矿井通风与空气调节课件

1、Ventilation一、学习该课程的目的一、学习该课程的目的二、该课程的学习方法二、该课程的学习方法三、该课程的学习的重点和难点三、该课程的学习的重点和难点 空气流动基本理论、通风阻力和动力、矿井瓦斯、火灾、空气流动基本理论、通风阻力和动力、矿井瓦斯、火灾、粉尘和水灾粉尘和水灾三、该课程学时分配三、该课程学时分配总共总共4848学时，计划课内学时，计划课内4444学时，习题学时，习题4 4学时学时四、成绩评定四、成绩评定平时成绩占平时成绩占20%20%，考试占，考试占80%80%，考教分离，考教分离五、主要参考书五、主要参考书1.1.矿井通风与安全矿井通风与安全吴中立吴中立 主编主编中国矿大

2、出版社中国矿大出版社2.2.通风安全学通风安全学张国枢主编张国枢主编中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社3 3煤矿安全规程煤矿安全规程第一部分一部分 通风工程通风工程第章章 矿井空气矿井空气1 1 矿井空气成份矿井空气成份 2 2 矿井空气中有害气体矿井空气中有害气体3 3 矿井气候矿井气候第章章 矿井空气流动基本理论矿井空气流动基本理论1 1 空气主要物理参数空气主要物理参数2 2 风流能量与压力风流能量与压力3 3 通风能量方程通风能量方程 4 4 能量方程在矿井通风中的应用能量方程在矿井通风中的应用第章章 井巷通风阻力井巷通风阻力1 井巷断面上的风速分布井巷断面上的风速分布2 摩擦风阻与

3、阻力摩擦风阻与阻力3 局部风阻与阻力局部风阻与阻力4 4 矿井总风阻与矿井等积孔矿井总风阻与矿井等积孔5 降低矿井通风阻力的措施降低矿井通风阻力的措施第第 4 章章 通风动力通风动力1自然风压自然风压2通风机类型及构造通风机类型及构造3主要通风机附属装置主要通风机附属装置4主要通风机实际特性曲线主要通风机实际特性曲线5 5 主要通风机工况点及其经济运行主要通风机工况点及其经济运行6 6 通风机联合运转通风机联合运转7 7 矿井通风设备选型矿井通风设备选型第章章 矿井通风网络中风量分配与调节矿井通风网络中风量分配与调节1 风量分配的基本规律风量分配的基本规律2 简单网络特性简单网络特性3 3 通

4、风网络动态特性分析通风网络动态特性分析4 4 矿井风量调节矿井风量调节5 5 应用计算机解复杂通风网路应用计算机解复杂通风网路第第 6 章章 局部通风局部通风1 局部通风方法局部通风方法2 掘进工作面风量分配掘进工作面风量分配3 局部通风设备局部通风设备4 局部通风系统设计局部通风系统设计第第 7 章章 通风系统与通风设计通风系统与通风设计1 矿井通风系统和局部通风系统矿井通风系统和局部通风系统2 通风构筑物与漏风通风构筑物与漏风2 通风设计通风设计第第 8 章章 矿井空调技术概论矿井空调技术概论 1 环境气候与人体的热平衡环境气候与人体的热平衡 2 影响矿井气温的因素影响矿井气温的因素 3

5、矿井降温措施矿井降温措施 4 矿井制冷空调矿井制冷空调 第二部分第二部分 安全工程安全工程第第9章章 矿井瓦斯矿井瓦斯 1 概述概述 2 煤层瓦斯赋存与含量煤层瓦斯赋存与含量 3 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 4 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 5 瓦斯爆炸与预防瓦斯爆炸与预防6 6 瓦斯抽放瓦斯抽放第第10章章 火灾防治火灾防治1 概述概述2 外因火灾及其预防外因火灾及其预防3 煤炭自燃理论基础煤炭自燃理论基础4 4 火灾预测与预报火灾预测与预报5 开采技术防火措施开采技术防火措施6 6 灌桨与阻化剂灭火灌桨与阻化剂灭火7 均压防灭火均压防灭火8 惰气防灭火惰气防灭火9 火灾时期通风火灾时期通风101

6、0 矿井火灾处理与控制矿井火灾处理与控制第第 11 章章 矿尘防治矿尘防治1 矿尘及其性质、尘肺病矿尘及其性质、尘肺病2 煤尘爆炸及其预防煤尘爆炸及其预防3 综合防尘措施综合防尘措施第第12 章章 矿山防水矿山防水地面防水、井下防水及其处理地面防水、井下防水及其处理 第第 13 章章 矿山救护矿山救护 1 矿山救护队矿山救护队 2 矿工自救矿工自救 3 现场急救现场急救第一章第一章 矿井空气矿井空气本章重点：本章重点：1、空气成分；、空气成分；2、矿井有害气体、来源及最高允许浓度；、矿井有害气体、来源及最高允许浓度；3、矿井气候条件、矿井气候条件第一章 矿井空气矿井空气 利用机械或自然通风动力

