No.1 礦井通風(fēng)概述課件

礦井通風(fēng)概述OUTLINE礦井通風(fēng)礦井環(huán)境氣體12礦井通風(fēng)技術(shù)體系

3安全工程學(xué)院·劉玉德礦井通風(fēng)礦井通風(fēng)概述安全工程學(xué)院·劉玉德礦井通風(fēng)系統(tǒng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井主要通風(fēng)機的工作方式、礦井通風(fēng)方式和通風(fēng)網(wǎng)路的總稱。通風(fēng)機工作方式：主要有抽出式通風(fēng)、壓入式通風(fēng)、抽出和壓入混合式通風(fēng)。礦井通風(fēng)安全工程學(xué)院·劉玉德礦井通風(fēng)礦井通風(fēng)方式中央式分為中央并列式和中央分列式兩種。混合式是中央式和對角式的一種綜合形式。對角式分為兩翼對角式和分區(qū)對角式兩種安全工程學(xué)院·劉玉德礦井通風(fēng)安全工程學(xué)院·劉玉德礦井環(huán)境氣體礦井通風(fēng)概述

氣體成分

有害氣體的作用

有害氣體的特性

易燃易爆氣體安全工程學(xué)院·劉玉德氣體成分（1）主要成分氧（O2）、氮氣（N2）、二氧化碳（CO2）（2）有害氣體一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氧化氮、氫氣、氨氣等。礦井大氣成分安全工程學(xué)院·劉玉德有些可溶性氣體，如氫、硫化物氣體，氮化物氣體等，可以溶解在汗液中，以汗液形式流入口中而吞下，因而增加了中毒作用。吸入是有害氣體作用人體機能的最主要和最常見的途徑，如有害氣體CO、CO2、SO2、H2S、NOx等，以及蒸汽、汽油、環(huán)烷烴化合物等。皮膚長有許多毛細(xì)孔與人體內(nèi)部相連通，有毒氣體如氮氣、硫化氫、硝氣和二氧化硫等主要是呈堿性或酸性，它們可以從皮膚滲入。有害氣體的作用途徑吸入

吞入

作用皮膚

有害氣體的作用

安全工程學(xué)院·劉玉德分子式：CO，分子量：28.1，相對空氣比重為00.97，熔點-205℃，沸點-192℃;在100g的水中，0℃時可溶解3.5ml單位，20℃溶2.3ml，60℃溶1.5ml單位；在100g95%乙醇中，20℃可溶20ml單位。爆炸極限為：12.5%~74.2%（體積），發(fā)火點位608.9℃，在空氣中燃燒時形成藍(lán)色火焰，并生成二氧化碳。CO為無色、無臭的有毒氣體，微量中毒有時使人感到欣快，正因為如此，常容易被忽視，造成事故。CO是大氣中比較穩(wěn)定的氣體，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以可以在大氣中停留2~3年。理化性一氧化碳有害氣體的特性存在環(huán)境

CO是大氣中比較穩(wěn)定的氣體，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以可以在大氣中停留2~3年。一氧化碳是由于碳及烴類的不完全燃燒而產(chǎn)生。主要產(chǎn)生于煤的自燃發(fā)火，采空區(qū)，坑木的腐爛和放炮的炮煙中（約含4%~12%）。當(dāng)瓦斯爆炸后，將產(chǎn)生大量的CO，其含量一般在2%~3%之多。在煤礦井下監(jiān)測CO含量不僅是為了防止CO中毒，而且根據(jù)礦井生產(chǎn)中CO增長的趨勢和變化過程，作為判斷煤層是否發(fā)生自然發(fā)火指標(biāo)信號。允許濃度我國《煤礦安全規(guī)程》：24ppm（30mg/m3）蘇聯(lián)；18ppm（20mg/m3）英國：50ppm日本：50ppm美國：50ppm德國；50ppm美國（1984~1985）允許濃度的規(guī)定：在15min內(nèi)短時間暴露的最大平均允許濃度為400ppm（440mg/m3）。中毒作用

