礦井有害氣體及檢測方法

礦井空氣成分及有毒有害氣體的檢測 第一章 礦井空氣 一、教學內容：1、礦井空氣主要成分及其基本性質、質量濃度標準、檢測儀器與方法；2、礦井空氣主要有害氣體及其基本性質、質量濃度標準、檢測儀器與方法、防止有害氣體危害的措施；3、礦井氣候條件標準、改善方法，二、重點難點：1、礦井空氣主要有害氣體的質量濃度標準；2、氣體檢測儀器與檢測方法；3、防止有害氣體危害的措施；4、礦井氣候條件各參數的測定儀表及測定方法。三、教學要求：1、了解礦井空氣各主要成分的基本性質；2、了解礦井氣候條件的質量標準及改善辦法；3、掌握礦井空氣各主要成分的質量濃度標準、檢測儀表及方法；4、掌握礦井氣候條件各參數的測定儀表及方法。 第一節(jié) 礦井空氣成分地面空氣又稱為大氣，是混合氣體，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，其余化學組成成分相對穩(wěn)定。一般將不含水蒸汽的空氣稱為干空氣，它的組成成分和體積百分比分別為氧氣（20.96%）、氮氣(79%)和二氧化碳(0.04%).地面空氣從井筒進入井下就成了礦井空氣，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。在礦井通風中，習慣上把風流分作新鮮風流（新風）和污風風流（污風或乏風）。一、礦井空氣的主要成分及其基本性質（一）氧氣（O2）氧氣是一種無色、無味、無臭的氣體，對空氣的相對密度為1.105。氧氣很活躍，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。一般情況下，人在休息時的需氧量為0.20.4L/min；在工作時為13L/min。人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關系如表1-1所示。表1-1 人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關系氧氣濃度（體積）/%人體主要癥狀1715101269靜止狀態(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，無力進行勞動失去知覺，昏迷，有生命危險短時間內失去知覺，呼吸停止，可能導致死亡地面空氣進入井下后，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；井下火災和瓦斯、煤塵爆炸；煤巖和生產中產生其他有害氣體等。在正常通風的井巷和工作面中，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、通風不良的巷道中或發(fā)生火災、爆炸事故后，應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，相對密度為0.97，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，但當空氣中的氮氣濃度增加時，會相應降低氧氣濃度，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機停風，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，相對密度為1.52，不助燃也不能供人呼吸，略帶毒性，易溶于水。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。當空氣中的二氧化碳濃度過高時，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴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1-2所示。表1-2 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1呼吸加深，急促3呼吸急促，心跳加快，頭痛，很快疲勞5呼吸困難，頭痛，惡心，耳鳴10頭痛，頭昏，呼吸困難，昏迷1020呼吸停頓，失去知覺，時間稍長會死亡2025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；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量（濃度）標準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）對其濃度標準做了明確規(guī)定。主要如下：采掘工作面進風流中，按體積計算，氧氣濃度不低于20%；二氧化碳濃度不超過0.5%。礦井總回風巷或一翼回風巷風流中，二氧化碳超過0.75%時，必須立即查明原因，進行處理。