1礦井空氣及氣候條件

第一章礦井空氣及氣候條件礦井生產(chǎn)過程中，必須持續(xù)不斷地將地面空氣輸送到井下各個(gè)作業(yè)地點(diǎn)，以供給人員呼吸，并稀釋和排除井下各種有害氣體和礦塵，創(chuàng)造良好礦井氣候條件，確保井下作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)安全。第條件，確保井下作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)安全。第一節(jié)礦井空氣成分一、 地面空氣地面空氣是由干空氣和水蒸氣組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。干空氣是指完全不含有水蒸氣的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。干空氣的組成成分比較穩(wěn)定，成分的數(shù)量基本不變。干空氣成分的數(shù)量用體積濃度或質(zhì)量濃度來表示，前者為某種氣體的體積在干空氣的總體積中所占的百分?jǐn)?shù)；后者為某種氣體的質(zhì)量在干空氣的總質(zhì)量中所占的百分比。其主要成分如表1-1所示。氣體成分按體積計(jì)/%按質(zhì)量計(jì)/%分子量氮?dú)猓╪2）78.08875.52728.013氧氣（02）20.94923.14331.999二氧化碳（co2）0.0300.04644.010其它氣體0.9331.284備注：其它氣體主要指的是氦、氖、氬、氪、氙等惰性稀有氣體。工程計(jì)算中,干空氣可近似地僅考慮氧氣和氮?dú)?組成按氧氣（21%表1-1干空氣的組成成分表）、氮?dú)猓?9%）來計(jì)算。干空氣的物理參數(shù)如下：28.97分子量28.97氣體常數(shù)287.05J/kg.K空氣密度（0°C,latm） 1.293kg/m3濕空氣中含有水蒸氣，其含量的變化會(huì)引起濕空氣的物理性質(zhì)和狀態(tài)變化。地面空氣中,水蒸氣的濃度隨地區(qū)和氣候而變化,其體積濃度變化范圍為0~4%。此外,實(shí)際空氣中還含有微量的污染氣體和塵埃。二、礦井空氣的主要成分及其基本性質(zhì)礦井空氣主要來源于地面空氣，雖然發(fā)生了一系列變化，但其主要成分仍然是氧氣和氮?dú)狻?.氧氣（02）氧氣是一種無色、無味的氣體，相對(duì)于空氣的比重為1.105，化學(xué)性質(zhì)活潑，易使其它物質(zhì)氧化，能助燃，是礦井火災(zāi)以及瓦斯、煤塵爆炸的必要條件。氧氣是人呼吸所必需的氣體，人的生命主要是依靠吃進(jìn)食物和不斷吸入空氣中的氧氣，在體內(nèi)進(jìn)行新陳代謝來維持的。人對(duì)氧氣的需要量取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動(dòng)強(qiáng)度等，人的需氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系如表1-2所示。表1-2人體輸氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系勞動(dòng)強(qiáng)度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）休息6?150.2~0.4輕勞動(dòng)20?250.6~1.0中等勞動(dòng)30?401.2~2.6重勞動(dòng)40~601.8~2.4極重勞動(dòng)40~802.5~3.1空氣中氧氣濃度為21%左右對(duì)人的呼吸最為有利?？諝庵醒鯕鉂舛鹊慕档蜁?huì)影響人的健康，甚至危及生命?？諝庵醒鯕鉂舛冉档蛯?duì)人體的影響見表1-3。表1-3人體缺氧癥狀與空氣中氧濃度的關(guān)系氧濃度（體積）%主要癥狀17靜止時(shí)無影響，工作時(shí)能引起喘息和呼吸困難15呼吸及心跳急促，耳鳴目眩，感覺和判斷能力降低，失去勞動(dòng)能力10~12失去理智，時(shí)間稍長(zhǎng)有生命危險(xiǎn)6~9失去知覺，呼吸停止，如不及時(shí)搶救幾分鐘內(nèi)可能導(dǎo)致死亡礦井中由于有害氣體的涌出、物質(zhì)氧化、人員呼吸等消耗氧氣，會(huì)導(dǎo)致井下空氣中氧氣濃度降低。在通風(fēng)不良或停風(fēng)的巷道，氧氣的濃度可以降低到5%以下，冒然進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致窒息死亡，我國(guó)煤礦每年都發(fā)生多起因缺氧造成的窒息死亡事故。另一方面，對(duì)于井下瓦斯積聚區(qū)域或采空區(qū)，不可盲目送入空氣，否則，會(huì)使之達(dá)到瓦斯爆炸的條件或引發(fā)煤炭自燃。考慮到井下作業(yè)，體力勞動(dòng)強(qiáng)度較大，《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（GBl6423—2006）（以后簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）規(guī)定：井下采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中的空氣成分（按體積計(jì)算），氧氣不低于20％，二氧化碳不高于0．5％。工作地點(diǎn)按照人數(shù)計(jì)算風(fēng)量時(shí)，每人每分鐘不得低于4m3。2.