一氧化碳本身并無毒性，其所謂中毒，是人體的血紅蛋白（代表符號為Hb）通過肺與CO結(jié)合時生成碳氧血紅蛋白（CO-Hb），妨礙了Hb向體內(nèi)運輸氧的機能，因而造成體內(nèi)缺氧，形成內(nèi)部窒息，同時血液中的CO-Hb妨礙了其他氧和血紅蛋白O2-Hb的解離，從而形成中毒作用。CO與Hb的結(jié)合力比氧與Hb的結(jié)合力強200~300倍，如果呼吸的空氣中含有700ppm的CO，則血液中的Hb有50%與CO相結(jié)合而生成CO-Hb，體內(nèi)氧的供應(yīng)量便減少了一半以下。不同濃度對人體的表征死亡0.53000死亡1～22000脈搏加速，痙攣，昏迷，潮式呼吸2～31000劇烈頭痛，惡心，無力眼花、虛脫2～4500頭重、頭痛，CO-Hb可達40%2～4200大城市最高水平，對中樞神經(jīng)有影響170～100激烈活動較急烈發(fā)生氣喘840視覺及神經(jīng)機能出現(xiàn)障礙，血中碳氧血紅蛋白可達5%>830對呼吸道患者有影響（普通大城市的平均水平）5～30作用征象暴露時間/h濃度/ppm中毒癥狀

急性中毒表現(xiàn)為輕、中、重三級：①輕度中毒：有輕度頭疼，頭沉重感，頭暈、心跳、眼花、惡心、嘔吐，全身無力，脈快等癥。②中度中毒：面色潮紅，口唇櫻桃紅色，脈快，多汗，煩躁，進入昏迷狀態(tài)。③重度中毒：迅速進入昏迷狀態(tài)，昏迷時間數(shù)小時或更久，不能很快恢復(fù)。并有并發(fā)癥，如肺炎、心肌損害、體溫失調(diào)、肢體癱瘓、震顫、麻痹、運動性感覺型周圍神經(jīng)炎。慢性中毒長期接觸低濃度CO，可能產(chǎn)生頭疼、頭暈、記憶力減退、失眠、四肢無力、易發(fā)怒、消化不良、體重減輕等神經(jīng)衰弱癥候群，其它如未老先衰、眼睛和心臟機能異常、對酒的耐受能力降低等。CO的急性中毒，不比長期吸入CO的慢性中毒嚴(yán)重，對于慢性中毒，即使?jié)舛鹊鸵矔a(chǎn)生后遺癥，造成可怕后果。安全工程學(xué)院·劉玉德碳氧羰基絡(luò)合物有害氣體的特性CO能和鹵素元素或化合物直接形成的化合物稱為光氣；與活性還原金屬或氧化物直接形成的化合物，稱為金屬羰基化合物；它們絕大多數(shù)都是劇毒的氣體。光氣（CCl2）

在第一次世界大戰(zhàn)中被大量用作化學(xué)武器，其毒性相當(dāng)于氯氣的10倍。對人而言，在輕癥的情況下（2.5ppm），最初咳嗽，咽喉炎癥，口渴、嘔吐，粘膜充血；在重癥場合（50ppm）下，呼吸淺而急促，在肺部可感到有微細(xì)的泡沫音和水泡音，大多數(shù)吐出黃色泡沫狀的痰，由于心臟衰弱因而面色變得蒼白，在極少嚴(yán)重的情況下，能招致窒息死亡或心臟停止跳動。在光氣中毒者中，大多數(shù)在吸入2～3天之間可見到生死的轉(zhuǎn)折，如果經(jīng)過這一階段后，就不會再出現(xiàn)惡化，而再次感染的情況較多，但毒害作用逐漸消失，沒有慢性中毒所積存的作用。氟光氣：COF2,分子量66.01，氟光氣具有以氟置換空氣中的氯結(jié)構(gòu)，由于反應(yīng)作用性極強，故強烈刺激皮膚、粘膜、眼、呼吸器官，認(rèn)為氯氣與光氣有同等甚至更大的毒性，其中毒癥狀與光氣基本相同。硫光氣：CSCl2,分子量114.96，具有以硫置換空氣中的氯結(jié)構(gòu)，在空氣中產(chǎn)生煙霧，處理時要注意，其中毒癥狀類同光氣。亞氧化碳（二氧化三碳）分子結(jié)構(gòu)：CO=C=CO，分子量68.03，折射率較大，為反應(yīng)強烈的液體或氣體。如果空氣中存有6%～30%時就會發(fā)生爆炸。少量時有臭味，可以促使感受者發(fā)笑，但濃度高時，刺激眼、鼻、咽喉、呼吸道，引起呼吸困難、窒息。硫化羰：COS，分子量60.07，爆炸極限：12%～28.5%，難溶于水。產(chǎn)生于煤的干餾，有輕度刺激，全身作用引起呼吸麻痹。金屬羰基化合物