7、，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风矿井通风。目的、主要任务目的、主要任务保证矿井空气的质量符合要求。保证矿井空气的质量符合要求。第一第一 节节 矿井空气成份矿井空气成份定义：定义：地面空气进入矿井以后即称为地面空气进入矿井以后即称为矿井空气矿井空气。一、地面空气的组成一、地面空气的组成地面空气是由地面空气是由干空气干空气和和水蒸汽水蒸汽组成的混合气体，亦称为组成的混合气体，亦称为湿空气湿空气。 干空气干空气是指完全不含有水蒸汽的空气，由氧、氮、二氧

8、化碳、氩、氖和其他一些微是指完全不含有水蒸汽的空气，由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和其他一些微量气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。量气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。 湿空气中含有水蒸气，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。湿空气中含有水蒸气，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。 气体成分气体成分 按体积计按体积计 按质量计按质量计 备备 注注 氧气（氧气（O2O2） 20.96 23.32 20.96 23.32 惰性稀有气体氦、惰性稀有气体氦、 氮气（氮气（N2N2） 79.0 76.71 79.0 76.71

9、 氖、氩、氪、氖、氩、氪、 二氧化碳（二氧化碳（CO2CO2） 0.04 0.06 0.04 0.06 氙等计在氮气中氙等计在氮气中二、矿井空气的主要成分及基本性质二、矿井空气的主要成分及基本性质 新鲜空气：新鲜空气：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气，井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气， 污浊空气：污浊空气：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气， 1 1氧气氧气(O(O2 2) ) 氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体, ,人体维持正常生命过程所需人体

10、维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。 人体输氧量与劳动强度的关系人体输氧量与劳动强度的关系 劳动强度劳动强度 呼吸空气量（呼吸空气量（L/minL/min） 氧气消耗量（氧气消耗量（L/minL/min） 休休 息息 6-15 0.26-15 0.20.40.4 轻轻 劳劳 动动 20-25 0.6-1.020-25 0.6-1.0 中度劳动中度劳动 30-40 1.2-2.630-40 1.2-2.6 重重 劳劳 动动 40-60 1.8-2.440-60 1.8-2.4 极重劳动极重劳动 40-80 2.5-3

11、.140-80 2.5-3.1 当空气中的氧浓度降低时，人体就可能产生不良的生理反应，当空气中的氧浓度降低时，人体就可能产生不良的生理反应，出现种种不舒适的症状，严重时可能导致缺氧死亡。出现种种不舒适的症状，严重时可能导致缺氧死亡。 矿井空气中氧浓度降低的主要原因有：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。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。2 2二氧化碳二氧化碳(CO(

12、CO2 2) ) 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（其比重为气重（其比重为1.521.52），在风速较小的巷道中底板附近浓度较大；），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。在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。 矿井空气中二氧化碳的主要来源是矿井空气中二氧化碳的主要来源是：煤和有机物的氧化；人员：煤和有机物的氧化；人员呼吸；碳酸性岩石分解；炸药爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸等。呼吸；碳酸性岩石分解；炸药爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸等。3 3氮气氮气(N(N2 2

13、) ) 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、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。但空气中含氮量升高，则势必造成氧含量相不助燃，也不供呼吸。但空气中含氮量升高，则势必造成氧含量相对降低，从而也可能造成人员的窒息性伤害。正因为氮气具有的惰对降低，从而也可能造成人员的窒息性伤害。正因为氮气具有的惰性，因此可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。性，因此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：井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出层中也有氮气涌出, ,灭火人为

14、注氮。灭火人为注氮。 三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 采掘工作面采掘工作面进风流进风流中的中的氧气浓度氧气浓度不得低于不得低于2020；二氧化碳浓度二氧化碳浓度不不得超过得超过0.50.5；总回风流中；总回风流中不得超过不得超过0.750.75；当采掘工作面风流中当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到二氧化碳浓度达到1.51.5或采区、或采区、 采掘工作面回风道风流中二氧采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过化碳浓度超过1.51.5时，时，必须停工处理必须停工处理。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体空气中常见有害气体：空气中常见有害

15、气体：COCO、NONO2 2、SOSO2 2 、NHNH3 3 、H H2 2 。一、基本性性质一、基本性性质、一氧化碳（、一氧化碳（COCO） 一氧化碳是一种无色、一氧化碳是一种无色、 无味、无味、 无臭的气体。相对密度为无臭的气体。相对密度为0.970.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在化碳浓度在13137575范围内时有爆炸的危险。范围内时有爆炸的危险。 主要危害主要危害：血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。：血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化碳与人体血液中

16、血红素的亲合力比氧大一氧化碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250250300300倍。一旦一倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液血液“窒息窒息”。0 .08%0 .08%，4040分钟引起头痛眩晕和恶心，分钟引起头痛眩晕和恶心，0.32%0.32%，510510分钟引起头痛、眩晕，分钟引起头痛、眩晕，3030分钟引起昏迷，死亡。分钟引起昏迷，死亡。 主要来源主要来源：爆破；矿井火灾；煤

17、炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。、硫化氢（、硫化氢（H H2 2S S）硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到达到0.00010.0001即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢相对密度为嗅不到。硫化氢相对密度为1.191.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解的水可溶解2.52.5个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。硫个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积