氮?dú)獾獨(dú)馐且环N無色、無味、無毒的氣體，相對(duì)于空氣的比重為0.97；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般不與其它物質(zhì)起反應(yīng)，在礦井生產(chǎn)中常被當(dāng)作惰性氣體用來滅火或惰化采空區(qū)。正常情況下，空氣中的氮?dú)鈱?duì)人體無害，但是在井下有限空間里，當(dāng)空氣中氮?dú)鉂舛冗^高時(shí)，將相對(duì)降低氧氣濃度而使人缺氧窒息。導(dǎo)致礦井空氣中氮?dú)鉂舛仍龃蟮脑蛑饕校孩傺鯕獾南?，則氮?dú)獾臐舛葧?huì)相對(duì)增加。②從煤層或圍巖中涌出氮?dú)狻＂墼诘V井防滅火中人為注氮，惰化采空區(qū)時(shí)泄漏的氮?dú)?。④炸藥爆破以及含氮有機(jī)物的腐爛等產(chǎn)生一定量的氮?dú)狻Ｓ捎诘獨(dú)鉄o毒，實(shí)際中可以通過檢測(cè)氧氣的濃度來防止氮?dú)獾奈：?。三、空氣進(jìn)入礦井后發(fā)生的變化地面空氣進(jìn)入礦井后，由于受到井巷圍巖、生產(chǎn)活動(dòng)以及礦巖中涌出氣體的作用，空氣的成分和狀態(tài)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化：（一）混入了有害氣體和礦塵1．爆破時(shí)所產(chǎn)生的炮煙炸藥在井下爆炸后，產(chǎn)生大量的有害氣體，種類和數(shù)量與炸藥的性質(zhì)、爆炸條件與介質(zhì)有關(guān)。在一般情況下，產(chǎn)生的主要成分大部分為一氧化碳和氮氧化合物。1kg炸藥爆破能產(chǎn)生的有毒氣體相當(dāng)于10~20L的二氧化氮。2．柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣柴油機(jī)的廢氣成分很復(fù)雜，它是柴油在高溫高壓下燃燒時(shí)所產(chǎn)生的各種有毒有害氣體的混合體。一般情況下有氮氧化物，含氧碳?xì)浠衔铩⒌吞佳趸衔?、油煙等，但其中的主要成分為氧化氮，一氧化碳，醛類和油煙等，柴油機(jī)排放的廢氣量由于受各種因素的影響，變化較大，往往會(huì)惡化井下空氣。3．硫化礦物的氧化 在開采高硫礦床時(shí)，由于硫化礦物緩慢氧化除產(chǎn)生大量的熱外，還會(huì)產(chǎn)生二氧化硫和硫化氫氣體，如FeS2+2H2O——Fe(OH)2+H2S十SCaS+H2O+CO2>CaCO3+H2SFe7S8+O2 >7FeS+SO2在含硫礦巖中進(jìn)行爆破工作，或硫化礦塵爆炸以及坑木腐爛和硫化礦物水解，都會(huì)產(chǎn)生硫化氣體(SO2,h2s)。4．井下火災(zāi)當(dāng)井下失火引起坑木、油料、電纜等燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量一氧化碳，可知人中毒死亡。在煤礦中瓦斯和煤塵爆炸產(chǎn)生的大量一氧化碳，是造成重大死亡事故的主要原因。氧氣濃度降低，主要原因是：1．有害氣體的析出會(huì)沖淡氧氣的濃度。2．井下物質(zhì)氧化、人員呼吸等消耗氧氣。3．井下火災(zāi)、爆炸等災(zāi)害會(huì)消耗大量氧氣。礦井空氣的溫度、濕度等狀態(tài)參數(shù)發(fā)生了變化。由于井巷圍巖散熱、氧化、人員、機(jī)電設(shè)備散熱及水分蒸發(fā)等原因，會(huì)使井下空氣溫度升高，濕度增加，空氣的其它狀態(tài)參數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。地面空氣進(jìn)入礦井以后發(fā)生了一系列的變化，我們將流動(dòng)在礦井井巷及井下工作地點(diǎn)的空氣稱為礦井空氣。相對(duì)于地面空氣，在成份和性質(zhì)上變化不大的礦井空氣稱為新鮮空氣，簡(jiǎn)稱新風(fēng)，如進(jìn)風(fēng)井巷中的空氣。把流經(jīng)采掘工作面及硐室等工作地點(diǎn)或受到井下礦塵和有害氣體污染的，在成份和性質(zhì)上變化較大的礦井空氣稱為污濁空氣，簡(jiǎn)稱污風(fēng)或乏風(fēng)，如回風(fēng)井巷中的空氣。通常以用風(fēng)地點(diǎn)為界，將用風(fēng)地點(diǎn)以前的風(fēng)流稱為新鮮空氣，或進(jìn)風(fēng)流；將用風(fēng)地點(diǎn)以后的風(fēng)流稱為污濁空氣，或回風(fēng)流。第二節(jié)礦井空氣中常見有害氣體一、常見有害氣體及其允許標(biāo)準(zhǔn)金屬礦山井下常見的對(duì)安全生產(chǎn)威脅較大的有毒氣體有：一氧化碳（co）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氫（H2S），此外還有礦塵和氡氣及其子體。1．一氧化碳CO一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體，對(duì)空氣的比重為0.97，能均勻地散布于空氣中，不用特殊儀器不易察覺，一般化學(xué)性質(zhì)不活潑，但濃度在13％—75％時(shí)能引起爆炸。極毒，當(dāng)空氣中的一氧化碳濃度為0．4％時(shí)，在很短時(shí)間內(nèi)人就會(huì)失去知覺，搶救不及時(shí)就會(huì)中毒死亡。日常生活中的“煤氣中毒”就是一氧化碳中毒。人在靜止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)一氧化碳濃度達(dá)到0．