項目一 礦井空氣成分

知識點

◆描述礦井空氣主要成分及其基本性質

◆列舉礦井空氣主要成分的檢測方法

◆描述礦井空氣中有害有毒氣體及其基本性質

◆列舉礦井空氣中有害有毒氣體的檢測方法

技能點

◆能使用儀器檢測空氣主要成分的濃度，并判斷其是

否符合安全標準

◆能使用儀器檢測礦井空氣中的有害有毒氣體的濃度，

并判斷其是否符合安全標準模塊一礦井空氣成分課題一礦井空氣成分【相關知識】

一、地面空氣與礦井空氣

（一）地面空氣組成（干空氣）

1.氧氣：20.96%2.氮氣:79%3.二氧化碳：0.04%（二）礦井空氣與地面空氣異同1.氧氣含量減少

2.二氧化碳含量增加3.混入了各種有毒、有害氣體和礦塵4.空氣的溫度、濕度、壓力等物理參數(shù)變化模塊一礦井空氣成分【相關知識】（三）新風與污風新風：進入采掘工作面、硐室等用風地點之前，空氣成分或狀態(tài)變化較小的風流。污風：經過采掘工作面、硐室等用風地點之后，空氣成分或狀態(tài)變化較大的風流。

二、礦井空氣主要成分及安全標準（一）氧氣

無色、無味、無臭，略重于空氣。氧是很活躍的化學元素，易使多種元素氧化，能助燃。更重要的是，人類之所以能夠在地球上生存，就要不斷地吸入氧氣，呼出二氧化碳。

模塊一礦井空氣成分【相關知識】人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決于人的體質、精神狀態(tài)和勞動強度等。

表1-1人體需氧量與勞動強度的關系模塊一礦井空氣成分【相關知識】表1-2人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關系

氧氣濃度降低原因：人員呼吸；煤巖、坑木和其它有機物的緩慢氧化；爆破工作；井下火災和瓦斯、煤塵爆炸。此外，煤巖和生產過程中產生有毒有害氣體，也會相對降低氧濃度。

在井下通風不良的巷道中，應特別注意對氧氣濃度的檢查，嚴禁貿然進入，以防發(fā)生缺氧窒息事故。

模塊一礦井空氣成分【相關知識】（二）二氧化碳無色、略帶酸臭味，不助燃也不能供人呼吸，易溶于水。二氧化碳比空氣重，常積聚在風速較小的巷道底板、水倉、溜煤眼、盲巷、采空區(qū)等通風不良處；在風速較大的巷道內，一般能與空氣均勻混合。新鮮空氣中微量二氧化碳對人體是有利的。它對呼吸中樞神經有刺激作用，若空氣中完全不含二氧化碳，則正常的呼吸功能就不能維持。但是，當空氣中的二氧化碳濃度過高時，將使空氣中的氧氣含量相對降低，對人體是不利的?？諝庵卸趸紝θ梭w的危害程度與濃度的關系如表1-3所示

模塊一礦井空氣成分【相關知識】表1-3人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關系主要來源有：煤和有機物的氧化；人員呼吸；爆破；火災；瓦斯、煤塵爆炸等。此外，在個別煤層和巖層中也能涌出，

甚至與煤或巖石一起突然噴出。模塊一礦井空氣成分【相關知識】（三）氮氣無色、無味、無臭，略輕于空氣，微溶于水，不助燃，無毒，不能供人呼吸。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。利用氮氣的惰性，可將其用于井下防滅火。實踐證明，氮氣防滅火是防治煤炭自燃的一項十分有效的技術，并得到廣泛應用。主要來源：井下爆破和有機物的腐爛；個別煤巖層中也會有氮氣涌出。

模塊一礦井空氣成分【相關知識】

（四）安全標準由于氧氣和二氧化碳對人體健康和安全生產影響很大，所以《煤礦安全規(guī)程》對其濃度標準做了明確規(guī)定：1、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%；2、礦井總回風巷或一翼回風巷風流中，二氧化碳超0.75%時，必須立即查明原因，進行處理；3、采區(qū)回風巷、采掘工作面回風巷風流中二氧化碳超1.5%時，必須停止工作，撤出人員，采取措施，進行處理。模塊一礦井空氣成分【相關知識】三、礦井空氣中有害氣體及安全標準礦井空氣中常見的有害氣體主要有：一氧化碳（CO）硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氨氣（NH3）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等。（一）一氧化碳

無色、無味、無臭，略輕于空氣，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，有爆炸性。一氧化碳有劇毒，要熟知中毒機理。一氧化碳中毒最顯著的特征是中毒者粘膜和皮膚呈現(xiàn)櫻桃紅色。一氧化碳的中毒程度與一氧化碳濃度、時間及人的體質有關，如表1-4所示。模塊一礦井空氣成分【相關知識】表1-4一氧化碳中毒癥狀與濃度關系主要來源有：爆破工作；礦井火災；瓦斯及煤塵爆炸等。據(jù)統(tǒng)計，在煤礦發(fā)生的瓦斯、煤塵爆炸及火災事故中，約70～75%的死亡人員是一氧化碳中毒所致。模塊一礦井空氣成分【相關知識】(二)硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋氣味，與空氣相對密度為1.19，易溶于水，能燃燒，當濃度達4.3%～45.5%時具有爆炸性。硫化氫有劇毒。它不但能使人體血液缺氧中毒，同時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（0.005~0.01%），因嗅覺神經中毒麻痹，反而嗅不到。