金屬羰基化合物大多數(shù)為沸點低的液體或升華性很強的固體，幾乎無例外的都是劇毒物，它們的蒸汽即使是極微量也可引起嚴(yán)重中毒。但大多數(shù)中毒者很快就產(chǎn)生生命危急，繼初期癥狀之后，大多數(shù)在數(shù)小時后隨著腦部有壓迫感而引起呼吸困難，進而體溫下降、發(fā)燒、疲倦、痙攣，引起水腫、肺炎以致死亡。安全工程學(xué)院·劉玉德二氧化碳有害氣體的特性二氧化碳是一種無色，無嗅味而略有酸味的氣體，在低溫加壓下CO2氣體可變?yōu)橐簯B(tài)；利用蒸發(fā)潛熱，可作為雪片狀固體，進一步冷卻加壓制成干冰。在水中的溶解度，0℃時每100ml溶171.3ml，25℃時溶75.9ml，50℃時溶43.6ml。溶于水中后生成碳酸，呈弱酸性液體。CO2在高溫下（2000℃，2.05%）形成可逆反應(yīng)，分解為CO和碳。二氧化碳也叫碳酸氣，當(dāng)炭完全燃燒時則生成CO2。在煤礦井下，個別煤層或巖層中涌出CO2，如營城煤礦和窯街礦區(qū)就曾發(fā)生過三次CO2突出。天然CO2存在于火山氣體和礦泉水中，在地層下1m處含0.7%～1.6%；2m處含1.2%～2.3%；4m處含2.5%～3.5%，越深濃度越高。發(fā)生明火或瓦斯爆炸后也產(chǎn)生大量CO2。在大氣中CO2依地區(qū)不同而有別，在海洋中約0.03%，城市中約0.06%，普通陸地上約0.04%，人類呼吸氣體中約含4%～5.6%。CO2可作為資源，近年來各國都在加強對它的研究利用，我國在吉林省境內(nèi)查明存在大面積CO2氣田，并進行開發(fā)利用。允許濃度

中國：采掘工作面：5000ppm英國：5000ppm日本：1%(礦山)美國：5000ppm德國：5000ppm美國曾公布（1984～1985）在短期內(nèi)（15min）允許濃度為15000ppm（27000mg/m3）對人體作用

生物肺泡中含有6%的CO2，但是如果大氣中或環(huán)境中CO2的濃度增加，肺泡內(nèi)的濃度增加，從而使血液中CO2濃度增加而導(dǎo)致pH值發(fā)生變化，由于刺激呼吸神經(jīng)、放出過剩的CO2，使呼吸自然變激。CO2的毒性小，濃度達到2.5%（45mg/L）時，在1小時內(nèi)達不到中等程度的中毒癥狀。濃度達到3%時才加深呼吸，濃度達到4%（72mg/L）時，才略呈現(xiàn)局部刺激，頭痛感、耳鳴、心悸亢進、血壓上升、脈搏遲滯、興奮、眩暈，極少出現(xiàn)嘔吐，失神狀態(tài)。濃度達到6%時，這些癥狀變得明顯。濃度達到8%時，呼吸困難變得十分明顯，呼吸頻率增加。濃度達到8%～10％時，急速發(fā)生意志昏沉、痙攣、虛脫感，進而停止呼吸以至死亡，但呼吸停止后心臟仍跳動。濃度達到一個新的水平20%時，在數(shù)秒內(nèi)引起中樞障礙，生命陷入危險狀態(tài)。在CO2中毒時由于意志不清，昏睡而跌倒受傷的危險很大。安全工程學(xué)院·劉玉德氧氣有害氣體的特性氧在自然界的存在最為豐富，空氣中按體積計約含21%。以重量計，水含88.8%；巖石和土壤約含46%，人體約含65%的氧。氧是大多數(shù)動植物生存所必須的元素，缺氧時，對人類的體質(zhì)和生命造成威脅。煤礦中由于礦物的氧化、坑木的腐爛、采空區(qū)和瓦斯爆炸后都會形成缺氧狀態(tài)。無色、無嗅的氣體，氧是化學(xué)活性最強的元素，除金、銀、鉑、鹵素、惰性氣體外，能與多種元素直接化合而生成氧化物。當(dāng)空氣中氧含量增加時，易引起物體著火，且燃燒速度激烈上升而易發(fā)生火災(zāi)事故，為防止事故發(fā)生的安全指標(biāo)時作業(yè)環(huán)境著中氧含量控制在30%以下。允許濃度：中國：20%（煤礦采煤工作面）；美國：18%（氧分壓18000Pa）;日本：19%（煤礦）。對人體的作用40s內(nèi)失去知覺、暈倒、進而停止呼吸，心臟停止跳動、死亡≤4肌肉無反應(yīng)，失去知覺6臉色蒼白，精神混亂，感覺遲鈍8雖維持意識，但情緒不穩(wěn)，異常疲勞，呼吸節(jié)奏紊亂，嗜睡，呼吸困難14～10深呼吸，脈搏增加，肌肉張力降低16～12癥狀表現(xiàn)氧含量（%）安全工程學(xué)院·劉玉德二氧化硫有害氣體的特性礦井中SO2主要主要來源與含硫礦床的氧化和含硫煤炭的自然氧化。二氧化硫在空氣中很快變成三氧化二硫（S2O3）,易溶于水而形成硫酸。因而在礦井采空區(qū)水中溶有大量亞硫酸和硫酸。SO2也大量存在于地層之中，雖火山活動和地震等地質(zhì)運動被排放出來。地面SO2的來源是由于含硫煤炭和石油的燃燒，污染大氣環(huán)境。二氧化硫（SO2）是一種無色而有刺激性的氣體，易溶于水，其水溶液稱亞硫酸。當(dāng)環(huán)境改變時，亞硫酸的稀釋溶液迅速改變，所以當(dāng)采空區(qū)水流出時易隨同放出SO2氣體。SO2對金屬具有強烈的腐蝕性和還原性。因為二氧化硫有窒息性的臭味及激烈的刺激性，所以因高濃度氣體而致死的中毒事故是極少的。中國：煤礦安全規(guī)程：5ppm（15mg/m3）工業(yè)廠房衛(wèi)生：7.5ppm（20mg/m3）前蘇聯(lián)：(4ppm)10mg/m3美國：2ppm(5mg/m3)日本：5ppm(13mg/m3)英國：10ppm德國：2ppm(5mg/m3)美國曾公布（1984～1985）規(guī)定的允許濃度：15min內(nèi)短時間暴露的最大平均濃度為5ppm(10mg/m3)。允許濃度

