【正文】 第一章 礦井空氣 礦井通風(fēng)的主要任務(wù)就是把地面新鮮空氣源源不斷地送入井下，供給人員呼吸，排除各種有害氣體和礦塵，創(chuàng)造一個良好的礦內(nèi)氣候條件，從而保障井下人員的身體健康和安全生產(chǎn)。所以，礦井空氣的質(zhì)量和數(shù)量是反映礦井通風(fēng)效果的主要指標(biāo)。本章重點闡述礦井空氣的主要成分，井下常見的有害氣體，空氣成分和有害氣體的安全標(biāo)準(zhǔn)及測定方法，礦井的氣候條件，風(fēng)速、風(fēng)量測定等主要內(nèi)容，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)礦井通風(fēng)理論奠定基礎(chǔ)。第一節(jié) 礦井空氣成分地面空氣又稱為大氣，是由多種氣體組成的混合氣體。大氣中除了水蒸氣的比例隨地區(qū)和季節(jié)變化較大以外，其余化學(xué)組成成分相對穩(wěn)定，盡管隨時間、地點和海拔高度有所變化，但變化不大。一般將不含水蒸氣的空氣稱為干空氣，它的組成成分和體積百分比分別為氧氣（%）、氮氣(79%)和二氧化碳(%).地面空氣從井筒進(jìn)入井下就成了礦井空氣。由于受井下各種自然因素和人為生產(chǎn)因素的影響，與地面空氣相比，礦井空氣將發(fā)生一系列變化。主要有：氧氣含量減少；有毒有害氣體含量增加；粉塵濃度增大；空氣的溫度、濕度、壓力等物理狀態(tài)變化等。在礦井通風(fēng)中，習(xí)慣上把進(jìn)入采掘工作面等用風(fēng)地點之前，空氣成分或狀態(tài)變化不大的風(fēng)流叫做新鮮風(fēng)流，簡稱新風(fēng)，如進(jìn)風(fēng)井筒、水平進(jìn)風(fēng)大巷、采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山等處；經(jīng)過用風(fēng)地點后，空氣成分或狀態(tài)變化較大的風(fēng)流叫做污風(fēng)風(fēng)流，簡稱污風(fēng)或乏風(fēng)，如采掘工作面回風(fēng)巷、礦井回風(fēng)大巷、回風(fēng)井筒等處。盡管礦井中的空氣成分有了一定的變化，但主要成分仍同地面一樣，由氧氣、氮氣和二氧化碳等組成。一、礦井空氣的主要成分及其基本性質(zhì)（一） 氧氣（O2）氧氣是一種無色、無味、無臭的氣體。氧氣是很活躍的化學(xué)元素，易使多種元素氧化，能助燃。 氧氣是維持人體正常生理機能所不可缺少的氣體。人類之所以能夠在地球上生存，是因為人體內(nèi)不斷汲取食物和吸入氧氣，通過氧化作用，進(jìn)行細(xì)胞的新陳代謝作用而維持的。人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動強度等。一般情況下，~；在工作時為1~3 L/min?？諝庵械难鯕鉂舛戎苯佑绊懼梭w健康和生命安全，當(dāng)氧氣濃度降低時，人體就會產(chǎn)生不良反應(yīng)，嚴(yán)重者會缺氧窒息甚至死亡。人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關(guān)系如表11所示。表11 人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關(guān)系氧氣濃度（體積）/%人體主要癥狀171510~126~9靜止?fàn)顟B(tài)無影響，工作時會感到喘息、呼吸困難和強烈心跳呼吸及心跳急促，無力進(jìn)行勞動失去知覺，昏迷，有生命危險短時間內(nèi)失去知覺，呼吸停止，可能導(dǎo)致死亡地面空氣進(jìn)入井下后，氧氣濃度要有所降低，氧氣濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖、坑木和其他有機物的緩慢氧化；爆破工作；井下火災(zāi)和瓦斯、煤塵爆炸；煤巖和生產(chǎn)中產(chǎn)生其他有害氣體等。在正常通風(fēng)的井巷和工作面中，氧氣濃度與地面相比一般變化不大，不會對人體造成太大影響。但在井下盲巷、通風(fēng)不良的巷道中或發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故后，應(yīng)特別注意對氧氣濃度的檢查，以防發(fā)生窒息事故。（二） 氮氣（N2）氮氣是無色、無味、無臭的惰性氣體，微溶于水，不助燃，無毒，不能供人呼吸。