1、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。 干空气的组成成分表气体成分 按体积计 按质量计 备 注氧气(O 2) 20.96 23.32 氮气(N 2) 79.0 76.71 二氧化碳(CO 2) 0.04 0.06 惰性稀有气体氦、氖、氩、氪、氙等计在氮气中二、矿井空气的主要成分及基本性质 矿井空气与地面空气不同,但其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。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
2、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(O 2)氧气是一种无色、无味、无臭的气体,它对空气的比重为 1.11。氧气的化学性质很活泼,易使其它物质氧化(氧化剂) ,并能助燃。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。一般认为人在休息时平均需氧量为 0.25 升/分钟,在工作时为 13升/分钟。 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。当氧浓度降到 17%时,人在静止状态尚无影响,但在工作时能引起喘息、呼吸困难和心跳;当氧浓度降到 10%12
3、%时,人将失去知觉,对人的生命已有严重威胁;氧浓度为 6%9%时,人在短时间内将死亡。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;爆破工作;煤炭自燃;火灾、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(CO 2) 二氧化碳无色、略带酸味的气体,它对空气的比重为 1.52,易容于水,不助燃,也不能维持呼吸,略带毒性,对眼睛、喉咙及鼻的粘膜有刺激作用。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。空气中二氧化碳浓度增加后对人体的危害是:当浓度为 1%时,呼吸感到急促,易感疲劳;浓度达
4、到 5%时,呼吸困难,同时有耳鸣和血液流动加快感觉;浓度达 10%以时失去知觉,中毒死亡。井下二氧化碳的主要来源是:煤和坑木等有机物的氧化;矿井火灾;人员呼吸;矿井水(酸性水)遇碳酸性岩石(方解石、石灰石)分解产生;炸药爆破;煤炭自燃;瓦斯、煤尘爆炸等。 3氮气(N 2) 氧气是一种无色、无味、无臭的惰性气体,它对空气的比重为 0.97,不助燃,也不能维持呼吸,氮气对人体无害,但学空气中含氮量过多时,能使氧浓度相对减少,因缺氧而使人窒息。氮气微溶于水,在高温下能与氧化合成有毒气体二氧化氮(NO 2)与氢化合成氨气(NH 3) 。矿井中氮气来源于有机物(如坑木)的腐烂、爆破工作和从煤层或岩层的裂
5、缝内涌出。 三、矿井空气主要成分的浓度标准 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;矿井总回巷或一翼回风巷中二氧化碳(或瓦斯)浓度超过 0.75时,必须立即查明原因,进行处理;采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中二氧化碳浓度超过 1.5(或瓦斯浓度超过 1)时,必须停止作业,撤离人员,采取措施,进行处理。二、矿井空气主要有毒、有害气体矿井空气中有毒气体一般指:一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨气矿井空气中有害气体一般指:二氧化碳、甲烷(沼气) 、氢气、一氧化碳(CO) 一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。它对空气的比重为 0.97,微溶于水。在
6、一般温度与压力下,一氧化碳的化学性质不活泼。能自燃,不能助燃,浓度为 1375时遇火能引起爆炸。 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” 。一氧化碳中毒程度与中毒速度和下列因素有关:(1)空气中一氧化碳深度;(2)与一氧化碳接触时间;(3)呼吸频率和呼吸深度(劳动强度) 。人处于静止状态时,一氧化碳与中毒程度的关系如下表CO 浓度按质量毫克/升按体积%中毒时间 中毒程度 征 兆0.2
