第1章 矿井空气.doc

第一章 矿井空气 矿井通风的主要任务就是把地面新鲜空气源源不断地送入井下，供给人员呼吸，排除各种有害气体和矿尘，创造一个良好的矿内气候条件，从而保障井下人员的身体健康和安全生产。所以，矿井空气的质量和数量是反映矿井通风效果的主要指标。本章重点阐述矿井空气的主要成分，井下常见的有害气体，空气成分和有害气体的安全标准及测定方法，矿井的气候条件，风速、风量测定等主要内容，为进一步学习矿井通风理论奠定基础。 第一节 矿井空气成分 地面空气又称为大气，是由多种气体组成的混合气体。大气中除了水蒸气的比例随地区和季节变化较大以外，其余化学组成成分相对稳定，尽管随时间、地点和海拔高度有所变化，但变化不大。一般将不含水蒸气的空气称为干空气，它的组成成分和体积百分比分别为氧气（20.96）、氮气79和二氧化碳0.04. 地面空气从井筒进入井下就成了矿井空气。由于受井下各种自然因素和人为生产因素的影响，与地面空气相比，矿井空气将发生一系列变化。主要有氧气含量减少；有毒有害气体含量增加；粉尘浓度增大；空气的温度、湿度、压力等物理状态变化等。 在矿井通风中，习惯上把进入采掘工作面等用风地点之前，空气成分或状态变化不大的风流叫做新鲜风流，简称新风，如进风井筒、水平进风大巷、采区进风上山等处；经过用风地点后，空气成分或状态变化较大的风流叫做污风风流，简称污风或乏风，如采掘工作面回风巷、矿井回风大巷、回风井筒等处。 尽管矿井中的空气成分有了一定的变化，但主要成分仍同地面一样，由氧气、氮气和二氧化碳等组成。 一、矿井空气的主要成分及其基本性质 （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。氧气是很活跃的化学元素，易使多种元素氧化，能助燃。 氧气是维持人体正常生理机能所不可缺少的气体。人类之所以能够在地球上生存，是因为人体内不断汲取食物和吸入氧气，通过氧化作用，进行细胞的新陈代谢作用而维持的。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。一般情况下，人在休息时的需氧量为0.20.4L/min；在工作时为13 L/min。 空气中的氧气浓度直接影响着人体健康和生命安全，当氧气浓度降低时，人体就会产生不良反应，严重者会缺氧窒息甚至死亡。人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系如表1-1所示。 表1-1 人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系 氧气浓度（体积）/ 人体主要症状 17 15 1012 69 静止状态无影响，工作时会感到喘息、呼吸困难和强烈心跳 呼吸及心跳急促，无力进行劳动 失去知觉，昏迷，有生命危险 短时间内失去知觉，呼吸停止，可能导致死亡 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原因有人员呼吸；煤岩、坑木和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；煤岩和生产中产生其他有害气体等。 在正常通风的井巷和工作面中，氧气浓度与地面相比一般变化不大，不会对人体造成太大影响。但在井下盲巷、通风不良的巷道中或发生火灾、爆炸事故后，应特别注意对氧气浓度的检查，以防发生窒息事故。 （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，不助燃，无毒，不能供人呼吸。 氮气在正常情况下对人体无害，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氧窒息，造成多人伤亡事故。 矿井中的氮气主要来源于井下爆破；有机物的腐烂；天然生成的氮气从煤岩中涌出等。 （三） 二氧化碳（CO2） 二氧化碳是无色、略带酸臭味的气体，相对密度为1.52，不助燃也不能供人呼吸，略带毒性，易溶于水。 新鲜空气中含有的微量二氧化碳对人是无害的，但二氧化碳对人体的呼吸有刺激作用，所以在为中毒或窒息的人员输氧时，常常要在氧气中加入5的二氧化碳，以促使患者加强呼吸。当空气中的二氧化碳浓度过高时，将使空气中的氧气含量相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也能造成人员中毒或窒息。