采區(qū)回風巷、采掘工作面回風巷風流中二氧化碳超過1.5%時，采掘工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5%時，都必須停止工作，撤出人員，進行處理。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，送往地面化驗室進行分析。分析儀器多用氣相色譜儀，分析精度高，定性準確，分析速度快，一次進樣可以同時完成多種氣體的分析；但所需時間長，操作復雜，技術要求高。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，是目前普遍采用的測定方法。1、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AY1B型、JJY1型（可測O2、CH4兩種氣體）等。其中AY1B型是普遍使用的氧氣檢測儀，本質安全型。AY1B型氧氣檢測儀采用的是電化學“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成，如圖1-1a所示。當氧氣透過隔膜在電極上發(fā)生電化學反應時，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對氧氣濃度的測定。圖1-1b為AY1B型氧氣檢測儀的外部結構圖。（a） （b）圖1-1 AY1B型氧氣檢測儀（a）隔膜式伽伐尼電池結構示意圖 （b）AY1B型氧氣檢測儀的外部結構圖1氧氣濃度顯示器；2儀器銘牌；3示值調準電位器旋鈕；4氧氣擴散孔；5提手；6密封蓋；7開關（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)）2、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瓦斯鑒定器，檢查方法詳見煤礦安全教材。 第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體及其檢測一、礦井空氣中的有害氣體及其基本性質（一）一氧化碳（CO）一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體，相對密度0.97，微溶于水，能燃燒，當體積濃度達到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250300倍。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有關。與中毒濃度和中毒時間的關系如表1-3所示。表1-3 一氧化碳的中毒程度與濃度的關系一氧化碳濃度（體積）/%主 要 癥 狀0.016數小時后有頭痛、心跳、耳鳴等輕微中毒癥狀0.0481h可引起輕微中毒癥狀0.1280.51h引起意識遲鈍、喪失行動能力等嚴重中毒癥狀0.40短時間失去知覺、抽筋、假死。30min內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；瓦斯及煤塵爆炸等。據統(tǒng)計，在煤礦發(fā)生的瓦斯爆炸、煤塵爆炸及火災事故中，約7075%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，相對密度為1.19，易溶于水，當濃度達4.3%46%時具有爆炸性。硫化氫有劇毒。它能使人體血液缺氧中毒，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。當空氣中濃度達到0.0001%時可嗅到臭味，但當濃度較高時（0.0050.01%），因嗅覺神經中毒麻痹，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系如表1-4所示。表1-4 硫化氫的中毒程度與濃度的關系硫化氫濃度（體積）/%主 要 癥 狀0.0001有強烈臭雞蛋味0.01流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困難0.050.51h嚴重中毒，失去知覺、抽筋、瞳孔變大，甚至死亡0.1短時間內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工作面曾發(fā)生一起老空區(qū)透水事故，人員撤出后，礦調度室主任和一名技術員去現場了解透水情況，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，當空氣中二氧化硫濃度達到0.0005%時即可嗅到刺激氣味。它易溶于水，相對密度為2.32，是井下有害氣體中密度最大的，常常積聚在井下巷道的底部。二氧化硫有劇毒?？諝庵械亩趸蛴鏊笊闪蛩?，對眼睛有刺激作用，礦工們將其稱之為“瞎眼氣體”。此外，也能對呼吸道的粘膜產生強烈的刺激作用，引起喉炎和肺水腫。