7、 0.0160 数小时 无征兆或有轻微中毒征兆0.6 0.0480 1 h 内 轻微中毒 耳鸣、头痛、头晕、心跳1.6 0.1280 0.5h1 h 严重中毒除有轻微中毒和各种征兆外,并出现四肢无力、呕吐、感觉迟钝、丧失行动能力。5.0 0.4000 短时间内 致命中毒 丧失知觉、痉挛、呼吸停顿、假死小时=h 分钟=min 秒=s 毫克=mg 升=l一氧化碳中毒后除有上表中所述征兆外,其显著特征是嘴唇呈桃红色,两颊有红斑点。若一氧化碳的浓度达到 1%时,人只要几口即可失去知觉;如果长时间在含有 0.01%的一氧化碳空气中生活与工作,会产生慢性中毒。主要来源:煤炭自燃以及煤尘、瓦斯爆炸事故等;爆
8、破工作;矿井火灾。 、硫化氢(H 2S) 硫化氢无色、微甜、有臭鸡蛋味的气体,它对空气的比重为 1.19,易溶于水。硫化氢能燃烧,当浓度达 4.3%46%时,具有爆炸性。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。 主要危害:硫化氢有很强的毒性,能使血液中毒,对眼睛粘膜及呼吸道有强烈的刺激作用。当空气中硫化氢浓度达到 0.0001就能嗅到臭味;达到 0.01%时,流唾液和清鼻涕,瞳孔放大,呼吸困难;达到 0.05%时,数分钟即中毒,半小时即失去知觉;达到 0.1%时,短时间即死亡。井下硫化氢的来源:有机物(如坑木)腐烂;含硫矿物(黄铁矿、石膏等)遇水
9、分解;矿物氧化和燃烧;从老空区和旧巷积水中放出;爆破工作。 、氧化氮:一氧化氮(NO) 、二氧化氮(NO 2)一氧化氮是一种极不稳定的气体,在常温下能很快与空气中的氧化合成二氧化氮,所以井下的氧化氮以二氧化氮为主。二氧化氮是一种褐红色的气体,它对空气的比重为 1.57,极易溶于水,对眼睛、鼻腔、呼吸道及肺部有强烈的刺激作用。二氧化氮与水结合形成硝酸,因此对肺部组织起破坏作用,引起肺部的浮肿。当空气中二氧化氮浓度为 0.004%时,24 小时还不会引起中毒现象;当浓度为 0.006%进,就会引起咳嗽、胸部发痛;当浓度为 0.01 时短时间内对呼吸器官就有很强烈的刺激作用,咳嗽、呕吐、神经麻木;当
10、浓度为 0.025 时很快使人中毒死亡。井下二氧化氮主要来源:井下爆破工作。放炮后生成一氧化氮,一氧化氮遇空气中的氧即转化炎二氧化氮。4.二氧化硫(SO 2) 二氧化硫是一种无色、具有强烈的硫磺燃烧味的气体,它对空气的比重为 2.2,易溶于水。由于它对眼睛及呼吸器官有强烈的刺激作用,人们称之为“瞎眼气体” 。二氧化硫呼吸道的湿表面接触后能形成硫酸,因而呼吸器官有腐蚀作用,使喉咙及支气管发炎,呼吸麻痹,严重时会引起肺水肿。当空气中二氧化硫浓度达到 0.0005时,嗅觉器官能闻到刺激味;达到 0.002%时,有强烈的刺激,可引起头痛和喉痛;达 0.005%时,引起急性支气管炎和肺水肿,短时间内死亡
11、。即可嗅到。其相对密度为 2.22,易溶于水。 井下二氧化硫的主要来源是:含硫矿物缓慢氧化或自燃生成;从煤或围岩中放出;在含硫矿物中爆破生成。5.甲烷(CH 4)瓦斯是指井下有毒有害气体的总称,有时单指甲烷 (沼气)。甲烷是一种无色、无味、无臭的气体,但有时由于伴生着碳氢化合物和微量硫化氢,会发出一种类似苹果的特殊气味。它对空气的比重为 0.554,差不多比空气轻一半,容易积聚在巷道的顶板处,特别容易积聚在上山巷道的掘进头。它不易溶于水,有迅速扩散的性质。它渗透性很强,较空气大 1.6倍,容易从邻近煤层经过岩层裂缝与孔隙聚集在采空区内。它本身无毒,但当空气中浓度较高时,就会相对地降低空气的氧含
12、量,使人窒息。它不助燃,但当它在空气中浓度较高时遇火能够燃烧,当浓度在 5%16%之间,遇火即能爆炸。6.氨气(NH 3) 无色、有浓烈臭味的气体,它对空气的比重为 0.596,易溶于水。空气中氨气浓度中达 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,用水灭火等;部分岩层中也有氨气涌出。 7.氢气(H 2) 无色、无味、无毒,它对空气的比重为 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。 三、矿井空气中有害气体的安全浓度标准 矿井空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/% 一氧化碳 (CO) CO 0.0024 氧化氮(折算成二氧化氮)(NO 2) NO2 0.00025 二氧化硫 (SO 2) SO2 0.0005 硫化氢(H 2S) H2S 0.00066 氨 (NH 3) NH3 0.004