矿井空气成分及有毒有害气体的检测

矿井空气成分及有毒有害气体的检测一、教学内容:1、矿井空气主要成分及其根本性质、质量浓度标准、检测仪器与方法;2、矿井空气主要有害气体及其根本性质、质量浓度标准、检测仪器3、矿井气候条件标准、改善方法,二、重点难点:1、矿井空气主要有害气体的质量浓度标准;2、气体检测仪器与检测方法;3、防止有害气体危害的措施;4、矿井气候条件各三、教学要求:参数的测定仪表及测定方法。1、了解矿井空气各主要成分的根本性质;2、了解矿井气候条件的质量标准及改善办法;3、把握矿井空气各主要成分的质量浓度标准、检测仪表及方法;4、把握矿井气候条件各参数的测定仪表及方法。第一节矿井空气成分区地面空气又称为大气,是混合气体,和季节变化较大以外,其余化学组成成分相对稳定。一般将大不气中除了水蒸气的比例随地含水蒸汽的空气称为干空气,它的组成成分和体积百分比分别为氧气(20.96%气79%和二氧化碳0.04%。等。在矿井通风中,习惯上把风流分作颖风流(风)和污风风流(污风(一)氧气(O2)氧气是一种无色、无味、无臭的气体,对空气的相对密度为1.105能助燃。氧气是维持人体正常生理机能所不可缺少0.2~0.4L/min;在工作时为1~3L/min。1-1表1-1人体缺氧病症与空气中氧气浓度的关系氧气浓度(体积)/%人体主要病症静止状态无影响,工作时会感到喘息、呼吸困难和强烈心跳171510~126~9地面空气进入井下后,氧气浓度要有所降低,氧气浓度降低的主要其他有机物的缓慢氧化;爆破工作;井下火灾和瓦斯、煤尘爆炸;煤岩盲巷、通风不良的巷道中或发生火灾、爆炸事故后,应特别留意对氧(二)氮气(N2)氮气是无色、无味、无臭的惰性气体,相对密度为0.97,微溶于水,氮气在正常状况下对人体无害,但当空气中的氮气浓度增加时,会相应降低氧气浓度,人会因缺氧而窒息。在井下废弃旧巷或封闭的采空区中,有可能积存氮气。如1982年9月7日,我国某矿因矿井主要通风机停风,井下采空区的氮气大量涌出,致使采煤工作面支架安装人员缺矿井中的氮气主要来源于:井下爆破;有机物的腐烂;自然生成的氮气(三)二氧化碳(CO2)1.52常常要在氧气中参加5%的1-2所示。1-2二氧化碳浓度(体积)/%人体主要病症1呼吸加深,急促3呼吸急促,心跳加快,头痛,很快疲乏5呼吸困难,头痛,恶心,耳鸣10头痛,头昏,呼吸困难,昏迷10~2020~25二氧化碳比空气重,常常积聚在煤矿井下的巷道底板、水仓、溜煤良处。矿,曾在1975年611000m3。二氧化碳窒息同缺氧窒息一样,都是造成矿井人员伤亡的重要原因之一。矿井空气的主要成分中,由于氧气和二氧化碳对人员身体安康和安采掘工作面进风流中,按体积计算,氧气浓度不低于20%;二氧化碳浓0.5%。矿井总回风巷或一翼回风巷风流中,二氧化碳超过0.75采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中二氧化碳超过1.5%风流中二氧化碳浓度到达1.5%三、矿井空气主要成分的检测方法矿井空气主要成分的检测方法可分为两大类:一是取样分析法,二是(一)取样分析法利用取样瓶或吸气球等容器提取井下空气式样,送往地面化验室进展合。(二)快速测定法利用便携式仪器在井下就地检测,快速测定出主要气体成分,是目前(1)利用氧气检测仪检测CYH30型,它普遍使CYH30型氧气检测仪承受的是电化学“隔膜式伽伐尼电池”原理。氧气传感元件(隔膜式伽伐尼电池)分别由铂、铅两种不同金属做阴极和阳极,碱性溶液做电解液,通过聚四氯乙烯薄膜将其封闭构成,如图1-1a所示。当氧气透过隔膜在电极上发生电化学反响时,在(2)利用比长式氧气检测管检测2、二氧化碳浓度的快速检测方法矿井空气中二氧化碳的测定主要使用光学瓦斯鉴定器,检查方法详见其次节矿井空气中的有害气体及其检测(一)一氧化碳(CO)0.97,13%~75%时遇火源有爆炸性。一氧化碳有剧毒。