二氧化硫的中毒程度與濃度的關系如表1-5所示。表1-5 二氧化硫的中毒程度與濃度的關系二氧化硫濃度（體積）/%主 要 癥 狀0.0005嗅到刺激性氣味0.002頭痛、眼睛紅腫、流淚、喉痛0.05引起急性支氣管炎和肺水腫，短時間內有生命危險礦井中二氧化硫的主要來源有：含硫礦物的氧化與燃燒；在含硫礦物中爆破；從含硫煤體中涌出。（四）二氧化氮（NO2）二氧化氮是一種紅褐色氣體，有強烈的刺激性氣味，相對密度1.59，易溶于水。二氧化氮是井下毒性最強的有害氣體。它遇水后生成硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部組織有強烈的刺激及腐蝕作用，嚴重時可引起肺水腫。二氧化氮的中毒有潛伏期，容易被人忽視。中毒初期僅是眼睛和喉嚨有輕微的刺激癥狀，常不被注意，有的在嚴重中毒時尚無明顯感覺，還可堅持工作，但經過6h甚至更長時間后才出現中毒征兆。主要特征是手指尖及皮膚出現黃色斑點，頭發(fā)發(fā)黃，吐黃色痰液，發(fā)生肺水腫，引起嘔吐甚至死亡。二氧化氮的中毒程度與濃度的關系如表1-6所示。表1-6 二氧化氮的中毒程度與濃度的關系二氧化氮濃度（體積）/%主 要 癥 狀0.00424h內不致顯著中毒，6h后出現中毒癥狀，咳嗽0.006短時間內喉嚨感到刺激、咳嗽，胸痛0.01強烈刺激呼吸器官，嚴重咳嗽，嘔吐、腹瀉，神經麻木0.025短時間即可致死礦井中二氧化氮的主要來源是爆破工作。炸藥爆破時會產生一系列氮氧化物，如一氧化氮（遇空氣即轉化為二氧化氮）、二氧化氮等，是炮煙的主要成分。我國某礦1972年在煤層中掘進巷道時，工作面非常干燥，工人們放炮后立即迎著炮煙進入，結果因吸入炮煙過多，造成二氧化氮中毒，2名工人于次日死亡。因此在爆破工作中，一定要加強通風，防止炮煙熏人事故。（五）氨氣（NH3）氨氣是一種無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.6，易溶于水。當空氣中的氨氣濃度達到30%時遇火有爆炸性。氨氣有劇毒。它對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫，嚴重時失去知覺，以致死亡。氨氣主要是在礦井發(fā)生火災或爆炸事故時產生。（六）氫氣（H2）氫氣無色、無味、無毒，相對密度為0.07，是井下最輕的有害氣體?？諝庵袣錃鉂舛冗_到4%74%時具有爆炸危險。井下氫氣的主要來源是蓄電池充電。此外，礦井發(fā)生火災和爆炸事故中也會產生。除了上述有害氣體之外，礦井空氣中最主要的有害氣體是甲烷（CH4），又稱沼氣。它是一種具有窒息性和爆炸性的氣體，對煤礦安全生產的威脅最大，關于它的主要性質、危害和預防措施等將在煤礦安全教材中詳細介紹，本節(jié)不再重復。在煤礦生產中，通常把以甲烷為主的這些有毒有害氣體總稱為瓦斯。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準為了防止有害氣體對人體和安全生產造成危害，規(guī)程中對其安全濃度（允許濃度）標準做了明確規(guī)定，其中主要有毒氣體的濃度標準如表1-7所示。表1-7 礦井空氣中有害氣體最高允許濃度有害氣體名稱符號最高允許濃度（%）一氧化碳CO0.0024氧化氮（換算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004此外，規(guī)程還規(guī)定：井下充電室風流中以及局部積聚處的氫氣濃度不得超過0.5%。對礦井中涌出量較大的甲烷（瓦斯）氣體，規(guī)程對其安全濃度和超限后的措施都有更為詳盡的規(guī)定，具體見煤礦安全教材。通過上述有害氣體的安全濃度標準可以看出，最高允許濃度的制定都留有較大的安全系數，只要在礦井生產中嚴格遵守規(guī)程規(guī)定，不違章作業(yè)，人身安全是完全有保障的。三、有害氣體的檢測方法近年來，隨著煤礦安全裝備水平的不斷提高，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的普遍應用，有害氣體的檢測手段也日趨完善，各大、中型礦井已經形成了人工定點、定時檢測與自動監(jiān)測相結合的檢測體系。在人工檢測方法中，除了取樣分析法之外，目前使用最廣泛的還是快速測定法。（一）瓦斯（CH4）的快速檢測方法煤礦中用于檢測瓦斯的儀器有光學瓦斯檢定器、瓦斯檢測報警儀、瓦斯斷電儀等。其構造原理及使用方法將在煤礦安全教材中介紹。（二）CO、NO2、H2S、SO2、NH3、H2的快速檢測方法煤礦井下空氣中CO、NO2、H2S、SO2、NH3和H2等有害氣體的濃度測定，普遍采用比長式檢測管法。它是根據待測氣體同檢測管中的指示粉發(fā)生化學反應后指示粉的變色長度來確定待測氣體濃度的。下面以比長式CO檢測管為例說明檢測原理及檢測方法。