氮氣在正常情況下對人體無害，但當(dāng)空氣中的氮氣濃度增加時，會相應(yīng)降低氧氣濃度，人會因缺氧而窒息。在井下廢棄舊巷或封閉的采空區(qū)中，有可能積存氮氣。如1982年9月7日，我國某礦因礦井主要通風(fēng)機停風(fēng)，井下采空區(qū)的氮氣大量涌出，致使采煤工作面支架安裝人員缺氧窒息，造成多人傷亡事故。礦井中的氮氣主要來源于：井下爆破；有機物的腐爛；天然生成的氮氣從煤巖中涌出等。（三） 二氧化碳（CO2）二氧化碳是無色、略帶酸臭味的氣體，不助燃也不能供人呼吸，略帶毒性，易溶于水。新鮮空氣中含有的微量二氧化碳對人是無害的，但二氧化碳對人體的呼吸有刺激作用，所以在為中毒或窒息的人員輸氧時，常常要在氧氣中加入5%的二氧化碳，以促使患者加強呼吸。當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度過高時，將使空氣中的氧氣含量相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴(yán)重時也能造成人員中毒或窒息?？諝庵卸趸紳舛葘θ梭w的危害程度如表12所示。表12 空氣中二氧化碳濃度對人體的影響二氧化碳濃度（體積）/% 人體主要癥狀1351010~2020~25呼吸加深，急促 呼吸急促，心跳加快，頭痛，很快疲勞呼吸困難，頭痛，惡心，耳鳴頭痛，頭昏，呼吸困難，昏迷呼吸停頓，失去知覺，時間稍長會死亡短時間中毒死亡二氧化碳比空氣重，常常積聚在煤礦井下的巷道底板、水倉、溜煤眼、下山盡頭、盲巷、采空區(qū)及通風(fēng)不良處。礦井中二氧化碳的主要來源有：煤和有機物的氧化；人員呼吸；井下爆破；井下火災(zāi)；瓦斯、煤塵爆炸等。有時也能從煤巖中大量涌出，甚至與煤或巖石一起突然噴出，給安全生產(chǎn)造成重大影響。如我國某礦，曾在1975年6月發(fā)生過一起二氧化碳和巖石突出事故，突出二氧化碳11000m3。二氧化碳窒息同缺氧窒息一樣，都是造成礦井人員傷亡的重要原因之一。二、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣的主要成分中，由于氧氣和二氧化碳對人員身體健康和安全生產(chǎn)影響很大，所以《煤礦安全規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）對其濃度標(biāo)準(zhǔn)做了明確規(guī)定。主要如下：采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中，按體積計算，氧氣濃度不低于20%；%。礦井總回風(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷風(fēng)流中，%時，必須立即查明原因，進(jìn)行處理。采區(qū)回風(fēng)巷、%時，%時，都必須停止工作，撤出人員，進(jìn)行處理。三、礦井空氣主要成分的檢測方法礦井空氣主要成分的檢測方法可分為兩大類：一是取樣分析法，二是快速測定法。（一） 取樣分析法利用取樣瓶或吸氣球等容器提取井下空氣式樣，送往地面化驗室進(jìn)行分析。分析儀器多用氣相色譜儀，它是一種通用型氣體分析儀器，可完成多種氣體的定性和定量分析。它的優(yōu)點是分析精度高，定性準(zhǔn)確，分析速度快，一次進(jìn)樣可以同時完成多種氣體的分析；缺點是所需時間長，操作復(fù)雜，技術(shù)要求高。一般用于井下火區(qū)成分檢測或需精確測定空氣成分的場合。（二）快速測定法利用便攜式儀器在井下就地檢測，快速測定出主要氣體成分。盡管它的測定精度不如取樣分析法高，但基本能滿足礦井的一般要求，是目前普遍采用的測定方法。氧氣濃度的快速測定方法（1） 利用氧氣檢測儀檢測檢測井下氧氣的便攜式儀器種類較多，主要有AY—1B型、JJY—1型（可測OCH4兩種氣體）等。其中AY—1B型是普遍使用的氧氣檢測儀，用來檢測采煤工作面、回風(fēng)巷、采空區(qū)、瓦斯抽放管路及瓦斯、煤塵爆炸或火災(zāi)等事故災(zāi)區(qū)中的氧氣濃度。儀器為本質(zhì)安全型，具有功率小、結(jié)構(gòu)簡單、測量線性好等特點。AY—1B型氧氣檢測儀采用的是電化學(xué)“隔膜式伽伐尼電池”原理。氧氣傳感元件（隔膜式伽伐尼電池）分別由鉑、鉛兩種不同金屬做陰極和陽極，堿性溶液做電解液，通過聚四氯乙烯薄膜將其封閉構(gòu)成，如圖11a所示。