空气中二氧化碳浓度对人体的危害程度如表1-2所示。 表1-2 空气中二氧化碳浓度对人体的影响 二氧化碳浓度（体积）/ 人体主要症状 1 3 5 10 1020 2025 呼吸加深，急促 呼吸急促，心跳加快，头痛，很快疲劳 呼吸困难，头痛，恶心，耳鸣 头痛，头昏，呼吸困难，昏迷 呼吸停顿，失去知觉，时间稍长会死亡 短时间中毒死亡 二氧化碳比空气重，常常积聚在煤矿井下的巷道底板、水仓、溜煤眼、下山尽头、盲巷、采空区及通风不良处。 矿井中二氧化碳的主要来源有煤和有机物的氧化；人员呼吸；井下爆破；井下火灾；瓦斯、煤尘爆炸等。有时也能从煤岩中大量涌出，甚至与煤或岩石一起突然喷出，给安全生产造成重大影响。如我国某矿，曾在1975年6月发生过一起二氧化碳和岩石突出事故，突出二氧化碳11000m3。 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。 二、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 矿井空气的主要成分中，由于氧气和二氧化碳对人员身体健康和安全生产影响很大，所以煤矿安全规程（以下简称规程）对其浓度标准做了明确规定。主要如下 采掘工作面进风流中，按体积计算，氧气浓度不低于20；二氧化碳浓度不超过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时，必须立即查明原因，进行处理。 采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中二氧化碳超过1.5时，采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5时，都必须停止工作，撤出人员，进行处理。 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，二是快速测定法。 （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，送往地面化验室进行分析。分析仪器多用气相色谱仪，它是一种通用型气体分析仪器，可完成多种气体的定性和定量分析。它的优点是分析精度高，定性准确，分析速度快，一次进样可以同时完成多种气体的分析；缺点是所需时间长，操作复杂，技术要求高。一般用于井下火区成分检测或需精确测定空气成分的场合。 （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。尽管它的测定精度不如取样分析法高，但基本能满足矿井的一般要求，是目前普遍采用的测定方法。 1、氧气浓度的快速测定方法 （1） 利用氧气检测仪检测 检测井下氧气的便携式仪器种类较多，主要有AY1B型、JJY1型（可测O2、CH4两种气体）等。其中AY1B型是普遍使用的氧气检测仪，用来检测采煤工作面、回风巷、采空区、瓦斯抽放管路及瓦斯、煤尘爆炸或火灾等事故灾区中的氧气浓度。仪器为本质安全型，具有功率小、结构简单、测量线性好等特点。 AY1B型氧气检测仪采用的是电化学“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应时，在两个电极间将形成同氧气浓度成正比的电流值，通过测定电极间的电流值即可实现对氧气浓度的测定。图1-1b为AY1B型氧气检测仪的外部结构图。 （a） （b） 图1-1 AY1B型氧气检测仪 （a）隔膜式伽伐尼电池结构示意图 （b）AY1B型氧气检测仪的外部结构图 1氧气浓度显示器；2仪器铭牌；3示值调准电位器旋钮； 4氧气扩散孔；5提手；6密封盖；7开关 （2）利用比长式氧气检测管检测 这种方法与矿井中主要有害气体的检测基本相同（详见本章第二节） 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，检查方法详见煤矿安全教材。也可利用比长式检测管法检测。 第二节 矿井空气中的有害气体及其检测 矿井空气中常见的有害气体除了前节提到的二氧化碳和氮气以外，主要还有一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氨气（NH3）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等。本节将重点介绍其中的部分气体性质、危害、浓度标准和检测方法。 