圖1-2 比長式CO檢測管結構示意圖1堵塞物；2活性炭；3硅膠；4消除劑；5玻璃粉；6指示粉如圖1-2所示，比長式CO檢測管是一支46mm，長150mm的玻璃管，以活性硅膠為載體，吸附化學試劑碘酸鉀和發(fā)煙硫酸充填于管中，當CO氣體通過時，與指示粉起反應，在玻璃管壁上形成一個棕色環(huán)，棕色環(huán)隨著氣體通過向前移動，移動的長度與氣樣中所含CO濃度成正比。因此，可以根據玻璃管上的刻度直接讀出CO的濃度值。其他有害氣體的比長式檢測管結構及工作原理與CO基本相同，只是檢測管內裝的指示粉各不相同，顏色變化各有差異。表1-8是我國煤礦用比長式氣體檢測管主要性能表。 表1-8 我國煤礦用比長式氣體檢測管主要性能表檢測管名 稱型號測量范圍(體積比%)最 小分辨率最小檢測濃度顏色變化CO(550)10-6(10500)10-6(1005000)10-6510-62010-620010-6510-61010-610010-6白棕褐色CO20.2%3.0%1%15%0.2%1%0.1%0.5%藍色白色H2S1(3100) 10-6510-6310-6白棕色SO21(2.5100)10-6510-62.510-6紫土黃色NO21(150)10-62.510-6110-6白黃綠色NH31(20200)10-62010-62010-6桔黃藍灰色O21%21%1%0.5%白茶色H210.5%3.0%0.5%0.3%白淡紅與比長式檢測管配套使用的還有圓筒形壓入式手動采樣器。主要結構如圖1-3所示。圖1-3 圓筒形壓入式手動采樣器結構示意圖1氣嘴；2接頭膠管；3閥門把；4變換閥；5墊圈；6活塞筒；7拉桿；8手柄采樣器由變換閥和活塞筒等部分組成?；钊?用來抽取氣樣，變換閥4則可以改變氣樣流動方向或切斷氣流。當閥門把手3處于垂直位置時，活塞筒與接頭膠管2相通；當閥門把手順時針方向旋轉水平位置時，活塞筒與氣嘴1相通；閥門把手處于45位置時，變換閥將活塞筒與外界氣體隔斷。在活塞拉桿7上刻有標尺，可以表示出手柄拉動到某一位置時吸入活塞筒的氣樣體積（ml）。使用時先將閥門把手轉到水平位置，在待測地點拉動活塞拉桿往復抽送氣23次，使待測氣體充滿活塞筒，再將把手扳至45位置；將檢測管兩端用小砂輪片打開，按檢測管上的箭頭指向插入膠管接頭；將把手扳至垂直位置，按檢測管上規(guī)定的送氣時間（一般100s）把氣樣以均勻的速度送入檢測管，然后，拔出檢測管讀數。如果被測環(huán)境空氣中有害氣體的濃度很低，用低濃度檢測管也不易測出，可以采用增加送氣次數的方法進行測定。測得的濃度值除以送氣次數，即為被測對象的實際濃度。若被測環(huán)境氣體濃度大于檢測管的上限（即氣樣未送完檢測管已全部變色），在優(yōu)先考慮測定人員的防毒措施后，可先將待測氣體稀釋后再進行測定，但測定結果要根據稀釋的倍數進行換算。四、防止有害氣體危害的措施1、加強通風。用通風的方法將各種有害氣體濃度沖淡到規(guī)程規(guī)定的安全標準以下，這是目前防止有害氣體危害的主要措施之一。2、加強對有害氣體的檢查。按照規(guī)定的檢查制度，采用合理的檢查方法和手段，及時發(fā)現存在的隱患和問題，采取有效措施進行處理。3、瓦斯抽放。對煤層或圍巖中存在的大量高濃度瓦斯，可以采用抽放的方法加以解決，既可以減少井下瓦斯涌出，減輕通風壓力，抽到地面的瓦斯還能加以利用。4、放炮噴霧或使用水炮泥。噴霧器和水炮泥爆破后產生的水霧能溶解炮煙中的二氧化氮、二氧化碳等有害氣體，降低其濃度，方法簡單有效。5、加強對通風不良處和井下盲巷的管理。工作面采空區(qū)應及時封閉；臨時通風的巷道要設置柵欄，揭示警標，需要進入時必須首先進行有害氣體檢查，確認無害時方可進入。6、井下人員必須隨身佩帶自救器。一旦礦井發(fā)生火災、瓦斯煤塵爆炸事故，人員可迅速使用自救器撤離危險區(qū)。7、對缺氧窒息或中毒人員及時進行急救。一般是先將傷員移到新鮮風流中，根據具體情況采取人工呼吸（NO2、H2S中毒除外）或其它急救措施。 第三節(jié) 礦井氣候條件及改善礦井氣候是指礦井空氣的溫度、濕度和風速等參數的綜合作用狀態(tài)。這三個參數的不同組合，便構成了不同的礦井氣候條件。礦井氣候條件同人體的熱平衡狀態(tài)有密切聯系，直接影響著井下作業(yè)人員的身體健康和勞動生產率的提高。一、礦井氣候對人體熱平衡的影響人體無論在靜止狀態(tài)下還是在運動狀態(tài)下，都要進行新陳代謝。人體散熱的方式主要通過皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發(fā)三種基本形式進行。對流散熱主要取決于周圍空氣的溫度和風速；輻射散熱主要取決于周圍物體的表面溫度；蒸發(fā)散熱則取決于周圍空氣的相對濕度和風速。各種氣候參數中，空氣溫度對人體散熱起著主要作用?？諝鉂穸扔绊懭梭w蒸發(fā)散熱的效果。風速影響著人體的對流散熱和蒸發(fā)的效果。