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教学模块Ⅰ矿井空气及调节1.1 矿井空气成分、性质和变化规律1.1.1 矿井空气的成分矿井空气的主要来源是地面空气，但地面空气进入井下以后会发生物理和化学两种变化，变化，因而矿井空气在成分、质量和数量都和地面空气有着程度不同的区别。
1.1.1.1地面空气成分的种类和数量地面空气是干空气和水蒸气组成的混合气体，通常称为湿空气。
在混合气体中，水蒸气的浓度随地区和季节而变化，其平均的体积浓度约为1%；此外还含有尘埃和烟雾等杂质，有时能污染局部地区的地面空气。
新鲜空气无色，无味和无臭，是维持生命所必需的，并能助燃。
1.1.1.2 矿井空气的主要成分及生成上面提到，地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成分种类增多，各种成分的浓度也发生改变。
1.矿井空气的主要成分就煤矿而官，井下空气的成分种类共有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、N02、H 2、NH3、水蒸气和浮尘十二种。
由于各矿的具体条件不同，各矿的井下空气成分种类和浓度都有一定的差异。
在上述成分中，氧是井下人员呼吸所必需的，必须保持足够的浓度，其余九种(水蒸气除外)气体和浮尘，超过一定浓度时，对人体都是有害的，必须把它们的浓度降低到没有危害的程度．在这九种气体中CO、H2S、SO2和N02超过一定浓度时，还能使人体中毒。
故称这九种气体为有害有毒气体，又名为广义的矿井瓦斯，而狭义的矿井瓦斯则专指CH4。
CH4是煤矿井下昔遍存在的气体，在一定浓度范围内，具有爆炸性。
所以，CH4是煤矿井下最危险的气体。
煤矿井下经常出现且数量较多的气体是CH4和CO2，它们是计算矿井所需风量的主要根据。
2.物理变化井下的物理变化有：气体混入：沼气(CH4)、二氧化碳和硫化氢(H2S)等气体从地层中涌出到井下空气中。
多数矿井有沼气涌出现象,沼气涌出量的大小各矿不同，有些矿井沼气涌出量高达40～50m3/min，有些矿井还伴随沼气涌出氮(N2)二氧化硫(SO2)和氢(H2)等气体。
矿井通风与空气调节基础知识在开采矿物的过程中，为了保证矿工的安全和健康，并提高采矿效率，矿井通风成为必不可少的环节。
本文将简单介绍矿井通风与空气调节的基础知识。
矿井通风的作用和目的矿井通风的主要作用是清新矿井内的空气，使其符合工作和生活场合的要求。
在矿山生产作业中，空气污染、病菌和粉尘危害是导致矿工患病和受伤亡的主要原因之一。
矿井通风的目的在于：1.保证空气的新鲜度。
通风可以将外界新鲜的空气引入矿井，同时与内部空气混合，使得矿井内的空气符合作业人员的要求和健康标准。
2.确保安全。
矿井通风可以排除瓦斯、烟尘等有害气体，并保持矿井的压力平衡，防止瓦斯爆炸、火灾等事故。
3.调节通风方式和量。
合理的通风方案和量能够使得矿井的气流动态更加均匀，增加矿山作业效率。
矿井通风的类型矿井通风的类型主要分为自然通风和机械通风两种。
自然通风自然通风又称为自流通风，利用矿井壁和巷道上下端的温度差，通过矿井的自由气流实现通风换气。
它的优点是无需外部能源或设备投入，节约成本，但由于矿井内外温度差异不大、气流弱等因素，其通风效果有限。
机械通风机械通风是通过电力机械作为动力，通过排风机和风机组等设备实现通风的方式。
相比自然通风，它的通风效果更可靠，能够实现矿井内气流的控制和调节，但需要消耗大量的电力，增加了成本开销。
矿井通风系统的组成矿井通风系统主要由以下几个部分组成：入风井口入风井口也就是新鲜空气进入矿井的地方。
通常采用的是坑壁的注风井口，或是专门开凿的通风竖井。
空气流通路径空气流通路径是指矿井内的巷道、监听口和构筑物等路径。
巷道是空气流通的主要路径，监听口则被用于监听气体含量、氧气浓度等重要参数，以保证矿井内空气质量的安全性。
风机风机是矿井通风中的核心设备，主要作用是提供气流动力、增加气流速度，实现矿井气流的呼吸效应。
排风井口排风井口也就是将矿井内积累的有害气体、瓦斯、粉尘排出矿井的出口。
排风井口通常位于井下的最高点和较远的地方，保证有害气体能够全部排除。
煤矿矿井通风风量的计算与调节煤矿是我国能源产业的重要组成部分，对于确保矿工的安全和矿井的正常运营，合理的通风系统是至关重要的。
煤矿矿井通风风量的计算与调节是通风系统中的关键环节，本文将探讨通风风量的计算方法，并介绍矿井通风的调节原则和方法。
一、煤矿矿井通风风量的计算煤矿矿井通风风量的计算是根据矿井内的气体需求量和风力机的排风能力进行的。
通风风量的计算一般分为下风口通风风量和上风口通风风量两部分。
1. 下风口通风风量的计算下风口通风风量的计算需要考虑矿井投入的各种用电设备以及运输机械的需氧量和废气量。