中毒與作用二氧化硫的中毒作用，主要時通過呼吸道深入，其次是皮膚和粘膜，其主要作用是對人體的腐蝕而影響新陳代謝活動。當(dāng)身體的粘膜表面、皮膚表面接觸二氧化硫氣體時，則溶于水分中而成為酸，酸的刺激作用為毒性主體，當(dāng)吸入量大時，則引起血酸癥（酸中毒），其結(jié)果表現(xiàn)出各種臟器的相應(yīng)變化。（1）高濃度的SO2能刺激眼睛、鼻、咽喉等處粘膜，同時由于強烈刺激呼吸道而造成呼吸困難，引起支氣管炎，肺氣腫，肺炎等病。（2）急性中毒，表現(xiàn)為眼痛、鼻孔痛、咽喉痛和灼燒感、窒息感、胸痛、咳嗽、呼吸困難，嘔吐、意識不清；反射性的咽喉痙攣、支氣管痙攣、窒息，或者引起聲門水腫和肺氣腫。（3）慢性中毒癥狀為牙齒酸蝕、支氣管炎、胃腸障礙、結(jié)膜炎、鼻喉頭炎、味覺及嗅覺障礙、全身疲乏、體重減少等。安全工程學(xué)院·劉玉德氨是一種具有特殊氣味的無色氣體，壓縮易于液化。氨易溶于水。氨氣是可燃性氣體，與空氣的混合物能爆炸，其爆炸極限為15.0%～28.0%，與氧混合爆炸極限為14.8%～79.0%。在極短時間內(nèi)就可以致死3.5～7.05000～10000吸入0.5～1h就有生命危險2.5～4.53600～6500吸入0.5～1h尚不致死亡1.5～2.72150～3900因刺激咽喉而咳嗽1.21620感到刺激眼睛0.5698有明顯的刺激0.3408可以耐受0.5～1h進行工作0.2～0.35300～500長期工作時就能中毒0.07100有明顯的中毒現(xiàn)象，可耐受6h0.0685可感到有氣味0.03553mg/m3ppm作用征象濃度對人體的作用

毒性作用①氨具有強烈刺激皮膚的危害，對口腔和鼻腔的呼吸系統(tǒng)粘膜有腐蝕作用，其作用可達到組織深部。②高濃度的氨作用于眼睛時，激烈的刺激結(jié)膜和粘膜，并引起結(jié)膜浮腫、角膜渾濁，且?guī)硪暳φ系K后遺癥，甚至造成失明。③吸入高濃度的氨會引起肺水腫，或由于中樞作用引起停止呼吸。氨有害氣體的特性安全工程學(xué)院·劉玉德氮氧化物有害氣體的特性一氧化二氮N2O