人体血液中的血红素与一250~300倍。一氧化碳的中毒程度与中毒浓度、中毒时间、呼吸频和中毒时间的关系如表1-3所示。1-3一氧化碳浓度(体积)/%人体主要病症0.0160.0481h可引起稍微中毒症状0.1280.5~1h0.40短30min一氧化碳中毒除上述病症外,最显著的特征是中毒者粘膜和皮肤呈樱矿井中一氧化碳的主要来源有:爆破工作;矿井火灾;瓦斯及煤70~75%的死亡人员都是因一氧(二)硫化氢(H2S)硫化氢是无色、微甜、略带臭鸡蛋味的气体,相对密度为1.194.3%~46%时具有爆炸性。气管炎和肺水肿。当空气中浓度到达0.0001%时可嗅到臭味,但当浓度较0.005~0.01%),因嗅觉神1-4所示。1-4硫化氢浓度(体积)/%人体主要病症01有猛烈臭鸡蛋味流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困难0.050.5~1h严峻中毒,失去知觉、抽筋、瞳孔变大,甚至死亡0.1短时间内死亡矿井中硫化氢的主要来源有:坑木等有机物腐烂;含硫矿物的水化;1971现场了解透水状况,被涌出的硫化氢熏倒致死。有些矿区的煤层中也(三)二氧化硫(SO2)二氧化硫是无色、有猛烈硫磺气味及酸味的气体,当空气中二氧化硫0.0005%时即可嗅到刺激气味。它易溶于水,相对密度为2.32,是井下有害气体中密度最大1-5所示。表1-5二氧化硫二氧化硫浓度(体积)/%人体主要病症0.0005嗅到刺激性气味0.002头痛、眼睛红肿、流泪、喉痛0.05引起急性支气管炎和肺水肿,短时间内有生命危急矿井中二氧化硫的主要来源有:含硫矿物的氧化与燃烧;在含硫矿物(四)二氧化氮(NO2)二氧化氮是一种红褐色气体,有猛烈的刺激性气味,相对密度1.59二氧化氮是井下毒性最强的有害气体。它遇水后生成硝酸,对眼刺激及腐蚀作用,严峻时可引起肺水肿。6h甚至更长时间后才消灭中毒征兆。主要特征是手指尖及皮肤出现黄色斑点,头发发黄,吐黄色痰液,发生肺水毒程度与浓度的关系如表1-6所示。1-6二氧化氮浓度(体积)/%人体主要病症0.0042~4h内不致显著中毒,6h后消灭中毒病症,咳嗽0.006短时间内喉咙感到刺激、咳嗽,胸痛5短时间即可致死矿井中二氧化氮的主要来源是爆破工作。炸药爆破时会产生一系列转化为二氧化氮)、二氧化氮等,是炮烟的主要成分。我国某矿1972枯燥,工人们放炮后马上迎着炮烟进入,结果因吸入炮烟过多,造2名工人于次日死亡。因此在爆破工作中,肯定要加强通风,防止炮烟熏人事故。(五)氨气(NH3)0.6,30%时遇火有爆炸性。氨气有剧毒。它对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用,可引起喉头水肿,(六)氢气(H2)0.074%~74%时具有爆炸危急。井下氢气的主要来源是蓄电池充电。此外,矿井发生火灾和爆炸事故CH4又称沼气。它是一种具有窒息性和爆炸性的气体,对煤矿安全生产的威逼最大,关于它的主要二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准(允许浓度)标准做了明确1-7表1-7矿井空气中有害气体最高允许浓度一氧化碳CO0.0024NO0.000252二氧化硫SO0.00052硫化氢HS0.000662氨NH0.00430.5%。的。三、有害气体的检测方法(一)瓦斯(CH4)的快速检测方法方法将在《煤矿安全》教材中介绍。(二)CONOHSSONHH22232CONOHSSONHH22232它是根据待测气体同检测管中的指示粉发生化学反响后指示粉的变比长式CO检测管为例说明检测原理及检测方法。图1-2比长式CO检测管构造示意图1?堵塞物;2?活性炭;3?硅胶;4?消退剂;5?玻璃粉;6?指示粉1-2CO检测管是一支4~6mm150mm化学试剂碘酸钾和发烟硫酸充填于管中,当CO气体通过时,与指示色环,棕色环随着气体通过向前移动,移动的长度与气样中所含COCO的浓度值。