016％時(shí)，無征兆或有輕微征兆；達(dá)到0．048％時(shí)，輕微中毒，1h內(nèi)出現(xiàn)耳鳴、心跳、頭昏、頭痛；達(dá)到0．128％時(shí)，嚴(yán)重中毒，0．5—1h內(nèi)出現(xiàn)頭痛、耳鳴、心跳、四肢無力、哭鬧、嘔吐等。2．氮氧化物氮氧化物是炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的大量一氧化氮和二氧化氮，一氧化氮極不穩(wěn)定，遇空氣中的氧即轉(zhuǎn)化為二氧化氮。二氧化氮是一種褐紅色有強(qiáng)烈窒息性的氣體，對(duì)空氣比重為1．57，易溶于水，而生成腐蝕性很強(qiáng)的硝酸。它對(duì)人的眼、鼻、呼吸道及肺部組織有強(qiáng)烈腐蝕破壞作用，對(duì)人體危害最大的是破壞肺部組織，引起肺水腫。二氧化氮中毒后有較長(zhǎng)的潛伏期，初期沒有什么感覺（經(jīng)過4—12h甚至24h以后才發(fā)生中毒癥兆），即使在危險(xiǎn)的濃度下，初期也只是感覺呼吸道受刺激，開始咳嗽吐黃痰，呼吸困難，以至很快死亡。當(dāng)空氣中二氧化氮濃度為0．004％時(shí)，2—4h還不會(huì)引起中毒現(xiàn)象；當(dāng)濃度為0．006％時(shí)，就會(huì)咳嗽，胸部發(fā)痛；當(dāng)濃度為0．01％時(shí)，短時(shí)間內(nèi)對(duì)呼吸器官就有很強(qiáng)烈的刺激作用，會(huì)導(dǎo)致咳嗽、嘔吐、神經(jīng)麻木；當(dāng)濃度為0．025％時(shí)，很快使人中毒死亡。3．二氧化硫SO2二氧化硫是無色但有強(qiáng)烈硫磺味的氣體，易溶于水，對(duì)空氣比重為2．2，常存在于巷道底部，對(duì)眼睛有強(qiáng)烈刺激作用。當(dāng)空氣中含二氧化硫?yàn)?．0005％時(shí)，嗅覺器官能聞到刺激味；當(dāng)濃度為0．002％時(shí)，有強(qiáng)烈刺激，可引起頭痛和喉痛；當(dāng)濃度為0．05％時(shí)，引起急性支氣管炎和肺水腫，短時(shí)間內(nèi)即死亡。4．硫化氫H2S硫化氫是無色有臭雞蛋味的氣體，對(duì)空氣比重1．19，易溶于水，常積存于巷道的積水中。能燃燒，當(dāng)濃度達(dá)到6％時(shí)，具有爆炸性。有很強(qiáng)的毒性，能使血液中毒，對(duì)眼睛粘膜及呼吸道有強(qiáng)烈的刺激作用。當(dāng)空氣中的硫化氫濃度達(dá)到0．01％時(shí)，人能嗅到氣味，并會(huì)流唾液，流鼻涕；當(dāng)濃度為0.05%時(shí)，經(jīng)過0.5-lh，就能引起嚴(yán)重中毒；當(dāng)濃度為0.1%時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)就有生命危險(xiǎn)。5．浮揚(yáng)粉塵礦井粉塵對(duì)人的健康有危害，硫化礦塵可引起人的皮膚發(fā)炎；鉛、砷、汞塵進(jìn)人人體會(huì)引起中毒；當(dāng)人體長(zhǎng)期吸人含游離二氧化硅(Si02)的礦塵時(shí)，會(huì)導(dǎo)致矽肺病。礦塵中游離二氧化硅含量越高，對(duì)人體危害越大。一般金屬非金屬礦山游離二氧化硅含量在30％-70％，也有高達(dá)90％以上的。井下作業(yè)地點(diǎn)有害物質(zhì)的最高允許濃度規(guī)定為：一氧化碳，30mg／m3氮氧化物(換算為二氧化氮(N02)，5mg/m3；二氧化硫，15mg/m3；硫化氫，10mg／m3；含游離二氧化硅10％以上的粉塵(石英、石英巖等)，2mg／m3；石棉粉塵及含石棉10%的粉塵，2mg/m3；含游離二氧化硅10%以下的滑石粉塵，4mg/m3。6.氡氣(Rn)氡氣是一種無色、無味的氣體，對(duì)空氣的比重為7.7，半衰期3.8d，能溶于水和有機(jī)溶劑，在油脂中地溶解度為水的125倍。氡是惰性氣體，一般不參與化學(xué)反應(yīng)。礦內(nèi)空氣中的氡主要來源于：由礦巖壁析出的氡；爆破崩落的礦石析出的氡；地下水析出的氡；地面空氣中的氡隨人風(fēng)風(fēng)流進(jìn)入井下。在一些老的礦山，由于開采面積較大，崩落區(qū)多，采空區(qū)中積累的氡有時(shí)也會(huì)成為氡的主要來源。氡及其子體(氡在衰變過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物)是放射性元素，在蛻變過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的a、B、Y射線，對(duì)人體有輻射危害。吸入這些含氡空氣，氡及其子體易沉積在呼吸道上，對(duì)呼吸道及肺組織會(huì)造成的輻射危害。氡及其子體對(duì)人體的危害是有條件的，這些條件就是：空氣中氡及其子體要超過一定濃度；6/20氡及其子體能進(jìn)人人體內(nèi)；人體在接受上述濃度的氡及其子體要超過一定的時(shí)間。《放射衛(wèi)生防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，礦山井下作業(yè)地點(diǎn)氡在空氣中的最大允許濃度為3.7kBq/m3；氡子體的潛能值不超過6.4uJ/m3。二、礦井有害氣體的檢測(cè)方法概述礦井有害氣體檢測(cè)是防止有害氣體危害的前提，也是礦井通風(fēng)安全測(cè)量的重要內(nèi)容。檢測(cè)的目的是掌握礦井有害氣體的規(guī)律及其濃度，確定其是否符合規(guī)定。