一氧化二氮，氣態(tài)的比重（相對密度）為1.53；容于乙醇或濃硫酸中，在水中于25℃時每100ml可容60ml。煤礦井下硝銨炸藥的熱分解；氮氣與氧氣的混合氣體的放電；氨氣的氧化；硝酸鹽及亞硝酸鹽與氯化亞錫或鈉鉀等的還原反應(yīng)等，皆產(chǎn)生香氣或甜味的N2O無色氣體。氮氧化物包括多種物質(zhì)，另有N2O5，N2O4，N2O3，N2O2，NO，NO2等。除NO2外，其余皆不穩(wěn)定，遇光、濕、熱變成NO2及NO，而NO又變成NO2，所以在工業(yè)中接觸的主要是NO2，炮煙中含NO2約52%。在使用硝氨炸藥放炮時，由于炸藥不完全爆炸和殘余炸藥燃燒所冒出的黃煙，即為氮氧化物。一氧化氮NO

氧氣和氮的混合氣體在高溫放電條件下硝酸被金屬還原，亞硝酸鹽與酸類反應(yīng)，在鉑做催化劑的作用下，氧氣流中對氨加熱都產(chǎn)生出無色無臭的NO氣體。用硝酸炸藥爆炸時產(chǎn)生NO氣體。一氧化氮溶解度為：在乙醇中為26.6ml/100ml;在硫酸中為3.5ml/100ml;在0℃水中為7.34ml/100ml。毒性作用：一氧化氮是一種無刺激性氣體，易于血液中的血紅蛋白結(jié)合形成NO-Hb,其結(jié)合力是一氧化碳的10倍，進而呈現(xiàn)中樞神經(jīng)麻痹現(xiàn)象。因此，如果吸入定量濃度一氧化氮氣體，就會因高鐵血紅蛋白癥而死亡。對人而言，吸入純凈的一氧化氮只要50ppm就可以見到明顯的癥狀。二氧化氮NO2

各種氮氧化物最后都以NO2的形式而存在于環(huán)境中。在煤礦井下主要存在于爆破炮煙之中，NO2含約52%。固態(tài)為無色固體，液態(tài)為黃色，氣態(tài)為紅褐色，具有特殊的刺激臭味。氣體對空氣比重為1.59，能溶于多種有機溶劑中，溶于水中生成亞硝酸或硝酸。二氧化氮對粘膜刺激性很強，除與血紅蛋白結(jié)合外，還會引起呼吸道與肺部障礙，其毒性是氧化氮的5～10倍，及相當(dāng)于CO的5000～10000倍。二氧化氮NO2

允許濃度中國：煤礦：2.5ppm(5mg/m3)工業(yè)衛(wèi)生：2.5ppm(5mg/m3)(以N2O5計)前蘇聯(lián)：2.5ppm(5mg/m3)(以N2O5計)英國10.0ppm(氮氧化物：以N2O5計)美國：NO23ppm,NO25ppm日本：NO25ppm德國：5ppm(9mg/m3)二氧化氮NO2

甚至死亡>200瞬間暴露可引起生命危險的癥狀《2003～5min暴露引起胸痛80暴露1min，則有刺激鼻和呼吸器官不快感50短時間暴露的安全極限25刺激眼、鼻、上呼吸道10～255天每天接觸4h，會引起肺損害9～14感到強烈臭味5附近稍感有臭味1附近對小動物暴露兩年無影響<0.5作用征象濃度/ppm濃度對人體作用征象硝氣是用硝酸、發(fā)煙硝酸、硝酸鹽、亞硝酸鹽制造火藥、炸藥、醫(yī)藥、染料、硝酸脂硝基化合物及中氮化物時所產(chǎn)生的混合氣體。在煤礦井下的炸藥庫、硐室產(chǎn)生硝氣而引起中毒。這種混合氣體以二氧化氮（NO2）為主，其次為一氧化氮，有時含有亞硝酸等煙霧的硝氣，也存在于硝酸酯及硝基化合物的燃燒、電焊等電弧放電以及煤礦爆破煙氣中。硝氣在溫度為21.3℃，濃度在1000ppm以上時，呈現(xiàn)特有的紅棕色。硝氣

硝氣

硝氣是一種刺激性氣體。在高濃度時，最初對上呼吸道粘膜處有強烈的刺激，從而引起咳嗽、肺刺激，如同光氣中毒一樣的特征,經(jīng)過1h平靜之后，在3～8h或數(shù)日之后就引起肺水腫以致死亡，而在這種情況下由于亞硝酸的作用，從而引起血管擴張，血壓下降及生成高鐵血紅蛋白，進一步作用于中樞神經(jīng)產(chǎn)生麻痹而引起心肌障礙。急性中毒時，吸入后數(shù)分鐘內(nèi)立即引起呼吸困難、嘔吐、眩暈、沉醉、失神、神志不清。0.5～1h內(nèi)急性死亡0.8～1.40.6～1.00320～330短時間吸入就可致死0.6～0.70.4～0.5240～275短時間吸入就有危險0.3～0.40.22～0.3117～154可耐受6h的嚴(yán)重障礙0.270.2105由于刺激而發(fā)生咳嗽0.250.2101有激烈的刺激作用0.160.1262長期工作可耐受的最高濃度0.10.0739HNO3/mg·m-3NO2/mg·m-3ppm作用濃度硝氣對人體的作用見表硝氣