根据矿井的现场实际情况，可以根据以下公式计算下风口通风风量：通风风量 = 用电设备氧气需量 + 运输机械氧气需量 + 废气风量其中，用电设备氧气需量可以通过设备的额定功率和单位功率消耗氧气量来计算；运输机械氧气需量可以通过运输机械的用气量和单位用气量来计算；废气风量可以根据矿井内瓦斯、粉尘等气体的产量来计算。
2. 上风口通风风量的计算上风口通风风量的计算与下风口通风风量的计算方法类似，需要考虑矿井内瓦斯的产量和需排除的废气量。
根据矿井的实际情况，可以使用以下公式计算上风口通风风量：通风风量 = 瓦斯产量 + 废气风量瓦斯产量可以通过煤层的产气量和单位产气量来计算；废气风量可以根据矿井中其他气体的产量来计算。
二、矿井通风的调节原则和方法矿井通风的调节是为了保证矿井内空气质量的合格和矿工的安全。
通风系统的调节需要根据矿井的具体情况和矿井工作面的通风需求进行。
1. 通风系统的合理布局合理的通风系统布局是矿井通风调节的基础。
矿井通风系统应该根据矿井的地质条件、矿井工作面的布置和矿井内的气体分布情况来设计。
通风系统的管线布置应当合理，避免管线过长或者弯曲导致风阻增大。
2. 通风系统的风机调节通风系统的风机是通风调节的关键设备。
风机的运行状态对通风风量的稳定性和调节性有重要影响。
在实际操作中，可以通过调节风机的转速或者叶片的角度来控制通风风量。
煤矿矿井通风与空气质量改善煤矿矿井通风与空气质量改善一直是煤矿安全生产中重要的问题。
煤矿矿井内部的通风系统对于保障作业人员的生命安全和提高矿井生产效益至关重要。
本文将从通风系统设计、通风设备选择以及空气质量监测等方面，探讨煤矿矿井通风与空气质量改善的一些关键措施和技术。
首先，合理的通风系统设计是保障矿井内部空气质量的基础。
煤矿矿井通风系统的设计应充分考虑矿井地质条件、开采工艺及人员分布等因素，以提供良好的通风环境。
设计时应注意通风系统的主次分支的设置，以及巷道、巷道交叉口等部位的通风措施，确保空气的流动性和均匀性。
此外，根据实际情况选择适当的通风模式，如单向通风、双向通风、分区通风等，以确保通风系统的稳定性和有效性。
其次，通风设备的选择和维护也对矿井通风和空气质量改善起着至关重要的作用。
通风设备主要包括风机、风管、调节门等。
在选择通风设备时，应根据矿井规模、风量要求、设备性能等因素进行综合考虑。
风机的选取应注重其风量、压力特性，以及能耗、噪音等方面的要求。
此外，定期对通风设备进行维护和检修，确保设备的正常运行，及时排除故障和隐患，保证通风系统的连续稳定运行。
另外，煤矿矿井空气质量的监测也是保障矿井安全生产的重要环节。
通过定期对矿井内部空气进行监测，可以了解矿井内二氧化碳、可燃气体、粉尘等有害气体的浓度，及时发现和处理异常情况，确保人员的生命安全。
同时，应建立合理的监测网络和监测点布置，确保监测数据的准确性和全面性。
监测数据的分析和处理对于矿井通风调整和空气质量改善的决策具有重要意义。
此外，在煤矿矿井通风与空气质量改善方面，应注重培养和提高作业人员的安全意识和素质。
加强对作业人员的培训，使其熟悉通风系统的基本原理和操作技能，掌握岗位安全操作规程，并加强安全管理和监督，形成共同关注矿井通风和空气质量改善的工作氛围。
综上所述，煤矿矿井通风与空气质量改善是确保矿井安全生产的重要环节。
通过合理的通风系统设计、通风设备选择和维护以及空气质量监测等措施，可以有效提高矿井内部空气质量，保障作业人员的生命安全和矿井的正常生产。
教学模块I 矿井空气及调节1.1矿井空气成分、性质和变化规律1.1.1矿井空气的成分矿井空气的主要来源是地面空气，但地面空气进入井下以后会发生物理和化学两种变化，变化，因而矿井空气在成分、质量和数量都和地面空气有着程度不同的区别。
1.1.1.1地面空气成分的种类和数量地面空气是干空气和水蒸气组成的混合气体，通常称为湿空气。
在混合气体中，水蒸气的浓度随地区和季节而变化，其平均的体积浓度约为1%此外还含有尘埃和烟雾等杂质，有时能污染局部地区的地面空气。
新鲜空气无色，无味和无臭，是维持生命所必需的，并能助燃。
1.1.1.2矿井空气的主要成分及生成上面提到，地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成分种类增多，各种成分的浓度也发生改变。
1.矿井空气的主要成分就煤矿而官，井下空气的成分种类共有Q、CH、CQ、CO HS、SQ、M、NQ、H 2、NH、水蒸气和浮尘十二种。
由于各矿的具体条件不同，各矿的井下空气成分种类和浓度都有一定的差异。
在上述成分中，氧是井下人员呼吸所必需的，必须保持足够的浓度，其余九种（水蒸气除外）气体和浮尘，超过一定浓度时，对人体都是有害的，必须把它们的浓度降低到没有危害的程度.在这九种气体中CO HzS、SQ和N02超过一定浓度时，还能使人体中毒。
故称这九种气体为有害有毒气体，又名为广义的矿井瓦斯，而狭义的矿井瓦斯则专指CH。