若不符合規(guī)定要求，則必須采取措施進(jìn)行處理。另外，通過氣體檢測(cè)還可以分析通風(fēng)質(zhì)量，檢查漏風(fēng)，預(yù)測(cè)井下煤炭自燃及分析火區(qū)狀態(tài)等。這里只對(duì)有害氣體的檢測(cè)方法進(jìn)行概述。礦山有害氣體檢測(cè)有化驗(yàn)室分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試兩種方式。1．化驗(yàn)室分析采用氣相色譜儀、紅外光譜儀等設(shè)備對(duì)采集的氣樣進(jìn)行測(cè)定分析，可以準(zhǔn)確檢測(cè)井下空氣的各種成分，一般用于全面分析測(cè)定氣體成分或者檢測(cè)微量氣體。2．現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試用便攜式檢測(cè)儀器到井下檢測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。金屬礦山常用的是檢定管快速檢測(cè)法和數(shù)字式便攜檢測(cè)儀檢測(cè)法。⑴檢定管檢測(cè)法。檢定管是內(nèi)部裝有吸附了化學(xué)試劑的顆粒狀指示膠的玻璃管。測(cè)定不同氣體的檢定管，其指示膠吸附的化學(xué)試劑不同。測(cè)定時(shí)，用吸氣裝置在一定時(shí)間內(nèi)定量地抽取被測(cè)氣樣，并流經(jīng)檢定管，當(dāng)含有被測(cè)氣體的空氣以通過檢定管時(shí)，被測(cè)氣體與吸附的化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使指示膠改變顏色。根據(jù)檢定管內(nèi)指示劑變色的程度或變色的長(zhǎng)度來確定氣體的濃度。前者稱為比色式，后者稱為比長(zhǎng)式。由于比色式檢定管存在顏色不易辨認(rèn)，定量測(cè)定準(zhǔn)確性差等缺點(diǎn)，目前主要采用比長(zhǎng)式檢定管。檢定管法一般用于測(cè)定化學(xué)活潑性高的氣體，測(cè)定速度快，方法簡(jiǎn)單。礦山常用的檢定管有一氧化碳、硫化氫、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、氨氣、氫氣和氧氣，常用的規(guī)格如表1-4。表1-4礦山常用檢定管的規(guī)格檢定管名稱型號(hào)測(cè)量范圍/%采樣體積/ml送氣時(shí)間/s顏色變化一型0.0005-0.005100200二型0.001-0.0550100一氧化碳三型0.01-0.550100白色f棕色四型0.2-550100A型0.05-2.550100二氧化碳藍(lán)色f白色B型0.5-1550100一型0.0001-0.01100100硫化氫白色f褐色二型0.001-0.1100100二氧化硫85型0.0001-0.01550100紫色f土黃二氧化氮79型0.0001-0.0155025白色f綠色氧氣86型1-213060白色f褐色⑵數(shù)字式便攜檢測(cè)儀檢測(cè)法。根據(jù)被測(cè)氣體的物理、化學(xué)特性制成敏感元件，將被測(cè)氣體的濃度大小轉(zhuǎn)換到電信號(hào)上，以數(shù)字形式顯示出來。數(shù)字式便攜檢測(cè)儀操作方便，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)，并有超限報(bào)警功能，但應(yīng)注意環(huán)境及其它氣體的影響。常用的有單一氣體檢測(cè)儀（如瓦斯檢測(cè)儀、氧氣檢測(cè)儀、一氧化碳檢測(cè)儀、二氧化碳檢測(cè)儀等）和多種氣體檢測(cè)儀（如瓦斯、氧氣、一氧化碳復(fù)合檢測(cè)儀）。⑶氡氣檢測(cè)。氡及其子體的測(cè)量方法很多，測(cè)氡主要有靜電計(jì)法、活性碳濃縮法、閃爍室法、雙濾膜法等。測(cè)氡子體方法有季夫格勞三點(diǎn)法、托馬斯三段法、馬茲等的a譜儀法、馬爾科夫法和部分計(jì)數(shù)法等。常用儀器為氡氣檢測(cè)儀。三、防止礦井有害氣體危害的基本措施加強(qiáng)檢查監(jiān)測(cè)是防止井下有害氣體危害的前提，在此基礎(chǔ)上，防止有害氣體危害的技術(shù)措施有：1．加強(qiáng)通風(fēng)。礦井通風(fēng)是保證井下風(fēng)流質(zhì)量的基本措施，對(duì)于防治礦井有害氣體的作用為①稀釋排出有害氣體，使之符合《規(guī)程》要求。②生產(chǎn)井巷必須有足夠的風(fēng)速，防止有害氣體積聚。③合理可靠的通風(fēng)系統(tǒng)可以控制有害氣體的漏出。2．對(duì)于放炮作業(yè)等產(chǎn)生的有害氣體，應(yīng)加強(qiáng)噴霧灑水和濕式作業(yè)，使有害氣體溶解在水中。水炮泥對(duì)減少放炮產(chǎn)生二氧化氮等有害氣體有很顯著的效果。對(duì)于有二氧化碳涌出時(shí)，若在水中加入適量的石灰或一些藥劑，效果會(huì)更好。3．井下通風(fēng)不良的地區(qū)或不通風(fēng)的巷道，應(yīng)該及時(shí)封閉或設(shè)置柵欄，并掛上“禁止入內(nèi)”等明顯標(biāo)志，以防人員誤入發(fā)生缺氧窒息事故。對(duì)于采空區(qū)或廢棄巷道要及時(shí)密閉，防止有害氣體涌出及發(fā)生其他災(zāi)害。4．加強(qiáng)對(duì)含氡礦井水、水倉(cāng)的管理，凡有大量含氡污水涌出的巷道要設(shè)置排水溝并加蓋板。