總之，礦井氣候條件對人體熱平衡的影響是一種綜合作用，各參數之間相互聯系、相互影響。二、礦井空氣的溫度、濕度和風速（一）礦井空氣的溫度空氣的溫度是影響礦井氣候的重要因素。最適宜的礦井空氣溫度為1520。礦井空氣的溫度受地面氣溫、井下圍巖溫度、機電設備散熱、煤炭等有機物的氧化、人體散熱、水分蒸發(fā)、空氣的壓縮或膨脹、通風強度等多種因素的影響。隨著井下通風路線的延長，空氣溫度逐漸升高。在進風路線上，礦井空氣的溫度主要受地面氣溫和圍巖溫度的影響，有冬暖夏涼之感。工作面溫度基本上不受地面季節(jié)氣溫的影響，且常年變化不大。在回風路線上，因通風強度較大，加上水分蒸發(fā)和風流上升膨脹吸熱等因素影響，溫度有所下降，常年基本穩(wěn)定。（二）礦井空氣的濕度空氣的濕度是指空氣中所含的水蒸氣量或潮濕程度。有兩種表示方法：（1）絕對濕度：指單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質量（g/m3），用f表示?？諝庠谀骋粶囟认滤苋菁{的最大水蒸氣量稱為飽和水蒸氣量，用F飽表示。溫度越高，空氣的飽和水蒸氣量越大。在標準大氣壓下，不同溫度時的飽和水蒸氣量如表1-9所示。表1-9 在標準大氣壓下不同溫度時的飽和水蒸氣量、飽和水蒸氣壓力溫度飽和水蒸氣量g/m3飽和水蒸氣壓力Pa溫度飽和水蒸氣量g/m3飽和水蒸氣壓力Pa-201.11281412.01597-151.61931512.81704-102.32881613.61817-53.44221714.4193204.96101815.3206515.26551916.2219825.67052017.2233136.07572118.2249146.48112219.3263856.88702320.4281167.39332421.6298477.79982522.9317188.310682624.2335798.811432725.63557109.412272827.03784119.913112928.540101210.014023030.142361311.314963131.84490（2）相對濕度：指空氣中水蒸氣的實際含量（f）與同溫度下飽和水蒸氣量（ ）比值的百分數，用公式表示如下：（1-1）式中 相對濕度，% ；空氣中水蒸氣的實際含量（即絕對濕度），g/m3；在同一溫度下空氣的飽和水蒸氣量，g/m3通常所說的濕度指的都是相對濕度，它反映的是空氣中所含水蒸氣量接近飽和的程度。一般認為相對濕度在5060%對人體最為適宜。一般情況下，在礦井進風路線上，有冬干夏濕之感。在采掘工作面和回風系統(tǒng)，因空氣溫度較高且常年變化不大，空氣濕度也基本穩(wěn)定，一般都在90%以上，甚至接近100%。 礦井空氣的濕度還與地面空氣的濕度、井下涌水大小及井下生產用水狀況等因素有關。 （三）井巷中的風速風速是指風流的流動速度。風速過低過高，對安全生產和人體健康也不利，因此，井下工作地點和通風井巷中都要有一個合理的風速范圍。表1-10給出了井下不同溫度下適宜的風速范圍。表1-11則是規(guī)程規(guī)定的不同井巷中的允許風速標準。表1-10 風速與溫度之間的合適關系空氣溫度/151520202222242426適宜風速/m/s0.51.01.01.52.0表1-11 井巷中的允許風流速度井巷名稱允許風速/（m/s）最低最高無提升設備的風井和風硐15專為升降物料的井筒12風橋10升降人員和物料的井筒8主要進、回風巷8架線電機車巷道1.08運輸機巷，采區(qū)進、回風巷0.256采煤工作面、掘進中的煤巷和半煤巖巷0.254掘進中的巖巷0.154其它通風人行巷道0.15此外，規(guī)程還規(guī)定，設有梯子間的井筒或修理中的井筒，風速不得超過8m/s；梯子間四周經封閉后，井筒中的最高允許風速可按上表執(zhí)行。無瓦斯涌出的架線電機車巷道中的最低風速可低于上表的規(guī)定值，但不得低于0.5m/s。綜合機械化采煤工作面，在采取煤層注水和采煤機噴霧降塵等措施后，其最大風速可高于上表的規(guī)定值，但不得超過5m/s。三、衡量礦井氣候條件的指標和安全標準 （一）衡量礦井氣候條件的指標干球溫度是我國現行的最簡單的評價礦井氣候條件指標之一，但它只反映了溫度對礦井氣候條件的影響，不太全面，其它評價指標也都有一定的局限性。等效溫度是1923年由美國采暖通風工程師協會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環(huán)境的感覺而得出的。實驗時，先把三個受試者置于某一溫度、濕度、風速的已知環(huán)境中，并記下自己的感受；然后，再將他們換到另一個相對濕度為100%、風速為0、溫度可調的環(huán)境中，通過調節(jié)此時的溫度，找到與原來的環(huán)境相同的感覺，此時的溫度值就稱為原環(huán)境的有效溫度。