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矿井通风与安全矿井通风与安全 主主 编编 参参 编编 中国矿业大学出版社 内容提要内容提要 本书是根据煤炭高等院校采矿工程和安全工程专业的“矿井通风与安全”教学大纲并结合“ ‘十二五’全国煤炭高等教育‘专升本’教材编 写工作会议纪要”编写而成的。书中系统阐述了矿井通风和空气调节的基本理论、技术管理、测试设计等内容，分析讨论了煤矿瓦斯、火、矿 尘、水、冒顶等五大自然灾害发生的原因及其防治措施。内容精练、深入浅出，适合作为煤炭成人高校“专升本”学生教材，也可供采矿工程 技术人员参考。 前言 - 1 - 前前 言言 前言 - 2 - i 目目 录录 第一章第一章 矿井空气矿井空气............................................................................................................................................- 1 - 第一节 矿井空气成份............................................................................................................................- 1 - 第二节 矿井空气中的有害气体............................................................................................................- 2 - 第三节 矿井气候....................................................................................................................................- 3 - 本章复习思考题......................................................................................................................................- 4 - 第二章第二章 矿井空气流动的基本理论矿井空气流动的基本理论................................................................................................................- 6 - 第一节 空气的主要物理参数................................................................................................................- 6 - 第二节 风流的能量与压力..................................................................................................................- 11 - 第三节 矿井通风中的能量方程..........................................................................................................- 15 - 第四节 能量方程在矿井通风中的应用..............................................................................................- 20 - 本章复习思考题....................................................................................................................................- 23 - 第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力..................................................................................................................................- 26 - 第一节 井巷断面上风速分布..............................................................................................................- 26 - 第二节 摩擦风阻与阻力......................................................................................................................- 27 - 第三节 局部风阻与阻力......................................................................................................................- 30 - 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔......................................................................................................- 33 - 第五节 降低矿井通风阻力措施..........................................................................................................- 34 - 本章复习思考题....................................................................................................................................- 35 - 第四章第四章 矿井通风动力矿井通风动力..................................................................................................................................- 40 - 第一节 自然风压..................................................................................................................................- 40 - 第二节 矿用通风机的类型及构造......................................................................................................- 42 - 第三节 通风机附属装置......................................................................................................................- 43 - 第四节 通风机实际特性曲线..............................................................................................................- 44 - 第五节 通风机工况点及其经济运行..................................................................................................- 49 - 第六节 通风机的联合运转..................................................................................................................- 51 - 本章复习思考题....................................................................................................................................- 55 - 第五章第五章 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..................................................................................................- 58 - 第一节 风量分配基本规律..................................................................................................................- 58 - 第二节 简单网络特性..........................................................................................................................- 60 - 第三节 通风网络动态特性分析..........................................................................................................- 65 - 第四节 矿井风量调节..........................................................................................................................- 66 - 第五节 应用计算机解算复杂通风网络..............................................................................................- 69 - 本章复习思考题....................................................................................................................................- 69 - 第六章第六章 局部通风局部通风..........................................................................................................................................- 72 - 第一节 局部通风方法..........................................................................................................................- 72 - 第二节 掘进工作面需风量计算..........................................................................................................- 75 - 第三节 局部通风装备..........................................................................................................................- 76 - 第四节 局部通风系统设计..................................................................................................................- 77 - 第五节 掘进安全技术装备系列化......................................................................................................- 78 - 本章复习思考题....................................................................................................................................- 79 - 第七章第七章 矿井通风系统与通风设计矿井通风系统与通风设计..............................................................................................................- 83 - 第一节 矿井通风系统..........................................................................................................................- 83 - 第二节 采区通风系统..........................................................................................................................- 84 - 第三节 通风构筑物及漏风..................................................................................................................- 85 - 第四节 矿井通风设计..........................................................................................................................- 87 - 第五节 可控循环通风概述..................................................................................................................- 92 - 本章复习思考题....................................................................................................................................- 93 - ii 第八章第八章 矿井空气调节概论矿井空气调节概论..........................................................................................................................- 96 - 第一节 井口空气加热..........................................................................................................................- 96 - 第二节 矿井主要热源及其散热量......................................................................................................- 99 - 第三节 矿井风流热湿计算................................................................................................................- 101 - 第四节 矿井降温的一般技术措施....................................................................................................- 105 - 第五节 矿井空调系统设计简介........................................................................................................