不好，开切眼迎头处于无风状态，瓦斯积聚超限。运输机巷向前贯通时，打眼深度和装药量不符
13、合作业规程要求，最小抵抗线偏小，爆破火焰引爆了开切眼积聚的瓦斯，引发了瓦斯爆炸。同时由于采区周围盲巷多、煤尘大，发生了3次连续爆炸，造成了重大瓦斯煤尘爆炸事故，波及巷道达2550m，死亡84人，伤19人，经济损失惨重,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， 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）
14、 休 息 6-15 0.20.4 轻 劳 动 20-25 0.6-1.0 中度劳动 30-40 1.2-2.6 重 劳 动 40-60 1.8-2.4 极重劳动 40-80 2.5-3.0,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；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。2二氧化碳(CO2) 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
15、；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。 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。,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。 三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 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
16、；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，国际劳工组织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%,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,第二节 矿井空气中的有害气体,空气中常见有害气体：CO、NO2、SO2 、NH3 、H2 。一、基本性性质
17、、一氧化碳（CO） 一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。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1375范围内时有爆炸的危险。 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250300倍。一旦一氧化碳进入人体后，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”。0 .08%，40分钟引起头痛眩晕和恶心，0.32%，510分钟引起头痛、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。,、硫化
18、氢（H2S）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，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，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4.345.5时有爆炸危险。 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。0.0050.01%，12小时后出现眼及呼吸道刺激，0.0150.02% 主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；
19、从老空区和旧巷积水中放出。、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。,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。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
20、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。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。,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100200，主要危害：当空气中氢气浓度为474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。二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准 矿井空
21、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，,矿井空气中有害气体的最高容许浓度有害气体名称 符号 最高容许浓度/% 卫生部标准一氧化碳 CO 0.0024 30mg/m3氧化氮（折算成二氧化氮） NO2 0.00025二氧化硫 SO2 0.0005硫化氢 H2S 0.00066氨 NH3 0.004体积浓度和质量浓度的换算原则： 任何气体的克分子量就是该气体在标况下22.4L的质量 体积浓度=质量浓度*22.4/分子量 例CO： 0.0024%（281000）/（22.4/1000）=30mg/m3,第三节 矿井气候矿井气候：矿井空气的温度、
22、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。一、矿井气候对人体热平衡的影响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。 人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qchqm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
23、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qch0，人体温度降低， qch0,空气中所含水蒸气量的多少或潮湿程度,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。 相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。 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。二、衡量矿井气候条件的指标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
24、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。,矿井气候条件对人体热平衡的影响是一种综合的作用，如人处在气温高、湿度大、风速小的高温潮湿环境中，散热效果都很差，这时由于人体散热太慢，体温升高、心率加快、身体不好服等症状，严重时可导致中暑、甚至死亡。相反，人体会感到很冷，同样也不舒适因此，调节和改善矿井气候条件也是矿井通风的基本任务之一。,3.等效温度 等效温度定义为湿空气的焓与比热的比值。它是一个以能量
25、为基础来评价矿井气候条件的指标。4 .同感温度 同感温度（也称有效温度）是1923年由美国采暖工程师协会提出的。这个指标是通过实验，凭受试者对环境的感觉而得出的同感温度计算图。5.卡他度 卡他度是1916年由英国L.希尔等人提出的。卡他度用卡他计测定。是一种酒精温度计，卡他计下端有一个比普通湿度计大的贮液球，上端有一个小空腔，玻璃管上只有35和38两个刻度，其平均值恰好等于人体的正常体温(365)。测定时，先把贮液球置于热水中加热，当酒精柱上升至小空腔的一半时取出，擦干贮液球表面水分，然后将其悬挂于待测空气中，由于液球散热，酒精柱开始下降，用秒表记下从38降到35所需时间t，可用下式求得干卡他
26、度Kd。,卡他度分为：干卡他度、湿卡他度 干卡他度：反映了气温和风速对气候条件的影响，但没有反映空气湿度的影响。为了测出温度、湿度和风速三者的综合作用效果， K d=41.868F/t W/m2 湿卡他度（Kw）：是在卡他计贮液球上包裹上一层湿纱布时测得的卡他度，其实测和计算方法完全与干卡他度相同。作为一个评价矿井气候条件的指标，卡他度比用一个单一的温度指标要好一些。但与人体相比，它的尺寸太小，其散热效果和人体有很大的差别，有的研究资料表明，空气对卡他计的冷却能力是空气对人体冷却能力的两至三倍。虽然有很多学者都试图从量上来描述卡他度同人体生理反应间的关系，但都没有得到满意的结果。,三、矿井气候
27、条件的安全标准 我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度。1982年国务院颁布的矿山安全条例第53条规定，矿井空气最高容许干球温度为28。规程有关规定： 进风井口以下的空气温度（干球温度，下同）必须在2以上。生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26，机电设备硐室的空气温度不得超过30；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30、机电设备硐室的空气温度超过34时，必须停止作业。国际（煤矿）俄罗斯：干球温度小于26 。德国：同感温度不得超过32度。美国：同感温度不得超过32度。英国：湿球温度不超过27.8 ，同感温度不得超过29.4度。波兰：干球温度小于26 。印度：干球温度小于35。,第一章 习题,作业：1-31-51-8其它习题自己做,