這個指標可以反映出溫度、濕度和風速對人體熱平衡的綜合作用，顯然，等效溫度越高，人體舒適感就越差。但這種方法在礦井的高溫高濕條件下，濕度與風速對氣候條件的影響反映不足，也沒有考慮輻射換熱的效果，所以同樣存在著局限性。井下某一地點等效溫度的測算方法是：用干濕球溫度計（如風扇濕度計）測出空氣的干球溫度和濕球溫度，再用風表測出該地點風流的風速，然后從圖1-4所示的等效溫度計算圖上查得相應的等效溫度值。圖1-4 等效溫度計算圖例1-1測得井下某一工作面風流的干球溫度為17，濕球溫度為16，風速為0.8m/s，求其等效溫度。解：在圖1-4的左、右標尺上分別找到17和16兩點m、n,并連成虛線，此虛線與風速為0.8m/s的風速曲線相交，根據交點位置可在等效溫度標尺上查出等效溫度為10。 （二）礦井氣候條件的安全標準 我國現行的評價礦井氣候條件的指標是干球溫度。規(guī)程規(guī)定： 進風井口以下的空氣溫度必須在2以上。生產礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26，機電設備硐室的空氣溫度不得超過30；當空氣溫度超過時，必須縮短超溫地點工作人員的工作時間，并給予高溫保健待遇。采掘工作面的空氣溫度超過30、機電設備硐室的空氣溫度超過34時，必須停止作業(yè)。四、礦井空氣溫度和濕度的測定（一）礦井空氣溫度的測定測溫儀器可使用最小分度0.5并經校正的溫度計。測溫時間一般在8：0016：00h的時間內進行。測定溫度的地點應符合以下要求：1、掘進工作面空氣的溫度測點，應設在工作面距迎頭2m處的回風流中。2、長壁式采煤工作面空氣溫度的測點，應在工作面內運輸道空間中央距回風道口15m處的風流中。采煤工作面串聯通風時，應分別測定。3、機電硐室空氣溫度的測點，應選在硐室回風道口的回風流中。此外，測定氣溫時應將溫度計放置在一定地點10min后讀數，讀數時先讀小數再讀整數。溫度測點不應靠近人體、發(fā)熱或制冷設備，至少距離0.5m。（二）空氣濕度的測定測量礦井空氣濕度的儀器主要有風扇濕度計和手搖濕度計，它們的測定原理相同。常用的是風扇濕度計（又稱通風干濕表），如圖1-5所示，它主要由兩支相同的溫度計1、2和一個通風器6組成，其中一只溫度計的水銀液球上包有濕紗布，稱為濕溫度計，另一只溫度計稱為干溫度計，兩只溫度計的外面均罩著內外表面光亮的雙層金屬保護管4、5，以防熱輻射的影響；通風器6內裝有風扇和發(fā)條，上緊發(fā)條，風扇轉動，使風管7內產生穩(wěn)定的氣流，干、濕溫度計的水銀球處在同一風速下。 圖1-5 風扇濕度計1干球溫度計；2濕球溫度計；3濕棉紗布；4、5雙層金屬保護管； 6通風器；7風管測定相對濕度時，先用儀器附帶的吸水管將濕溫度計的棉紗布浸濕，然后上緊發(fā)條，小風扇轉動吸風，空氣從兩個金屬保護管4、5的入口進入，經中間風管7由上部排出。濕球溫度計的溫度值低于干球溫度計的溫度值，空氣的相對濕度越小，蒸發(fā)吸熱作用越顯著，干濕溫度差就越大。根據濕溫度計的讀數（，）和干、濕度計的讀數差值（ ，），由表1-12即可查出空氣的相對濕度（ ）。表1-12 由風扇濕度計讀數值查相對濕度濕球示度/干濕溫度計示度度差/00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0相對濕度/% 01009183756761544842373127221814110091837669625650443934302521172100928477706458524742373328242131009285787265605449443935312723410093867973676156514642373330265100938680746863575348444036322961009387817569645954504642383431710093878176706560565248444037338100948882767166625753494642393591009488827772686359555147444037101009488837873696460565249454239111009489847974696561575450474441121009489847975706662595552484542131009590858076716763605653504744141009590858176726864615754514845151009590858177736965625955525047161009590868278747066636057545148171009591868278747167646158555249181009591878379757168656259565350191009591878379767269656259575451201009