CH是煤矿井下昔遍存在的气体，在一定浓度范围内，具有爆炸性。
所以，CH是煤矿井下最危险的气体。
煤矿井下经常出现且数量较多的气体是 CH和CQ,它们是计算矿井所需风量的主要根据。
2.物理变化井下的物理变化有：气体混入：沼气（CHJ、二氧化碳和硫化氢（H2S）等气体从地层中涌出到井下空气中。
多数矿井有沼气涌出现象，沼气涌出量的大小各矿不同，有些矿井沼气涌出量高达40〜50mi/min，有些矿井还伴随沼气涌出氮（NR二氧化硫（SQ）和氢（H2）等气体。
固体混入：井下各种作业所产生的微小的岩尘、煤尘和其他杂尘浮游在井下空气之中气象变化：主要是由于井下空气的温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。
以上物理变化的结果，不仅使井下空气的成分种类增多，而且各种成分的浓度亦发生变化。
3.化学变化井下的化学变化有：井下一切物质（煤、岩石、坑木、……等）的缓慢、氧化、爆破工作、火区氧化和人员的呼吸等都会产生二氧化碳；井下的爆破工作、火区氧化和机械润滑油高温分解等都能产生一氧化碳（CO）;井下火区氧化和含硫煤的水解都能产生硫化氢；井下火区氧化和含硫煤的缓慢氧化都能产生二氧化硫，井下爆破工作能产生氧化氮；井下充电硐室的电解能产生氢；井下火区氧化能产生氨。
1.1.1.3井下空气成分的基本性质1.氧（。
2）氧是无色、无臭、无味、无毒和无害的气体，比重为 1.105，是人呼吸所必须的物质，故须供给井下足够的风量，以保证井下空气中有足够的氧量.因为氧是很活跃的元素，易使其它物质氧化，并能助燃，产生CQ和CO故应阻止空气进入采空区和火区，以防止氧对煤炭氧化而自燃。
造成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。
缺氧窒息是造成矿井人员伤亡的原因之。
2.二氧化碳（C02）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（与空气的相对密度为 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是无害的。
二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持。
所以在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能。
但当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。
3 .氮气（2）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。
但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。
正因为氮气为惰性气体，因此又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。
1.1.1.4井下常见有毒有害气体的基本性质有毒有害气体的性质可分为以下几方面：臭、味和色方面一有臭的气体有四种，即 NH （剧臭）， SQ（强烈硫躏臭），H?S（臭鸡蛋味，浓度为 0.0001 %时，便可嗅出来），CQ（微酸臭）；有色气体只有一种，即 N02（浅红褐色）。
可根据以上性质察觉这些气体的存在。
有毒有害气体对人体的影响：对人体有毒的气体有五种。
其中NC2是最毒的气体，它能强烈地刺激眼睛和呼吸系统（鼻、喉、肺），能和呼吸道上的水分化合而生成硝酸（HNQ），可使肺浮肿致命.且初期不易发觉，有时数小时后才有中毒征兆。
SQ能较强地刺激眼睛和呼吸系统，使眼睛红肿，俗称害眼气体，此外，这种气体能和呼吸道上的水分化合而成硫酸，使肺浮肿致命。
HzS 能刺激眼睛和呼吸系统，且能使人体血液中毒致命。
CQ能驱逐人体血液中的 Q,使血液缺氧致命。
这是因为CQ比Q对血红素的亲和力约大 250〜300倍。
一般的煤气中毒就是 CQ 中毒。
NH 能刺激眼睛、皮肤和呼吸系统。
1.1.1.5井下空气成分安全标准由于矿井空气质量对人员健康和矿井安全有着重要的影响，所以《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）对矿井空气主要成分（氧气、二氧化碳）的浓度标准做出了明确的规定：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 %;总回风流中二氧化碳浓度不得超过 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。
由于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都做了明确的规定，其值如表 1-1-3所列。
制定这些标准时，都留有较大的安全系数。