硫化氫的中毒程度與濃度的關系如表1-5所示。模塊一礦井空氣成分【相關知識】表1-5硫化氫的中毒程度與濃度的關系主要來源有：坑木等有機物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區(qū)和舊巷積水中放出；有些煤層中也有硫化氫涌出。

模塊一礦井空氣成分【相關知識】（三）二氧化硫無色、有強烈硫磺氣味及酸味，易溶于水，比空氣重，當風速較小時，常常積聚在巷道的底部。二氧化硫有劇毒，遇水后生成亞硫酸、硫酸，對眼睛和呼吸粘膜有強烈刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。主要來源有：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；從含硫煤體中涌出。表1-6二氧化硫的中毒程度與濃度的關系模塊一礦井空氣成分【相關知識】（四）二氧化氮紅褐色氣體，有強烈的刺激性氣味，比空氣重（相對密度1.59），易溶于水。二氧化氮遇水后生成硝酸，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6～24h后才出現(xiàn)中毒征兆。主要特征是指頭及皮膚出現(xiàn)黃色斑點，吐黃色痰液，甚至死亡。二氧化氮的中毒程度與濃度的關系如表1-7所示。模塊一礦井空氣成分【相關知識】表1-7二氧化氮的中毒程度與濃度的關系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。

模塊一礦井空氣成分【相關知識】（五）氨氣無色、有濃烈臭味的氣體，比空氣輕（相對密度為0.6），易溶于水。當空氣中的氨氣濃度達30%時具有爆炸危險。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。氨氣主要來源：爆破工作；用水滅火時產生；部分巖層中也有氨氣涌出。

（六）氫氣無色、無味、無毒，比空氣輕，是井下最輕的有害氣體空氣中氫氣濃度達到4%~74%時具有爆炸危險。主要來源：井下蓄電池充電；有些中等變質的煤層中也有氫氣涌出。模塊一礦井空氣成分【相關知識】（七）安全標準1.有害氣體安全標準表1-8礦井空氣中有害氣體最高允許濃度《規(guī)程》還規(guī)定：井下充電硐室風流中以及局部積聚處的氫氣濃度不得超過0.5%。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(shù)。模塊一礦井空氣成分【相關知識】2.礦井空氣主要成分安全標準

礦井空氣的主要成分中，由于氧氣和二氧化碳對人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。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，必須停止工作，撤出人員，采取措施，進行處理。模塊一礦井空氣成分【知識鏈接】1.大氣壓力礦井通風中，習慣將壓強稱為壓力。由于空氣分子的熱運動，分子之間不斷碰撞，同時氣體分子也不斷地和容器壁碰撞，形成了氣體對容器壁的壓力。氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用P表示。地面空氣壓力習慣稱為大氣壓，在不同標高處其大小是不同的。地球周圍大氣層的厚度高達數(shù)千千米，越靠近地表空氣密度越大，空氣分子數(shù)越多，分子熱運動的平均動能越大，所以大氣壓力也越大。此外，大氣壓力還與當?shù)氐臍夂驐l件有關，即便是同一地區(qū)，也會隨季節(jié)不同而變化，甚至一晝夜內都有波動。模塊一礦井空氣成分【知識鏈接】測定大氣壓力的儀器常用空盒氣壓計，空氣壓力的單位為帕斯卡（Pa），簡稱帕，1Pa=1N/m2。壓力較大時還有千帕（KPa）、兆帕（MPa）1MPa=1000KPa=1000000Pa有的壓力儀器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。

模塊一礦井空氣成分【知識鏈接】2.空氣密度P——空氣的壓力，Pa；T——熱力學溫度（T＝273+t），K；t——空氣的溫度，℃；φ——相對濕度，%； P飽——溫度為t時的飽和水蒸氣壓力（差表可得），pa。模塊一礦井空氣成分【知識鏈接】3.氣體檢測儀器儀表（1）氣體檢定管比長式CO檢定管結構示意圖1—堵塞物；2—活性炭；3—硅膠；4—消除劑；5—玻璃粉；6—指示劑工作原理：當待測氣體通過檢定管時，將與管內指示劑發(fā)生變色反應，根據(jù)變色長度來確定待測氣體濃度

（比長式）。當待測的氣體通過檢定管時，將與管內指示劑發(fā)生變色反應，根據(jù)指示劑變色程度不同，來確定待測氣體濃度（比色式）。

模塊一礦井空氣成分【知識鏈接】（2）氣體采樣器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—手柄由變換閥和活塞筒等部分組成。活塞筒6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，閥門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），采樣器最大導氣量一般為50ml。模塊一礦井空氣成分【知識鏈接】（3）氧氣檢測儀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—開關模塊一礦井空氣成分【知識鏈接】（4）光學瓦斯鑒定器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“礦井瓦斯防治技術”。也可利用比長式檢測管法檢測。模塊一礦井空氣成分【課程小結】煤礦生產為地下作業(yè)，煤（巖）內又賦存著以甲烷為主的有毒有害氣體，因此，決定了搞好煤礦安全工作的艱巨性。礦井空氣是《礦井通風技術》課程的基礎，又與礦工的身心健康密切相關。經過該模塊的系統(tǒng)學習，將掌握礦井空氣的檢測方法、濃度標準及防治措施，對從事煤礦生產和管理的人員是大有幫助的。本模塊緊緊圍繞“礦井氣體及其檢測”，主要介紹了礦井空氣主要氣體成分和有毒有害氣體的性質、危害、安全標準及防治措施等相關知識。同時，為擴大學生的知識面，又設計了大氣壓力、空氣密度、氣體檢測儀表等鏈接知識。為做到理論與實踐的有機結合，該模塊配有專項實訓項目，真正提高學生該方面的知識和