691878380767369666360585552211009692888480777370676461585653221009692888481777471686562595754231009692888481787471686563605855241009692888581787572696663615856251009692898582787572696764625957261009692898582797673706765626057271009693898682797673716865636058281009693898683807774716866636159291009693898683807774726966646260301009693908683807775726967656260311009693908784817875737068656361321009793908784817876737168666361例1-2 在井下某處用風扇濕度計測得風流的干球溫度為24.2,濕球溫度為20.2。求此處空氣的相對濕度。解： =20.2 =24.220.2=4 查表1-12得相對濕度為69%。五、礦井氣候條件的改善改善礦井氣候主要是從調節(jié)空氣溫度和調整風速入手。其中，常用的調節(jié)溫度措施簡述如下：（一）空氣預熱空氣預熱就是使用蒸汽、水暖或其它設備，將一部分空氣預熱到7080，再使其與冷空氣混合，混合后的空氣溫度達到2以上。按冷熱空氣混合方式的不同，預熱方式有井筒混合式；井口房混合式；井筒、井口房混合式三種。1、井筒混合式。這種布置方式是將被加熱的空氣通過專用通風機和熱風道送入井口以下2m以下，在井筒內進行熱風和冷風的混合。2、井口房混合式。這種布置方式是將熱風直接送入井口房內進行混合，使混合后的空氣溫度達到2以上后再進入井筒。3、井口房、井筒混合式。這種布置方式是前兩種方式的結合，它將大部分熱風送入井筒內混合，將小部分熱風送入井口房內混合，再送入井下。（二）降溫措施1、通風降溫（1）增加風量。當熱害不太嚴重時，用提高通風強度即增大風量的方法來降溫是行之有效的降溫措施。（2）選擇合理的通風系統(tǒng)。礦井通風系統(tǒng)或采區(qū)通風系統(tǒng)中應盡量縮短進風風流的路線長度，并使進風巷道位于熱源溫度較低的層位中，以減少風流被加熱的機會；采煤工作面通風時，可選擇下行通風方式，將機電設備、煤炭運輸地點等選擇在回風風流中，以降低這些局部熱源對工作面的影響。（3）改革采煤工作面通風方式。傳統(tǒng)的采煤工作面通風方式為一進一出的U型通風，如果視情況改為E型、W型通風（詳見第七章），既縮短了工作面的風路長度，又增大了風量，還能使工作面的氣溫降低。2、改革采煤方法和頂板管理（1）后退式采煤法與前進式相比，風阻小，風量大，有利于降溫。（2）傾斜長壁式采煤法的通風路線短，風阻小，風量大，工作面入口風流溫度相應較低，對改善工作面的氣候有利。（3）采用充填法管理頂板，避免或減少了全部跨落法管理頂板所造成的采空區(qū)冒落巖石的散熱和采空區(qū)熱風的散熱，可降低工作面風流的溫度。3、減少各種熱源散熱如減少煤炭在井下的暴露時間；在高溫巖壁與巷道支架之間充填隔熱材料；井下大型機電設備硐室設置單獨的通風道；對溫度較高的壓氣管路和排熱水管用絕熱材料包裹；及時封堵或合理排除井下熱水等。4、制冷降溫當采用通常的降溫措施不能有效地解決采掘工作面等局部地點的高溫問題時，就必須采用機械制冷設備強制制冷，即礦井空調技術。目前機械制冷方法有三種：地面集中制冷機制冷；井下集中制冷機制冷；井下移動冷凍機制冷。 第四節(jié) 井巷中風速與風量的測定單位時間內通過井巷斷面的空氣體積叫做風量，它等于井巷的斷面積與通過井巷的平均風速的乘積。因此，測量風量時必然測定風速。風速和風量測定是礦井通風測定技術中的重要組成部分，也是礦井通風管理中的基礎性工作。規(guī)程規(guī)定：礦井必須建立測風制度，每10天進行一次全面測風。對采掘工作面和其它用風地點，應根據實際需要隨時測風，每次測風結果應記錄并寫在測風地點的記錄牌上。 礦井應根據測風結果采取措施，進行風量調節(jié)。一、井巷斷面上的風速分布空氣在井巷中流動時，風速在巷道斷面上的分布是不均勻的。一般來說，位于巷道軸心部分的風速最大，靠近巷道周壁部分的風速最小，如圖1-6所示，通常所謂巷道內的風速都是指平均風速v均。平均風速v均與最大風速v大的比值叫做巷道的風速分布系數（速度場系數），用K速表示，其值與井巷粗糙程度有關，巷道周壁越光滑，K速就越大，即斷面上的風速分布越均勻。據調查，對于砌碹巷道，K速=0.80.86；木棚支護巷道，K速=0.680.82；無支護巷道，K速=0.740.81。圖1-6 巷道中的風速分布需要注意的是，由于受到井巷斷面形狀、支護形式、直線程度及障礙物的影響，最大風速不一定正好位于井巷的中軸線上，風速分布也不一定具有對稱性。