安全工程學(xué)院·劉玉德甲烷易燃易爆氣體甲烷是沼氣的化學(xué)名。為無色、無臭、無毒的易燃?xì)怏w?？梢员灰夯蚬袒?。燃燒時呈青白色火焰，與空氣混合物氣體在點燃時會發(fā)生爆炸，爆炸極限5.3%～15.01%（體積）。由于甲烷的相對密度較低，故在環(huán)境空間中極易浮升于上部空氣層，形成甲烷層，故可謂甲烷具有向上部空間浮升的固有物理特性。甲烷的成因與存在

近代的研究結(jié)果表明，對于甲烷的成因及其存在尚有兩種學(xué)說：（1）原生學(xué)說在地球的原始大氣中就曾經(jīng)存在的CH4、CO2、NH3及H2O等氣體。甲烷不僅存在于煤層之中，在其他巖層，只要有適當(dāng)裂隙與原生大氣埋藏部位相連通，都極有可能有CH4、CO2、NH3等氣體存在。甲烷的成因與存在

（2）分解學(xué)說甲烷是由植物受碳化作用而產(chǎn)生的，即在煤的生成時，植物被分解產(chǎn)生各種化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)的再分解與結(jié)合而形成CH4，既碳與氫部分生成加烷，碳與氧生成CO2等化學(xué)反應(yīng)過程。由于碳化作用的繼續(xù)進行，CH4的生成量繼續(xù)增加，增加量則隨煤的碳化程度加深而使CH4增多。由于煤層的致密性和巖層的覆蓋，煤碳化生成甲烷是客觀事實，因而煤礦中的甲烷主要來自礦物的碳化分解，但也不能排出原生甲烷存在和混入的可能來源和影響。露頭淺而含量低，深而含量高。頂板是頁巖含量多，砂巖含量少。煤層（體）甲烷釋放機理

甲烷是從煤層和巖層內(nèi)釋放到井巷空間之中的，采掘時由煤巖層卸載而產(chǎn)生新的自由面和空間，使之賦存于煤巖層之中的氣體由于壓力（壓力降梯度）的作用而釋放出來，即從自由面（煤體壁面）處釋放出CH4等氣體，其釋放方式有三種煤層（體）甲烷釋放機理

（1）瀉出（煤層瓦斯具有一定的壓力時）大多數(shù)情況下，井巷中的甲烷都是以這種方式釋放出的，瀉出與釋放過程中易造成粉塵飛揚。（2）噴發(fā)：在煤層或斷層中或其他裂隙、空隙處積累儲存了大量的甲烷，由于采掘工作面的推進，當(dāng)自由面上的裂隙與其連通時，則會發(fā)生連續(xù)噴出甲烷現(xiàn)象。噴發(fā)過程同樣造成粉塵飛揚。（3）突出：煤層中含有大量的甲烷，處于極高的壓力狀態(tài)時，在滿足一定條件時，從煤巖裂隙中放出，包括短時間的噴出和長時間的噴出。稱為瓦斯突出。突出時伴有大量的煤塵和煤碎片及煤塊一同拋向遠(yuǎn)方，且伴有強大的聲音。安全工程學(xué)院·劉玉德烷烴系氣體易燃易爆氣體烷烴系氣體的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為CnH2n+2，當(dāng)n=1,2,3,4時烷烴為氣態(tài)，當(dāng)超過4時通常為液態(tài)或固態(tài)。在礦井除甲烷外，還有乙烷、丙烷和丁烷。乙烷

化學(xué)式：C2H6,分子量：30.07，密度：1.357kg/m3,相對密度：1.048。理化性：乙烷是無色無味無臭的氣體，溶于有機溶劑，微溶于水。它與空氣混合能形成易燃易爆炸性混合氣體，爆炸極限3.0％～12.5％（體積），比甲烷低，所以更具有爆炸性。乙烷和甲烷可與煤層體伴生，但含量不高。丙烷