當(dāng)氧氣透過隔膜在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時，在兩個電極間將形成同氧氣濃度成正比的電流值，通過測定電極間的電流值即可實現(xiàn)對氧氣濃度的測定。圖11b為AY—1B型氧氣檢測儀的外部結(jié)構(gòu)圖。（a）（b）圖11 AY—1B型氧氣檢測儀（a）隔膜式伽伐尼電池結(jié)構(gòu)示意圖 （b）AY—1B型氧氣檢測儀的外部結(jié)構(gòu)圖1—氧氣濃度顯示器；2—儀器銘牌；3—示值調(diào)準(zhǔn)電位器旋鈕；4—氧氣擴散孔；5—提手；6—密封蓋；7—開關(guān)（2）利用比長式氧氣檢測管檢測這種方法與礦井中主要有害氣體的檢測基本相同（詳見本章第二節(jié)）二氧化碳濃度的快速檢測方法礦井空氣中二氧化碳的測定主要使用光學(xué)瓦斯鑒定器，檢查方法詳見《煤礦安全》教材。也可利用比長式檢測管法檢測。第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體及其檢測礦井空氣中常見的有害氣體除了前節(jié)提到的二氧化碳和氮氣以外，主要還有一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氨氣（NH3）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等。本節(jié)將重點介紹其中的部分氣體性質(zhì)、危害、濃度標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法。一、礦井空氣中的有害氣體及其基本性質(zhì)（一）一氧化碳（CO）一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體，微溶于水，能燃燒，當(dāng)體積濃度達(dá)到13%~75%時遇火源有爆炸性。一氧化碳有劇毒。人體血液中的血紅素與一氧化碳的親和力比它與氧氣的親和力大250~300倍，因此，當(dāng)人體吸入含有一氧化碳的空氣時，一氧化碳首先與血紅素相結(jié)合，阻礙了氧氣的正常結(jié)合，從而造成人體血液缺氧引起窒息和中毒。一氧化碳的中毒程度與中毒濃度、中毒時間、呼吸頻率和深度及人的體質(zhì)有關(guān)。與中毒濃度和中毒時間的關(guān)系如表13所示。表13 一氧化碳的中毒程度與濃度的關(guān)系一氧化碳濃度（體積）/%主 要 癥 狀數(shù)小時后有頭痛、心跳、耳鳴等輕微中毒癥狀1h可引起輕微中毒癥狀~1h引起意識遲鈍、喪失行動能力等嚴(yán)重中毒癥狀短時間失去知覺、抽筋、假死。30min內(nèi)即可死亡一氧化碳中毒除上述癥狀外，最顯著的特征是中毒者粘膜和皮膚呈櫻桃紅色。礦井中一氧化碳的主要來源有：爆破工作；礦井火災(zāi)；瓦斯及煤塵爆炸等。據(jù)統(tǒng)計，在煤礦發(fā)生的瓦斯爆炸、煤塵爆炸及火災(zāi)事故中，約70～75%的死亡人員都是因一氧化碳中毒所致。（二）硫化氫（H2S）硫化氫是無色、微甜、略帶臭雞蛋味的氣體，易溶于水，%~46%時具有爆炸性。硫化氫有劇毒。它不但能使人體血液缺氧中毒，同時對眼睛及呼吸道的粘膜具有強烈的刺激作用，能引起鼻炎、氣管炎和肺水腫。%時可嗅到臭味，但當(dāng)濃度較高時（~%），因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，臭味“減弱”或“消失”，反而嗅不到。硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系如表14所示。表14 硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系硫化氫濃度（體積）/%主 要 癥 狀有強烈臭雞蛋味流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困難~1h嚴(yán)重中毒，失去知覺、抽筋、瞳孔變大，甚至死亡短時間內(nèi)死亡礦井中硫化氫的主要來源有：坑木等有機物腐爛；含硫礦物的水化；從老空區(qū)和舊巷積水中放出。1971年，我國某礦一上山掘進(jìn)工作面曾發(fā)生一起老空區(qū)透水事故，人員撤出后，礦調(diào)度室主任和一名技術(shù)員去現(xiàn)場了解透水情況，被涌出的硫化氫熏倒致死。有些礦區(qū)的煤層中也有硫化氫涌出。（三）二氧化硫（SO2）二氧化硫是無色、有強烈硫磺氣味及酸味的氣體，%時即可嗅到刺激氣味。它易溶于水，是井下有