其他有害气体的比长式检测管构造及工作原理与CO根本一样,只是检颜色变化各有差异。与比长式检测管配套使用的还有圆筒形压入式手动采样器。采样器由变换阀和活塞筒等部分组成。活塞筒用来抽取气样,变换45°位置时,变换阀将活塞筒与外界ml使用时先将阀门把手转到水平位置,在待测地点拉动活塞拉杆往复抽送气2~3活塞筒,再将把手扳至45°位置;将检测管两端用小砂轮片翻开,按将把手扳至垂直位置,按检测管上规定的送气时间(一般100s)把气样以均匀的速度送入检测管,然后,拔出检测管读数。在优先考虑测定人员的防毒措施后,可先将待测气体稀释后再进行测定,但测定结果要依据四、防止有害气体危害的措施全标准以下,这是目前防止有害气体危害的主要措施之一。、加强对有害气体的检查。依据规定的检查制度,承受合理的检查方法和手段,准时觉察存在的隐患和问题,实行有效措施进展处理。、瓦斯抽放。对煤层或围岩中存在的大量高浓度瓦斯,可以承受抽放的方法加以解决,既可以削减井下瓦斯涌出,减轻通风压力,抽到地面的瓦斯还能加以利用。中的二氧化氮、二氧化碳等有害气体,降低其浓度,方法简洁有效。、加强对通风不良处和井下盲巷的治理。工作面采空区应提醒警标,需要进入时必需首先进展有害气体检查,确认无害时方可进入。人员可快速使用自救器撤离危险区。依据具体状况实行人工NO2H2S第三节矿井气候条件及改善矿井气候是指矿井空气的温度、湿度和风速等参数的综合作用状了不同的矿井气候条件。矿井气候条件同人体的热平衡状态有亲热安康和劳动生产率的提高。一、矿井气候对人体热平衡的影响人体无论在静止状态下还是在运动状态下,都要进展陈代谢。人体散热的方式主要通过皮肤外表与外界的对流、辐射和汗液蒸发相对湿度和风速。着人体的对流散热和蒸发的效果。总之,矿井气候条件对人体热平衡的影响是一种综合作用,各参数之(一)矿井空气的温度空气的温度是影响矿井气候的重要因素。最适宜的矿井空气温度为15~20在进风路线上,矿井空气的温度主要受地面气温顺围岩温度的影响,工作面温度根本上不受地面季节气温的影响,且常年变化不大。年根本稳定。(二)矿井空气的湿度空气的湿度是指空气中所含的水蒸气量或潮湿程度。有两种表示方法:g/m3f空气在某一温度下所能容纳的最大水蒸气量称为饱和水蒸气量,用F饱表示。温度越高,空气的饱和水蒸气量越大。f50~60%对人体最为适宜。一般情况下,在矿井进风路线上,有冬干夏湿之感。在采掘工作面和回风系统,因空气温度较高且常年变化不大,空气湿度也根本稳定,一般都在90%以上,甚至接近100(三)井巷中的风速8m/s无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于上表的规定值,但0.5m/s。值,但不得超过5m/s。(一)衡量矿井气候条件的指标干球温度是我国现行的最简洁的评价矿井气候条件指标之一,但它响,不太全面,其它评价指标也都有肯定的局限性。1923,凭受试者对环境的感1000原来的环境一样的感觉,此时的温度值就称为原环境的有效温度。下,湿度与风速对气候条件的影响反映不足,也没有考虑辐射换热的温度,再用风表测出该地点风流的风速,然后从等效温度计算图上查(二)矿井气候条件的安全标准进风井口以下的空气温度必需在2℃以上。生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃,机电设备硐室的空气温度不30℃;当空气温度超过时,必需缩短超温地点工作人员的工作时间,并赐予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34(一)矿井空气温度的测定测温仪器可使用最小分度 一般在8:00?16:00h的时间内进行。测定温度的地点应符合以下要求:1、掘进工作面空气的温度测点,应设在工作面距迎头2m处的回风流中。2、长壁式采煤工作面空气温度的测点,应在工作面内运输道空间中心15m处的风流中。