丙烷是無色氣體，理化性能穩(wěn)定，不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，它與空氣能形成爆炸性混合氣體，保障極限2.2%～9.5%（體積）。易溶于醚，溶于醇和苯，微溶于水和丙酮。丙烷在煤礦井下的存在量不大，在天然氣中和煤礦中是微量存在的。丙烷在天然氣中有時含量可達3%。丙烷的主要危害是它的可燃易爆性，因為它的爆炸范圍廣，爆炸下限低，點火溫度也低。丁烷

丁烷是無色氣體，易溶于水，溶于醇和醚，與空氣能形成爆炸性混合氣體，爆炸極限：1.66%～8.5%（體積）。丁烷的臨界溫度是152℃，丁烷和丙烷一樣，在煤礦井下是少量存在的，一般情況下幾乎沒有。安全工程學(xué)院·劉玉德炔烴有害氣體的特性炔烴的通式為CnH2n-2;在煤礦生產(chǎn)過程中主要存在的是乙炔，屬于微量存在。乙炔乙炔為無色氣體、有蒜味、微溶于水，爆炸極限2%～82%。比甲烷更具有爆炸性，在雷管等激勵下，就能引起爆炸。有麻醉作用和毒性。瓦斯爆炸時若有充足空氣即可生成C2H2,煤炭自燃或火災(zāi)時，都有C2H2生成。安全工程學(xué)院·劉玉德氫有害氣體的特性氫氣為無色無味氣體，低濃度時對人無害，但在高濃度和低分壓氧氣條件下，可以使人窒息而死。氫與其他可燃?xì)怏w比較，最可怕的性質(zhì)是它具有極強的易燃性，其最低引爆能為0.2×10-4J，爆炸下限為4%，爆炸上限為75%。在煤炭開采過程中，氫主要來源于炮煙中，以及煤巖層瓦斯涌出中和蓄電池充電作業(yè)中。煤炭自然發(fā)火區(qū)和火區(qū)密閉中也存在少量氫氣。安全工程學(xué)院·劉玉德災(zāi)變氣體有害氣體的特性所謂災(zāi)變氣體，就是指煤礦井下可燃性氣體燃燒或爆炸后所產(chǎn)生的氣體，其主要成分是二氧化碳、一氧化氮、氮氣、氧氣、甲烷及水蒸汽和其他重氫氣體。

通常二氧化碳占4%~6%，一氧化碳占0.6%~1.5%，氧氣占12%~14%；氮氣占80%~85%；其他為甲烷等碳?xì)錃怏w。法國測量結(jié)果美國礦山局測量結(jié)果化學(xué)計算結(jié)果結(jié)果2.5———其他82.2083.5286.3272.60氮———12.30水蒸氣3.503.661.39—氫3.904.472.13—一氧化碳4.808.3510.1615.1二氧化碳12.0010.0410.039.46爆炸前CH4（%）CH4氣體爆炸后生成的氣體此外，災(zāi)變后在二氧化碳增加的同時，造成環(huán)境空間氧氣的含量減少，因而同時產(chǎn)生窒息性災(zāi)害事故。但是在瓦斯爆炸之后由于窒息而死亡的情況并不多，而多數(shù)是由于一氧化碳中毒而造成人體死亡。另外，第一次瓦斯爆炸之后，災(zāi)變生成氣體與第一次爆炸后引起的粉塵混合在一起又構(gòu)成更低的爆炸極限的混合氣體而再次發(fā)生爆炸，此種爆炸延續(xù)到井下氧氣的含量接近耗盡為止。安全工程學(xué)院·劉玉德通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的準(zhǔn)則礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)所謂災(zāi)變氣體，就是指煤礦井下可燃性氣體燃燒或爆炸后所產(chǎn)生的氣體，其主要成分是二氧化碳、一氧化氮、氮氣、氧氣、甲烷及水蒸汽和其他重氫氣體。