一、矿井空气中的有害气体及其基本性质 （一）一氧化碳（CO） 一氧化碳是无色、无味、无臭的气体，相对密度0.97，微溶于水，能燃烧，当体积浓度达到1375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氧化碳的亲和力比它与氧气的亲和力大250300倍，因此，当人体吸入含有一氧化碳的空气时，一氧化碳首先与血红素相结合，阻碍了氧气的正常结合，从而造成人体血液缺氧引起窒息和中毒。一氧化碳的中毒程度与中毒浓度、中毒时间、呼吸频率和深度及人的体质有关。与中毒浓度和中毒时间的关系如表1-3所示。 表1-3 一氧化碳的中毒程度与浓度的关系 一氧化碳浓度（体积）/ 主 要 症 状 0.016 数小时后有头痛、心跳、耳鸣等轻微中毒症状 0.048 1h可引起轻微中毒症状 0.128 0.51h引起意识迟钝、丧失行动能力等严重中毒症状 0.40 短时间失去知觉、抽筋、假死。30min内即可死亡 一氧化碳中毒除上述症状外，最显著的特征是中毒者粘膜和皮肤呈樱桃红色。 矿井中一氧化碳的主要来源有爆破工作；矿井火灾；瓦斯及煤尘爆炸等。据统计，在煤矿发生的瓦斯爆炸、煤尘爆炸及火灾事故中，约70～75的死亡人员都是因一氧化碳中毒所致。 （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1.19，易溶于水，当浓度达4.346时具有爆炸性。 硫化氢有剧毒。它不但能使人体血液缺氧中毒，同时对眼睛及呼吸道的粘膜具有强烈的刺激作用，能引起鼻炎、气管炎和肺水肿。当空气中浓度达到0.0001时可嗅到臭味，但当浓度较高时（0.0050.01），因嗅觉神经中毒麻痹，臭味“减弱”或“消失”，反而嗅不到。硫化氢的中毒程度与浓度的关系如表1-4所示。 表1-4 硫化氢的中毒程度与浓度的关系 硫化氢浓度（体积）/ 主 要 症 状 0.0001 有强烈臭鸡蛋味 0.01 流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困难 0.05 0.51h严重中毒，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；从老空区和旧巷积水中放出。1971年，我国某矿一上山掘进工作面曾发生一起老空区透水事故，人员撤出后，矿调度室主任和一名技术员去现场了解透水情况，被涌出的硫化氢熏倒致死。有些矿区的煤层中也有硫化氢涌出。 （三）二氧化硫（SO2） 二氧化硫是无色、有强烈硫磺气味及酸味的气体，当空气中二氧化硫浓度达到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的，常常积聚在井下巷道的底部。 二氧化硫有剧毒。空气中的二氧化硫遇水后生成硫酸，对眼睛有刺激作用，矿工们将其称之为“瞎眼气体”。此外，也能对呼吸道的粘膜产生强烈的刺激作用，引起喉炎和肺水肿。二氧化硫的中毒程度与浓度的关系如表1-5所示。 表1-5 二氧化硫的中毒程度与浓度的关系 二氧化硫浓度（体积）/ 主 要 症 状 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，短时间内有生命危险 矿井中二氧化硫的主要来源有含硫矿物的氧化与燃烧；在含硫矿物中爆破；从含硫煤体中涌出。 （四）二氧化氮（NO2） 二氧化氮是一种红褐色气体，有强烈的刺激性气味，相对密度1.59，易溶于水。 二氧化氮是井下毒性最强的有害气体。它遇水后生成硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。 二氧化氮的中毒有潜伏期，容易被人忽视。中毒初期仅是眼睛和喉咙有轻微的刺激症状，常不被注意，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚持工作，但经过6h甚至更长时间后才出现中毒征兆。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，发生肺水肿，引起呕吐甚至死亡。二氧化氮的中毒程度与浓度的关系如表1-6所示。 