采煤工作面串联通风时,应分别测定。3、机电硐室空气温度的测点,应选在硐室回风道口的回风流中。此外,测定气温时应将温度计放置在肯定地点10min后读数,读0.5m(二)空气湿度的测定中一只温度计的水银液球上包有湿纱布,称为湿温度计,另一只温度计称为干温度计,两只温属保护管,以防热辐射的影响;通风器6内装有风扇和发条,上紧气流,干、湿温度计的水银球处在同一风速下。7由上部排出。湿度值,空气的相对湿度越小,蒸发吸热作用越显著,干湿温度差就越大。依据湿温度计的读数(′,℃)1-12即可查出空气的相五、矿井气候条件的改善改善矿井气候主要是从调整空气温度和调整风速入手。其中,常用的70℃~802℃井筒、井口房混合式三种。2m以下,在井筒内进展热风和冷风的混合。2℃以上后再进入井筒。、井口房、井筒混合式。这种布置方式是前两种方式的结合,它将大局部热风送入井筒内混合,将(二)降温措施1、通风降温(1)增加风量。当热害不太严峻时,用提高通风强度即增大风量的方法来降施。风流的路线长度,并使进风巷道位于热源温度较低的层位中,以减少风流被加热的时机;(3)改革采煤工作面通风方式。传统的采煤工作面通风方式为一进一U型通风,假设视情况改低。2、改革采煤方法和顶板治理(2)倾斜长壁式采煤法的通风路线短,风阻小,风量大,工作面入口风流温度相应较低,对改善工作面的气候有利。(3区冒落岩石的散热和采3、削减各种热源散热如削减煤炭在井下的暴露时间;在高温岩壁与巷道支架之间充填隔4、制冷降温当承受通常的降温措施不能有效地解决采掘工作面等局部地点的高冷;井下集中制冷机制冷;井下移动冷冻机制冷。第四节井巷中风速与风量的测定单位时间内通过井巷断面的空气体积叫做风量,它等于井巷的断面治理中的根底性工作。10工作面和其它用风地点,应依据实际需要随时测风,每次测风结果应记录并写在测风地点矿井应依据测风结果实行措施,进展风量调整。一、井巷断面上的风速分布空气在井巷中流淌时,风速在巷道断面上的分布是不均匀的。一般v均。平均风速v均与最大风速v大的比值叫做巷道的风速分布系数(速度场系数),用K速表壁越光滑,K速就越大,即断面上的风速分布越均匀。据调查,对K0.68~0.82K速0.74~0.81。二、测风仪表(一)机械式风表机械式风表是目前煤矿使用最广泛的风表。它全部承受机械构造,也可用于煤矿井下;叶轮式在煤矿中应用广泛,是本节介绍的重点。机850.8~25m/s)、中速0.3~5m/s起动风速有差异。速(指示风速)vv真的关系可用风表校正曲线来表示。风表出厂时都附有该风表的校正曲线,风表使用一段时间后,还必需按规定重进展检修和风表的校正曲线可用下面的表达式来表示:v真=a+bv表(1-2)式中v真??真风速,m/s;a??说明风表启动初速的常数,决定于风表转动部件的惯性和摩擦;b??校正常数,打算于风表的构造尺寸;v表??风表的指示风速,m/s。(二)热效式风表我国目前生产的主要是热球式风速计。它的测风原理是,一个被加热的物体置于风流中,其温度随风速大小和散热多少而变化,通过测量物体在风流中的温度便可风环境中的灰尘及空气湿度等对它也有一定的影响,所以这种风表使(三)电子叶轮式风表叶轮在风流的作用下旋转,转速与风速成正比,利用叶轮上安装的一些附件,根据光量,利用电子线路实现风速的自动记录和数字显示。它的特点是读数(四)超声波风速计测量范围大。(一)测风地点度和分布合理的固定测风站。对测风站的要求如下:各用风地点的进、回风巷中设置测风站,但要避开重复设置。测风站应设在平直的巷道中,其前后各10m范围内不得有风流分等局部阻力。(3)假设测风站位于巷道断面不规整处,其四壁应用其它材料衬壁4m。(4但必需随工作面的推动选择支护完好、前后无局部阻力物的断面上测风。(5)测风站内应悬挂测风记录板(牌),记录板上写明测风站的(二)测风方法为了测得平均风速,可承受线路法或定点法。线路法是风表按