井下污水倉(cāng)要加蓋板，同時(shí)要有專門的回風(fēng)系統(tǒng)。含有氡的污水，不得在井下地面循環(huán)使用。防止有害氣體危害，是礦井通風(fēng)安全工作的主要任務(wù)。第三節(jié)礦井氣候條件一、礦井氣候條件及其對(duì)人體熱平衡的影響礦井氣候條件是指礦井空氣溫度、濕度、大氣壓力和風(fēng)速等參數(shù)所反映的綜合狀態(tài)，反映的是人體對(duì)井下環(huán)境的熱感受。人不論在休息或在工作時(shí)，身體不斷地產(chǎn)生熱量和散失熱量，以保持熱平衡，人體產(chǎn)生熱量的多少取決于體質(zhì)、年齡和勞動(dòng)強(qiáng)度的大小。勞動(dòng)強(qiáng)度越大，產(chǎn)生熱量越多，成年人進(jìn)行輕微勞動(dòng)時(shí)每小時(shí)產(chǎn)生的熱量約為500KJ，進(jìn)行繁重勞動(dòng)時(shí)每小時(shí)產(chǎn)生的熱量約為1100KJ。人體產(chǎn)生熱量的一部分用來維持人體自身的生理機(jī)能活動(dòng)以及滿足對(duì)外做功的需要，其余部分必須通過散熱的方式排出體外。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對(duì)流、輻射和汗液蒸發(fā)這三種形式進(jìn)行的，呼吸和排泄也散發(fā)少量的熱。對(duì)流散熱主要取決于周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決于周圍環(huán)境的溫度；蒸發(fā)散熱主要取決于周圍空氣的相對(duì)濕度，人體每蒸發(fā)1克汗液，可以散熱2.42KJ。當(dāng)空氣的溫度達(dá)到人的皮膚溫度（33?34°C）時(shí)，出汗蒸發(fā)幾乎成為人體唯一的散熱方式。即工作環(huán)境的溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合狀態(tài)決定著人體的散熱條件。三者在一定的范圍內(nèi)，人體能夠依靠自身的調(diào)節(jié)機(jī)能，使散熱量和產(chǎn)熱量之間保持相對(duì)平衡，體溫保持在36.5?37°C之間，維持人的正常生理活動(dòng)。在井下生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度情況下，比較適宜的空氣溫度為20C左右，風(fēng)速為1m/s左右。此條件適合人體的對(duì)流和輻射散熱，人的感覺會(huì)比較舒適?？諝鉁囟瘸^25C將不利于勞動(dòng)狀態(tài)下人體的散熱。空氣的濕度決定著蒸發(fā)的效果。濕度低于30%，屬于干燥空氣，蒸發(fā)過快，會(huì)感到干燥；濕度高于80%，屬于高濕空氣，蒸發(fā)困難；濕度達(dá)到100%，蒸發(fā)停止，人體感覺適宜的濕度為50?60%。井下環(huán)境中，空氣的濕度難以調(diào)節(jié)，往往是通過溫度和風(fēng)速的合理調(diào)節(jié)給工作環(huán)境創(chuàng)造一個(gè)比較舒適的工作氣候條件，這也是礦井通風(fēng)的一個(gè)基本任務(wù)。當(dāng)?shù)V井氣候條件不能滿足人體的產(chǎn)熱和散熱的平衡時(shí)，則會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。比如，寒冷地區(qū)，氣溫低、風(fēng)速大的環(huán)境，潮濕空氣會(huì)帶走人體過多的熱量，人體就會(huì)發(fā)冷，甚至感冒。而高溫、高濕的空氣，會(huì)使人感到悶熱。當(dāng)溫濕度過高的時(shí)候，會(huì)使人體的對(duì)流和輻射和蒸發(fā)散熱大大減低，人體的熱量不能及時(shí)散出，甚至超過人體的熱承受能力，會(huì)給人體健康和礦井安全生產(chǎn)帶來危害—即所謂的礦井熱害。礦井高溫?zé)岘h(huán)境的危害主要表現(xiàn)在①人長(zhǎng)時(shí)間處在高溫?zé)岘h(huán)境中生理調(diào)節(jié)機(jī)能將發(fā)生障礙，出現(xiàn)體溫升高，代謝紊亂，心跳加快，心律失常，血壓升高等現(xiàn)象，甚至虛脫中暑，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致昏迷或死亡。②高溫高濕的作業(yè)環(huán)境中會(huì)使作業(yè)人員精神煩躁、疲憊乏力、精力不集中，增加了事故的發(fā)生率。③影響著作業(yè)人員勞動(dòng)生產(chǎn)效率。④易引發(fā)其它災(zāi)害，如增大瓦斯涌出量，煤層自然著火危險(xiǎn)性增加等?！兑?guī)程》對(duì)礦井氣候的規(guī)定為：采掘作業(yè)地點(diǎn)的氣象條件應(yīng)符合下表（表1-5）7的規(guī)定，否則，應(yīng)采取降溫或其他防護(hù)措施。表1-5采掘作業(yè)地點(diǎn)氣象條件規(guī)定干球溫度€相對(duì)濕度％風(fēng)速m/s備 注<28不規(guī)定0?5—1.0上限<26不規(guī)定0.3—0.5至適<18不規(guī)定<0.3增加工作服保暖量另外，進(jìn)風(fēng)井巷冬季的空氣溫度，應(yīng)高于2€；低于2C時(shí)，應(yīng)有暖風(fēng)設(shè)施。不應(yīng)采用明火直接加熱進(jìn)入礦井的空氣。