二、測風儀表測量井巷風速的儀表叫風表，又稱風速計。目前，煤礦中常用的風表按結構和原理不同可分為機械式、熱效式、電子葉輪式和超聲波式等幾種。（一）機械式風表機械式風表是目前煤礦使用最廣泛的風表。它全部采用機械結構，多用于測量平均風速，也可以用于點風速的測定。按其感受風力部件的形狀不同，又分為葉輪式和杯式兩種，其中，杯式主要用于氣象部門，也可用于煤礦井下；葉輪式在煤礦中應用廣泛，是本節(jié)介紹的重點。機械葉輪式風表由葉輪、傳動蝸輪、蝸桿、計數器、回零壓桿、離合閘板、護殼等構成，如圖1-7所示。圖1-7 機械葉輪式風表1葉輪；2蝸桿軸；3計數器；4離合閘板；5回零壓桿；6護殼風表的葉輪由8個鋁合金葉片組成，葉片與轉軸的垂直平面成一定的角度，當風流吹動葉輪時，通過傳動機構將運動傳給計數器3，指示出葉輪的轉速。離合閘板4的作用是使計數器與葉輪軸聯結或分開，用來開關計數器?；亓銐簵U5的作用是能夠使風表的表針回零。風表按風速的測量范圍不同分為高速風表（0.825m/s）、中速風表（0.510m/s）和微（低）速風表（0.35m/s）三種。三種風表的結構大致相同，只是葉片的厚度不同，起動風速有差異。由于風表結構和使用中機件磨損、腐蝕等影響，通常風表的計數器所指示的風速并不是實際風速，表速（指示風速）v表與實際風速（真風速）v真的關系可用風表校正曲線來表示。風表出廠時都附有該風表的校正曲線，風表使用一段時間后，還必須按規(guī)定重新進行檢修和校正，得出新的風表校正曲線。圖1-8為風表校正曲線示意圖。 圖1-8 風表校正曲線示意圖 風表的校正曲線還可用下面的表達式來表示：v真abv表（1-2）式中 v真真風速，m/s； a表明風表啟動初速的常數，決定于風表轉動部件的慣性和摩擦力； b校正常數，決定于風表的構造尺寸； v表風表的指示風速，m/s。目前我國生產和使用的葉輪式風表主要有：DFA2型（中速）、DFA3型（微速）、DFA4型（高速）、AFC121（中、高速）、EM9（中速）等。機械葉輪式風表的特點是體積小，重量輕，重復性好，使用及攜帶方便，測定結果不受氣體環(huán)境影響；缺點是精度低，讀數不直觀，不能滿足自動化遙測的需要。 （二）熱效式風表我國目前生產的主要是熱球式風速計。它的測風原理是，一個被加熱的物體置于風流中，其溫度隨風速大小和散熱多少而變化，通過測量物體在風流中的溫度便可測量風速。由于只能測瞬時風速，且測風環(huán)境中的灰塵及空氣濕度等對它也有一定的影響，所以這種風表使用不太廣泛，多用于微風測量。 （三）電子葉輪式風表電子葉輪式風表由機械結構的葉輪和數據處理顯示器組成。它的測定原理是，葉輪在風流的作用下旋轉，轉速與風速成正比，利用葉輪上安裝的一些附件，根據光電、電感等原理把葉輪的轉速轉變成電量，利用電子線路實現風速的自動記錄和數字顯示。它的特點是讀數和攜帶方便，易于實現遙測。如MSF1型風速計就是利用電感變換元件的電子葉輪式風速計。（四）超聲波風速計超聲波風速計是利用超聲波技術，通過測量氣流的卡蔓渦街頻率來測定風速的儀器，目前主要用于集中監(jiān)控系統(tǒng)中的風速傳感器。它的特點是結構簡單，壽命長，性能穩(wěn)定，不受風流的影響，精度高，風速測量范圍大。三、測風方法及步驟（一）測風地點井下測風要在測風站內進行，為了準確、全面的測定風速、風量，每個礦井都必須建立完善的測風制度和分布合理的固定測風站。對測風站的要求如下：（1）應在礦井的總進風、總回風，各水平、各翼的總進風、總回風，各采區(qū)和各用風地點的進、回風巷中設置測風站，但要避免重復設置。（2）測風站應設在平直的巷道中，其前后各10m范圍內不得有風流分叉、斷面變化、障礙物和拐彎等局部阻力。（3）若測風站位于巷道斷面不規(guī)整處，其四壁應用其它材料襯壁呈固定形狀斷面，長度不得小于4m。（4）采煤工作面不設固定的測風站，但必須隨工作面的推進選擇支護完好、前后無局部阻力物的斷面上測風。（5）測風站內應懸掛測風記錄板（牌），記錄板上寫明測風站的斷面積、平均風速、風量、空氣溫度、大氣壓力、瓦斯和二氧化碳濃度、測定日期以及測定人等項目。（二）測風方法為了測得平均風速，可采用線路法或定點法。線路法是風表按一定的線路均勻移動，如圖1-9所示；定點法是將巷道斷面分為若干格，風表在每一個格內停留相等的時間進行測定，如圖1-10所示，根據斷面大小，常用的有9點法、12點法等。圖1-9 線路法測風 圖1-10 定點法測風 測風時，根據測風員的站立姿勢不同又分為迎面法和側身法兩種。迎面法是測風員面向風流，將手臂伸向前方測風。由于測風斷面位于人體前方，且人體阻擋了風流，使風表的讀數值偏小，為了消除人體的影響，需將測得的真風速乘以1.14的校正系數，才能得到實際風速。側身法是測風員背向巷道壁站立，手持風表將手臂向風流垂直方向伸直，然后在巷道斷面內作均勻移動。由于測風員立于測風斷面內減少了通風面積，從而增大了風速