- 106 - 本章复习思考题..................................................................................................................................- 108 - 第九章第九章 矿井瓦斯矿井瓦斯........................................................................................................................................- 109 - 第一节 概述........................................................................................................................................- 109 - 第二节 煤层瓦斯赋存与含量............................................................................................................- 109 - 第三节 矿井瓦斯涌出........................................................................................................................- 110 - 第四节 瓦斯喷出................................................................................................................................- 112 - 第五节 煤与瓦斯突出及其预防........................................................................................................- 112 - 第六节 爆炸及其预防........................................................................................................................- 114 - 第七节 瓦斯抽放................................................................................................................................- 115 - 本章复习思考题..................................................................................................................................- 119 - 第十章第十章 矿井火灾防治矿井火灾防治................................................................................................................................- 122 - 第一节 概述........................................................................................................................................- 122 - 第二节 矿井外因火灾及其预防........................................................................................................- 122 - 第三节 煤炭自燃的理论基础............................................................................................................- 123 - 第四节 矿井火灾预测和预报............................................................................................................- 125 - 第五节 开采技术防火措施................................................................................................................- 126 - 第六节 均压防灭火............................................................................................................................- 127 - 第七节 惰气防灭火............................................................................................................................- 130 - 第八节 矿井火灾时期通风................................................................................................................- 131 - 第九节 矿井火灾处理与控制............................................................................................................- 132 - 本章复习思考题..................................................................................................................................- 134 - 第十一章第十一章 矿山防尘矿山防尘....................................................................................................................................- 138 - 第一节 矿尘及其性质........................................................................................................................- 138 - 第二节 矿山尘肺病............................................................................................................................- 139 - 第三节 煤尘爆炸及预防....................................................................................................................- 140 - 第四节 矿山综合防尘........................................................................................................................- 142 - 本章复习思考题..................................................................................................................................- 143 - 第十二章第十二章 矿山防水矿山防水....................................................................................................................................- 145 - 第一节 地面防治水............................................................................................................................- 145 - 第二节 井下防治水............................................................................................................................- 145 - 第三节 矿井突水及其处理................................................................................................................- 146 - 本章复习思考题..................................................................................................................................- 147 - 第十三章第十三章 矿山救护矿山救护....................................................................................................................................- 148 - 第一节 矿山救护队............................................................................................................................- 148 - 第二节 矿工自救................................................................................................................................- 150 - 第三节 现场急救................................................................................................................................- 151 - 本章复习思考题..................................................................................................................................- 152 - 第一章 矿内空气 - 1 - 第一章第一章 矿井空气矿井空气 【本章重点】 1、空气成分； 2、矿井有害气体、来源及最高允许浓度； 3、矿井气候条件。 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 的全过程称为矿井通风。 目的、主要任务保证矿井空气的质量符合要求。 第一节第一节 矿井空气成份矿井空气成份 定义地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。 一、地面空气的组成一、地面空气的组成 地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。 干空气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，其主要成分见表 1- 1。 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。 表表 1- 1 干 空 气 主 要 成 分干 空 气 主 要 成 分 气体成分 按体积计/ 按质量计/ 备注 氧气（O2） 20.96 23.17 氮气（N2） 79.0 76.78 二氧化碳（CO2） 0.04 0.05 惰性稀有气体氦、氖、氩等 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．氧气O2 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的氧气量，取决于人的体 质、精神状态和劳动强度等。 表表 1- 2 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 呼吸空气量（L/min） 氧气消耗量（L/min） 休 息 6- 15 0.2－0.4 轻 劳 动 20- 25 0.6- 1.0 中度劳动 30- 40 1.2- 2.6 重 劳 动 40- 60 1.8- 2.4 极重劳动 40- 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，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 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。 2．二氧化碳CO2 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 1.52） ，在风速较 矿井通风与安全 - 2 - 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。 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．氮气N2 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。 矿井空气中氮气主要来源是井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出,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 采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于 20％；二氧化碳浓度不得超过 0.5％；总回风流中不得超 过 0.75％； 当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到 1.5％或采区、 采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓 度超过 1.5％时，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CO、NO2、SO2、NH3、H2。 一、基本性性质一、基本性性质 １、一氧化碳（CO） 一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为 0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。一 氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在 13～75％范围内时有爆炸的危险。 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。 一氧化碳与人体血液中血红素的 亲合力比氧大 250～300 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 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“窒息”。0.08，40 分钟引起头 痛眩晕和恶心；0.32，510 分钟引起头痛、眩晕，30 分钟引起昏迷，死亡。 主要来源爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。 ２、硫化氢（H2S） 硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到 0.0001％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 1.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水 可溶解2.5个体积的