有放射性的礦山，不應(yīng)利用老窿（巷）預(yù)熱和降溫。二、礦井的氣候特征1．礦井空氣的溫度空氣溫度是影響礦井氣候最敏感的因素，礦內(nèi)風(fēng)流的氣溫，除機(jī)電硐室外允許在2—26°C的范圍內(nèi)變化，超出此范圍就得采取加熱和降溫措施。1）井下空氣溫度的變化主要受下列因素的影響：地面空氣溫度礦井空氣來自地面，地面空氣溫度對(duì)井下氣溫有直接的影響。尤其在冬、夏兩季和開采深度較淺的礦井，影響較為顯著。冬季地面空氣溫度很低，冷空氣流入礦井后，使井下氣溫降低。夏季地面空氣溫度很高，熱空氣進(jìn)入井下后，使井下氣溫升高，如南方地區(qū)有的礦井的井下或工作面每年有1?2個(gè)月處在高溫?zé)岷χ?。晝夜溫差也?huì)對(duì)井下產(chǎn)生影響。對(duì)于開采深度大的礦井，由于受到圍巖溫度的調(diào)節(jié)作用，地面氣溫對(duì)進(jìn)風(fēng)段影響較大，而對(duì)采區(qū)及回風(fēng)區(qū)域的空氣溫度變化影響較小。圍巖溫度巖石溫度對(duì)井下空氣溫度有很大影響。井巷圍巖向風(fēng)流的傳熱主要取決于圍巖與風(fēng)流之間的溫度差和傳熱系數(shù)的大小。在地面以下，一般在25?30米深度的地帶，巖石的溫度基本上是常年恒定，這一地帶被稱為恒溫帶。恒溫帶的巖石溫度近似為該地區(qū)的年平均溫度。在恒溫帶以上，巖石溫度隨地面氣候而改變，在恒溫帶以下，巖石溫度隨深度的增加而升高，巖層溫度增加1C時(shí)所增加的垂直深度（m）叫地溫率。各地區(qū)的地溫增加率是有所差異的，在含煤地層中地溫率一般為30?35米/C。根據(jù)但溫帶的溫度與地溫率就可以計(jì)算出不同深度地層的溫度。Z-Z+ 恒1-1g溫1-1溫式中t 深度為Z米處的巖層溫度，C；t恒恒溫帶的巖層溫度，C；恒Z恒恒溫帶深度，m；恒g地溫率，m/C。溫井巷圍巖向風(fēng)流的傳熱主要取決于圍巖與風(fēng)流之間的溫度差和傳熱系數(shù)的大小。例如礦井深度不大，巖石溫度不太高時(shí)，冬季冷空氣進(jìn)入井下，將從巖石吸取熱量，使空氣溫度升高；而在夏季則相反，故井下有冬暖夏涼的感覺。即圍巖對(duì)空氣的溫度具有一定的調(diào)節(jié)作用。這種作用在進(jìn)風(fēng)區(qū)域比較明顯，隨通風(fēng)路線的增長(zhǎng)，風(fēng)流溫度變化趨于穩(wěn)定下。一般深井熱害主要是由于巖溫引起的，有的礦井巖石溫度已達(dá)40°C以上。機(jī)電設(shè)備散熱井下機(jī)電設(shè)備所消耗的能量均可轉(zhuǎn)換為熱能，使風(fēng)流溫度升高。機(jī)電設(shè)備散熱主要是在機(jī)電設(shè)備比較集中的生產(chǎn)巷道、采掘工作面以機(jī)電硐室。但是，提升及排水機(jī)械用于增加位能的那部分功率不轉(zhuǎn)化為熱。地下熱水礦井地層中如有高溫?zé)崛蛴械責(zé)崴砍鰰r(shí)，能使地下巖層溫度升高，或直接向風(fēng)流散熱；相反，若低溫的地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，則地下巖層溫度降低?？諝獾膲嚎s與膨脹當(dāng)空氣沿井筒向下流動(dòng)時(shí)，因空氣受到壓縮作用而產(chǎn)生熱量，一般垂深每增加100m,其溫度升高1C左右；相反，空氣向上流動(dòng)時(shí)，則因膨脹作用而降溫，平均每升高100m，溫度下降0.8?0.9C。水分蒸發(fā)吸熱礦井通風(fēng)的過程可以帶走井下大量的水蒸氣，礦井水分的不斷蒸發(fā)，將從空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低。每蒸發(fā)1kg水可吸收2.5kJ的熱量，能使1m3空氣的溫度降低1.9C。其他熱源主要有井下煤炭等氧化生熱、風(fēng)流的摩擦熱及人體散熱等。2）井下空氣溫度的變化規(guī)律根據(jù)以上熱源的綜合作用，井下風(fēng)流溫度的變化大致有以下規(guī)律：在進(jìn)風(fēng)區(qū)段（是指從進(jìn)風(fēng)井、進(jìn)風(fēng)石門、進(jìn)風(fēng)大巷直到采區(qū)入口的通風(fēng)路線）風(fēng)流溫度主要受到地面氣溫、圍巖溫度、空氣自壓縮、水分蒸發(fā)等因素影響。冬季井巷圍巖向風(fēng)流散熱，風(fēng)流溫度逐漸升高；夏季與冬季的情況相反，風(fēng)流溫度逐漸降低。因此，在進(jìn)風(fēng)路線上，礦井空氣溫度隨四季而變，和地表氣溫相比較，有冬暖夏涼的現(xiàn)象，影響比較明顯的范圍取決于通風(fēng)強(qiáng)度，圍巖的散熱條件等。風(fēng)流到達(dá)采區(qū)時(shí)地面氣溫的影響已不明顯，巷道風(fēng)溫基本達(dá)到穩(wěn)定。采區(qū)段（是指從采區(qū)入口、進(jìn)風(fēng)巷、采掘工作面、回風(fēng)巷到采區(qū)出口的通風(fēng)路線）采區(qū)是礦井的生產(chǎn)區(qū)域，機(jī)電設(shè)備多，原巖及采落煤巖放熱量大，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，放熱多，以及爆破工作、礦巖氧化生熱等，對(duì)風(fēng)流起著加熱作用，氣溫逐漸升高，一般到采掘工作面風(fēng)流達(dá)到最高溫度。到采區(qū)回風(fēng)巷，由于圍巖散熱已趨穩(wěn)定，加之漏風(fēng)等，風(fēng)流溫度會(huì)有所下降。