如空气中CO浓度达0.048%时一小时内才可出现轻微的中毒症状，而《规程》规定的 CO最高允许浓度为0.0024 %，是其轻微中毒浓度的1/20 ;再如N02浓度达0.025%时，中毒者在短时间内有死亡危险，而《规程》规定的N02最高允许浓度为 0.00025 %，是其危险中毒浓度的1/100。
因此，只要我们能够严格遵守《规程》规定，不违章作业，就完全可以避免有害气体对人体的侵害。
表1-1-3井下空气中有害气体的最高允许浓度[1]1.1.2矿井空气主要物理参量气体的分子具有体积和相互吸引力，但在分析气体的一般问题时，这两个因素的影响很小。
为了便于分析和计算，一般可把多种气体看成是没有这两个因素的理想气体，因此，井下空气也可视为理想气体。
气体的分子作永不停息的不规则运动，这种运动产生热能，故气体分子运动是热运动，气体的物理参量较多，其中比容、压力、温度是三个基本参量。
1.121 空气的密度和比容1.空气的密度空气和其他物质一样具有质量。
单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号P表示。
空气可以看作是均质流体，故:(1-2-1 )式中—空气的密度，kg/m 3；M —空气的质量，kg ;v—空气的体积，m。
一般地说，当空气的温度和压力改变时，其体积会发生变化。
2.空气的比容质量为M（kg）的空气占有的空间（或容积）为V （m3），则空气的比容（又名容积度）就是容积V和质量 M之比。
或者说是单位质量空气所占有的体积，即：V 1k = w = 7（1-2-2 ）也就是空气的密度倒数。
1.1.2.2空气的温度温度是描述物体冷热状态的物理量。
测量温度的标尺简称温标。
热力学绝对温标的单位为K（Kelvin），用符号T表示。
热力学温标规定纯水三态点温度（即汽、液、固三相平衡态时的温度）为基本定点，定义为 273.15K，每1 K为三相点温度的1/273.15。
温度是矿井表征气候条件的主要参数之一。
《规程》第108条规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26 C；机电硐室的空气温度不得超过 30 C。
1.1.2.3空气的压力空气的压力也称为空气的静压（绝对静压），用符号P 表示。
压强在矿井通风中习惯称为压力。
它是空分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。
其大小取决于在重力场中的位置（相对高度）、空气、温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。
按照统计观点，大量空气分子作无规则的热运动时，在各个方向运动的机会是均等的，故空气的绝对静压具有在各个方向上强度相等的特点。
压力的单位为Pa(帕斯卡，1Pa= IN/10 2)，压力较大时可采用kPa(1kPa = 103Pa)、MPa(1MPa= 103 kPa= 106 Pa)。
其他压力单位参见附录。
1.124空气的粘性当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。
另外，在矿井通风中还常用运动粘度系数，和气体密度有关，即和压力有关，这两个系数有如下的关系：v = p, / p, m 2 /s(1 — 2—4)1.125空气的湿度1.空气湿度的意义空气的湿度表示空气中所含水蒸气量的多少或潮湿程度，表示空气湿度的方法有绝对湿度、相对温度和含湿量三种。
绝对湿度：单位体积湿空气中所含水蒸气的质量绝对值。
其单位与密度单位相同，用符号表示。
饱和湿度：单位体积湿空气中所含饱和水蒸气质量绝对值。
用符号、表示相对湿度：单位体积空气中实际含有的水蒸气量（）与其同温度下的饱和水蒸气含量（）之比称为空气的相对湿度。
值小表示空气干爆，吸收水分的能力强；反之，.值大则空气潮湿，吸收水分能力弱。
即为干空气，•=1即为饱和空气。
水分向空气中蒸发的快慢和相对湿度直接有关。
含湿量：含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸气的质量（kg）称为空气的含湿量。
1.126空气的焓焾是一个复合状态参数，它是气体的内动能 u和压力功（流动功）P V之和，也称热焓（函）。
湿空气的焓是1kg干空气的焓和其中水蒸气的焓的总和，1.1.3矿井气候矿井气候是指矿井空气的温度、湿度、风速和辐射这四个参数的综合作用状态。
这四个参数的不同组合，便构成了不同的矿井气候条件。
矿井气候条件对井下作业人员的身体健康和劳动安全有重要的影响。
1.1.3.1人体的热平衡人要维持正常生理机能并进行各种劳动，就必须摄取空气、水和食物。
这些物质进入人体经过消化、分解，产生能量（热量）。
人的整个机体都参加产热过程，其中以肌肉活动产热量最多。