18、水中。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.34.345.545.5时有爆炸危险。时有爆炸危险。 主要危害主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，使：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主，浓度人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主，浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。0.0050.01%0.0050.01%，1212小时后出现眼及小时后出现眼及呼吸道刺激，呼吸道刺激，0.0150.02%0.0150.02% 主要来源：主要来源

19、：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和旧巷积水中放出。和旧巷积水中放出。、二氧化氮（、二氧化氮（NONO2 2）二氧化氮是一种褐红色的气体，有强烈的刺激气味，二氧化氮是一种褐红色的气体，有强烈的刺激气味，相对密度为相对密度为1.591.59，易溶于水。，易溶于水。 主要危害：主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点

20、。指头出现黄色斑点。0.01%0.01%出现严重中毒。出现严重中毒。主要来源主要来源：井下爆破工作。：井下爆破工作。4.4.二氧化硫二氧化硫(SO2)(SO2)二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达到二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达到0.00050.0005即可嗅到。即可嗅到。其相对密度为其相对密度为2.222.22，易溶于水。，易溶于水。主要危害主要危害：遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用，：遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用， 可可引起喉炎和肺水肿。引起喉炎和肺水肿。 当浓度达到当浓度达到 0.0020.002时，眼及呼吸器

21、官即感到有强烈时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激；浓度达的刺激；浓度达0.050.05时，短时间内即有致命危险。时，短时间内即有致命危险。主要来源：主要来源：含硫矿物的氧化与自燃；在含硫矿物中爆破；以及从含硫矿层中涌含硫矿物的氧化与自燃；在含硫矿物中爆破；以及从含硫矿层中涌出。出。5.5.氨气氨气(NH(NH3 3) ) 无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.5960.596，易溶于水，。空气浓度中达，易溶于水，。空气浓度中达3030时有爆炸危险。时有爆炸危险。主要危害主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作

22、用，可引起喉头水肿。主要来源主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。 6.6.氢气氢气(H(H2 2) )无色、无味、无毒，相对密度为无色、无味、无毒，相对密度为0.070.07。氢气能自燃，其点燃温度比沼气。氢气能自燃，其点燃温度比沼气低低100100200200，主要危害主要危害：当空气中氢气浓度为：当空气中氢气浓度为4 47474时有爆炸危险。时有爆炸危险。主要来源：主要来源：井下蓄电池充电时可放出氢气；有些中等变质的煤层中也有井下蓄电池充电时可放出氢气；有些中等变质的煤层中也有氢气涌出、或煤氧化。氢气涌出、或煤

23、氧化。二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准 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，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，规规程程对常见有害气体的安全标准做了明确的规定，对常见有害气体的安全标准做了明确的规定，矿井空气中有害气体的最高容许浓度矿井空气中有害气体的最高容许浓度有害气体名称有害气体名称 符号符号 最高容许浓度最高容许浓度/%/%一氧化碳一氧化碳 CO 0.0024CO 0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）氧化氮（折算成二氧化氮） NONO2 2 0.00025 0.00025二氧化硫二氧化硫 SOSO2 2

24、0.0005 0.0005硫化氢硫化氢 H H2 2S 0.00066S 0.00066氨氨 NHNH3 3 0.004 0.004第三节第三节 矿井气候矿井气候矿井气候：矿井气候：矿井空气的矿井空气的温度温度、湿度湿度和和流速流速三个参数的综合作用。这三个参数三个参数的综合作用。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。也称为矿井气候条件的三要素。一、矿井气候对人体热平衡的影响一、矿井气候对人体热平衡的影响新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。人体散热主要是通过人体皮肤表新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的面与外界的对流对流、辐射和汗液蒸发辐射和汗液蒸发这

25、三种基本形式进行的。对流散热取决于这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。围空气的相对湿度和流速。 人体热平衡关系式：人体热平衡关系式：q qm m-q-qw w=q=qd d+q+qz z+q+qf f+q+qchchq qm m人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；q qW W人体用于做功而消耗的热量，人体用于做功而消耗的热量，qm-qwqm-qw人体排出的多余热量人体排出的多余热量；q qd

26、d人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；q qz z汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；q qf f人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；q qchch人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，q qchch=0=0；当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高q qchch00，人体温度降低，人体温度降低， q qchch00矿井气候条件的三要素是影响人

27、体热平衡的主要因素。矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素。 空气温度：空气温度：对人体对流散热起着主要作用。对人体对流散热起着主要作用。 相对湿度：相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。影响人体蒸发散热的效果。 风速：风速：影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风速而增大。同时湿交换效果也随风速增大而加强。如有风的天气，凉速而增大。同时湿交换效果也随风速增大而加强。如有风的天气，凉衣服干得快。衣服干得快。二、衡量矿井气候条件的指标二、衡量矿井气候条件的指标1.1.干球温度干球温度干球温度干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。特点特点：在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。指标比较简单，：在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。指标比较简单，使用方便。但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响，而没有使用方便。但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响，而没有反映出气候条件