回風(fēng)段（是指從采區(qū)出口、回風(fēng)大巷、回風(fēng)井到風(fēng)硐的通風(fēng)路線），由于圍巖散熱比較穩(wěn)定，加之礦井漏風(fēng)，風(fēng)流向上流動(dòng)體積膨脹等，使風(fēng)流溫度比采區(qū)有所降低。這一區(qū)段熱源較少，主要是風(fēng)流摩擦，水蒸氣凝結(jié)熱等。風(fēng)流溫度分布比較恒定，而且常年變化較小。礦井風(fēng)流溫度分布及變化規(guī)律如圖1-3-1所示。2?礦井空氣濕度1）空氣濕度的表示方法空氣濕度是指空氣中所合的水蒸汽量多少而言，空氣中含的水蒸汽量越多則濕度越大。表示空氣濕度的方法有多種如絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含濕量、露點(diǎn)溫度等，這里介紹絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度：①絕對(duì)濕度單位體積的濕空氣中所含水蒸汽質(zhì)量，用符號(hào)pv表示：MP= vV1-2式中Mv 水蒸氣的質(zhì)量，kg13/20在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所能容納的水蒸氣量是有極限的，超過這一極限值，多余的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)出來。這種含有極限值水蒸氣的濕空氣叫飽和空氣，其含有的水蒸氣量叫飽和濕度，用ps表示。飽和濕度是確定值，可以查表得出。②相對(duì)濕度單位體積空氣中實(shí)際含有的水蒸氣量(pv)與其同溫度下的飽和水蒸氣含量(ps)之比的百分?jǐn)?shù)可用下式表示：* ^vX100%1-3P1-3s相對(duì)濕度申的大小反映了空氣接近飽和的程度。申值小表示空氣干燥，吸收水分的能力強(qiáng)；反之，申值大則空氣潮濕，吸收水分能力弱。申=0，即為干空氣；申=1即為飽和空氣。例如：甲地：空氣溫度t=18C，pv=0.0107Kg/m3；乙地：空氣溫度t=30C，pv=0.0154Kg/m3，試求兩地的相對(duì)濕度。解：查表得，當(dāng)t為18C，p=0.0154Kg/m3；當(dāng)上為30C，ps=0.03037Kg/m3。甲地：申=pv/ps=0.7=70%乙地：申=pv/ps=0.51=51%乙地的絕對(duì)濕度大于甲地，但甲地的相對(duì)濕度大于乙地，故乙地的空氣吸濕能力強(qiáng)，更利于蒸發(fā)散熱。水分向空氣中蒸發(fā)的快慢和相對(duì)濕度直接有關(guān)，所以，礦井氣候條件中指的是相對(duì)濕度。對(duì)于不飽和空氣隨溫度的下降其相對(duì)濕度逐漸增大，冷卻達(dá)到申=100%時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)。再繼續(xù)冷卻，空氣中的水蒸氣就會(huì)因過飽和而凝結(jié)成水。反之，當(dāng)空氣溫度升高時(shí)，空氣的相對(duì)濕度將會(huì)減小。例題：某礦井風(fēng)量為6000m3/min,進(jìn)風(fēng)口空氣相對(duì)濕度為30%,溫度為12°C；出風(fēng)井口空氣相對(duì)濕度為100%，溫度為22°C。試求一晝夜由礦井風(fēng)流帶出的水量。解：由進(jìn)風(fēng)流溫度12C，可查得空氣的飽和濕度為Ps=0.010kg/m3，則空氣的絕對(duì)濕度為：Pv=?Xps=0.003kg/m3；同理求得礦井出風(fēng)流絕對(duì)濕度為0.0193kg/m3。則一晝夜由礦井風(fēng)流帶出的水量為：6000X(0.0193-0.003)X60X24=140832Kg/d=140.8 (t/d)即礦井風(fēng)流每天從井下排出140.8噸水。3．風(fēng)速礦井風(fēng)速的大小取決于巷道的段面積和流過風(fēng)量的大小。一般，礦井的總進(jìn)、總回風(fēng)巷道由于風(fēng)量集中，風(fēng)速往往比較大；而采區(qū)巷道，風(fēng)量比較分散，風(fēng)速較小。風(fēng)速過大，會(huì)使人員感覺不舒適，通風(fēng)阻力大，還會(huì)吹氣礦塵，污染作業(yè)環(huán)境；風(fēng)速過小，不利于散熱，且容易造成有害氣體積聚。因此，井巷風(fēng)速必須在規(guī)定的合理范圍，如表1-6。表1-6井巷斷面平均最高風(fēng)速規(guī)定井巷名稱最高風(fēng)速m/s專用風(fēng)井，專用總進(jìn)、回風(fēng)道專用物料提升井風(fēng)橋提升人員和物料的井筒，中段的主要進(jìn)、回風(fēng)道，修理中的井筒，主要斜坡道運(yùn)輸巷道，采區(qū)進(jìn)風(fēng)道采場(chǎng)151210864由于礦井空氣有粘性以及流動(dòng)中與巷道壁面的摩擦作用，使得巷道斷面上風(fēng)速的分布是不均勻的，巷道斷面中間的風(fēng)速大，越靠近巷道的邊壁風(fēng)速越小。一般講巷道風(fēng)速指的是巷道斷面的平均風(fēng)速。三、衡量礦井氣候條件的指標(biāo)礦井氣候條件是由溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用所決定的，要找到一項(xiàng)能夠完全準(zhǔn)確地反映礦井氣候條件適宜程度的指標(biāo)是很困難的。長(zhǎng)期以來，人們提出了多種指標(biāo)用來衡量氣候條件，主要有干球溫度、濕球溫度、同感溫度、卡他度等。