通常二氧化碳占4%~6%，一氧化碳占0.6%~1.5%，氧氣占12%~14%；氮氣占80%~85%；其他為甲烷等碳?xì)錃怏w。在保證通風(fēng)安全效果的前提下，使通風(fēng)費用最低，是通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的準(zhǔn)則。以下例指標(biāo)反映：①礦井風(fēng)量和用風(fēng)地點風(fēng)量應(yīng)符合的風(fēng)質(zhì)和供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。②風(fēng)量比（供風(fēng)量/需風(fēng)量）以1.1～1.2為宜。③有效風(fēng)量率不低于85％。④礦井主要通風(fēng)機風(fēng)壓應(yīng)符合要求。⑤礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。⑥防災(zāi)抗災(zāi)能力強。⑦礦井通風(fēng)總費用最低。安全工程學(xué)院·劉玉德通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的基本內(nèi)容礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)①通風(fēng)系統(tǒng)的選擇。主要包括礦井回風(fēng)井筒的位置、數(shù)量、通過能力和主要通風(fēng)機的配置、安裝地點、工作方式、供風(fēng)能力的選擇和優(yōu)化等。②風(fēng)機工況的優(yōu)化。主要指通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的選擇和優(yōu)化、風(fēng)機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的選擇、通風(fēng)控制的優(yōu)化等。③單項通風(fēng)工程的優(yōu)化。安全工程學(xué)院·劉玉德通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的步驟礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)①現(xiàn)場技術(shù)測定：主要包括礦井主要通風(fēng)機性能測定和礦井通風(fēng)阻力測定等系統(tǒng)優(yōu)化基礎(chǔ)工作。②礦井通風(fēng)現(xiàn)狀模擬：由現(xiàn)場技術(shù)測定結(jié)果和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖組成，利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件進行解算，得出當(dāng)前礦井網(wǎng)絡(luò)各分支的風(fēng)量、風(fēng)阻等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。③優(yōu)化區(qū)間的采掘布置和配風(fēng)：根據(jù)礦井發(fā)展規(guī)劃和采掘接續(xù)圖表，確定優(yōu)化區(qū)間不同時期有代表性的采掘布置情況，做為系統(tǒng)優(yōu)化的狀態(tài)。根據(jù)礦井用風(fēng)地點的配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，確定各時期各用風(fēng)地點的配風(fēng)及礦井總用風(fēng)量。④各采掘狀態(tài)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化：每一狀態(tài)的通風(fēng)系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)解算，若風(fēng)機能力不能滿足要求時，進行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)化的目標(biāo)是在滿足礦井需風(fēng)量的同時使風(fēng)機總功率最小，調(diào)節(jié)設(shè)施最少。安全工程學(xué)院·劉玉德通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的示例礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)康家灘煤礦為神東公司惟一的高瓦斯礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力一期為500萬t/a，二期規(guī)劃實現(xiàn)1250萬t/a，礦井通風(fēng)方式為分區(qū)式，通風(fēng)方法為抽出式。礦井原有康家灘風(fēng)井及孫家溝風(fēng)井，康家灘風(fēng)井主要通風(fēng)機型號為BDK54-8-No26，電機功率2×400kW，主要擔(dān)負(fù)一、五盤區(qū)通風(fēng)，孫家溝井主要通風(fēng)機型號為BDK60-10-No32，電機功率2×800kW，主要擔(dān)負(fù)二、三盤區(qū)通風(fēng)。通過采用通風(fēng)優(yōu)化技術(shù)，在井田中央新建了劉家堰風(fēng)井（風(fēng)機型號為BDK60-10-No38，電機功率2×800kW），取代了康家灘風(fēng)井，合理調(diào)整通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，縮短礦井通風(fēng)距離4000m，增加礦井風(fēng)量9000m3/min，降低礦井通風(fēng)阻力約5500Pa。優(yōu)化后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)如圖6-2所示。安全工程學(xué)院·劉玉德通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的示例礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)安全工程學(xué)院·劉玉德長距離大斷面掘進通風(fēng)技術(shù)設(shè)計巷道斷面大（平均18m2左右）；通風(fēng)距離長（6000m）。因此，神東礦區(qū)的巷道施工工藝主要有兩種方式，即雙巷掘進（巷道主要用于綜采工作面順槽）和單巷掘進（主要為礦井開拓巷道），由此形成了兩種不同的掘進通風(fēng)技術(shù)。即全風(fēng)壓與局部通風(fēng)結(jié)合的通風(fēng)技術(shù)及局部通風(fēng)機壓入式通風(fēng)技術(shù)。安全工程學(xué)院·劉玉德全風(fēng)壓與局部通風(fēng)結(jié)合的快速掘進通風(fēng)技術(shù)長距離大斷面掘進通風(fēng)技術(shù)通過每隔50～60m封閉或未封閉的聯(lián)絡(luò)巷，可以形成一巷進風(fēng)、另一巷回風(fēng)的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，局部通風(fēng)機安設(shè)于全風(fēng)壓風(fēng)流進風(fēng)巷中，隨聯(lián)絡(luò)巷密閉的跟進而前移，最大程度地縮短局部通風(fēng)的距離，適應(yīng)大斷面、長距離掘進的風(fēng)量、風(fēng)速要求。安全工程學(xué)院·劉玉德長距離大斷面掘進通風(fēng)技術(shù)周邊充填、中間掛風(fēng)簾”的巷道快速隔風(fēng)技術(shù)。輕質(zhì)膨脹固體充填袋、積木式快速插接可伸縮支架和風(fēng)簾組