此外還有四小時(shí)出汗量、比冷力、熱強(qiáng)指標(biāo)等，這里僅介紹前幾種指標(biāo)。干球溫度干球溫度是我國(guó)現(xiàn)行的評(píng)價(jià)礦井氣候條件的主要指標(biāo)。一般來說，由于15/20礦井空氣的相對(duì)濕度變化不大，所以干球溫度能在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。而且這個(gè)指標(biāo)比較簡(jiǎn)單，使用方便。但這個(gè)指標(biāo)只反映了氣溫對(duì)礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件中濕度和風(fēng)速對(duì)人體熱平衡的綜合作用，因而存在較大的局限性。濕球溫度在相同的氣溫（干球溫度）下，若濕球溫度較低，則相對(duì)濕度較??；反之，若濕球溫度與氣溫相接近，則相對(duì)濕度較大。因此用濕球溫度這個(gè)指標(biāo)可以反映空氣溫度和相對(duì)濕度對(duì)人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個(gè)指標(biāo)仍沒有反映風(fēng)速對(duì)人體熱平衡的影響。同感溫度同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國(guó)采暖工程師協(xié)會(huì)提出的。這個(gè)指標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)，憑受試者對(duì)環(huán)境的感覺而得出的。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們先將三個(gè)受試者置于一個(gè)溫度為t相對(duì)濕度為?、風(fēng)速為v的已知環(huán)境里，并記下他們的感受；然后讓他們到另一個(gè)溫度（用t］表示）可調(diào)，相對(duì)濕度為100%,風(fēng)速為0的環(huán)境里，通過調(diào)節(jié)溫度t1使他們的感受與第一個(gè)環(huán)境相同，那么則稱t1為第一個(gè)環(huán)境的同感溫度。這個(gè)指標(biāo)可以反映出溫度、濕度和風(fēng)速這三者對(duì)人體熱平衡的綜合作用。顯然，同感溫度越高，人體舒適感就越差。根據(jù)上述一系列實(shí)驗(yàn)，可以繪制出同感溫度計(jì)算圖，如圖1.3所示。利用該圖，只要測(cè)知空氣的干球溫度、濕球溫度和風(fēng)速，即可查得被測(cè)環(huán)境的同感溫度。同感溫度的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)考慮了干球溫度、濕球溫度和風(fēng)速的綜合作用。例如三個(gè)工作地點(diǎn)的氣候參數(shù)分別為：溫度17.7°C,相對(duì)濕度100%，風(fēng)速0m/s；濕度22.4C，相對(duì)濕度70%，風(fēng)速0.5m/s；⑤濕度25C，相對(duì)濕度20%，風(fēng)速2.5m/s。通過查圖1.3，可得它們的同感溫度溫度都是17.7C。即有同樣的散熱效果。趣曆辛越趣曆辛越圖1-3同感溫度計(jì)算圖同感溫度是以人的主觀感受為基礎(chǔ)確定的，其客觀性和準(zhǔn)確性存在不足。例題：測(cè)得某一采煤工作面風(fēng)流的干球溫度為25°C,濕球溫度為23°C,風(fēng)速為1.5m/s,求其同感溫度。解在圖1.3的左右溫度標(biāo)尺線上分別找出25C和23C兩點(diǎn)A、B，并連成虛直線，該直線與風(fēng)速為1.5m/s的風(fēng)速曲線相交，由此交點(diǎn)，即可從同感溫度標(biāo)尺上查得同感溫度為18.3C。4.卡他度卡他度是1916年由英國(guó)L.希爾等人提出的?？ㄋ扔每ㄋ?jì)測(cè)定。卡他計(jì)是一種酒精溫度計(jì)，如圖1.4所示?？ㄋ?jì)下端有一個(gè)比普通溫度計(jì)大的貯液球，上端有一個(gè)小空腔，玻璃管上只有35C和38C兩個(gè)刻度，這兩個(gè)溫度的平均值恰好等于人體的正常體溫(36.5C)。測(cè)定時(shí)，先把貯液球置于熱水中加熱，當(dāng)酒精柱上升至小空腔的一半時(shí)取出，擦干貯液球表面水分，然后將其懸掛于待測(cè)空氣中，此時(shí)由于液球散熱，酒精柱開始下降，用秒表記下從38C降到35C所需時(shí)間t，即可用下式求得干卡他度Kd。圖1-4卡他計(jì)FK41.868 ,W/m2d t 1-4式中F—卡他常數(shù)，每只卡他計(jì)玻璃管上都標(biāo)有F值。干卡他度反映了氣溫和風(fēng)速對(duì)氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為測(cè)出溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用效果，需要采用濕卡他度Kw。W濕卡他度是在卡他計(jì)貯液球上包裹上一層濕紗布時(shí)測(cè)得的卡他度，其實(shí)測(cè)和計(jì)算方法完全與干卡他度相同。對(duì)高溫、高濕礦井用濕卡他度來衡量礦井氣候條件比干卡他度更合適。根據(jù)研究，不同勞動(dòng)強(qiáng)度時(shí)較適宜的卡他度值如表1-11所列。表1-11不同勞動(dòng)強(qiáng)度時(shí)適宜的