表1-6 二氧化氮的中毒程度与浓度的关系 二氧化氮浓度（体积）/ 主 要 症 状 0.004 24h内不致显著中毒，6h后出现中毒症状，咳嗽 0.006 短时间内喉咙感到刺激、咳嗽，胸痛 0.01 强烈刺激呼吸器官，严重咳嗽，呕吐、腹泻，神经麻木 0.025 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氮氧化物，如一氧化氮（遇空气即转化为二氧化氮）、二氧化氮等，是炮烟的主要成分。我国某矿1972年在煤层中掘进巷道时，工作面非常干燥，工人们放炮后立即迎着炮烟进入，结果因吸入炮烟过多，造成二氧化氮中毒，2名工人于次日死亡。因此在爆破工作中，一定要加强通风，防止炮烟熏人事故。 （五）氨气（NH3） 氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.6，易溶于水。当空气中的氨气浓度达到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，严重时失去知觉，以致死亡。 氨气主要是在矿井发生火灾或爆炸事故时产生。 （六）氢气（H2） 氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07，是井下最轻的有害气体。空气中氢气浓度达到474时具有爆炸危险。 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中也会产生。 除了上述有害气体之外，矿井空气中最主要的有害气体是甲烷（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胁最大，关于它的主要性质、危害和预防措施等将在煤矿安全教材中详细介绍，本节不再重复。 在煤矿生产中，通常把以甲烷为主的这些有毒有害气体总称为瓦斯。 二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准 为了防止有害气体对人体和安全生产造成危害，规程中对其安全浓度（允许浓度）标准做了明确规定，其中主要有毒气体的浓度标准如表1-7所示。 表1-7 矿井空气中有害气体最高允许浓度 有害气体名称 符号 最高允许浓度（） 一氧化碳 CO 0.0024 氧化氮（换算成二氧化氮） NO2 0.00025 二氧化硫 SO2 0.0005 硫化氢 H2S 0.00066 氨 NH3 0.004 此外，规程还规定井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气浓度不得超过0.5。 对矿井中涌出量较大的甲烷（瓦斯）气体，规程对其安全浓度和超限后的措施都有更为详尽的规定，具体见煤矿安全教材。 通过上述有害气体的安全浓度标准可以看出，最高允许浓度的制定都留有较大的安全系数，只要在矿井生产中严格遵守规程规定，不违章作业，人身安全是完全有保障的。 三、有害气体的检测方法 近年来，随着煤矿安全装备水平的不断提高，瓦斯监控系统的普遍应用，有害气体的检测手段也日趋完善，各大、中型矿井已经形成了人工定点、定时检测与自动监测相结合的检测体系。在人工检测方法中，除了取样分析法之外，目前使用最广泛的还是快速测定法。 （一）瓦斯（CH4）的快速检测方法 煤矿中用于检测瓦斯的仪器有光学瓦斯检定器、瓦斯检测报警仪、瓦斯断电仪等。其构造原理及使用方法将在煤矿安全教材中介绍。 （二）CO、NO2、H2S、SO2、NH3、H2的快速检测方法 煤矿井下空气中CO、NO2、H2S、SO2、NH3和H2等有害气体的浓度测定，普遍采用比长式检测管法。它是根据待测气体同检测管中的指示粉发生化学反应后指示粉的变色长度来确定待测气体浓度的。下面以比长式CO检测管为例说明检测原理及检测方法。 图1-2 比长式CO检测管结构示意图 1堵塞物；2活性炭；3硅胶；4消除剂；5玻璃粉；6指示粉 如图1-2所示，比长式CO检测管是一支￠4～6mm，长150mm的玻璃管，以活性硅胶为载体，吸附化学试剂碘酸钾和发烟硫酸充填于管中，当CO气体通过时，与指示粉起反应，在玻璃管壁上形成一个棕色环，棕色环随着气体通过向前移动，移动的长度与气样中所含CO浓度成正比。因此，可以根据玻璃管上的刻度直接读出CO的浓度值。 其他有害气体的比长式检测管结构及工作原理与CO基本相同，只是检测管内装的指示粉各不相同，颜色变化各有差异。表1-8是我国煤矿用比长式气体检测管主要性能表。 表1-8 我国煤矿用比长式气体检测管主要性能表 检测管名 称 型号 测量范围 体积比 最 小 分辨率 最小检 测浓度 颜色变化 CO Ⅰ Ⅱ Ⅲ 55010-6 1050010-6 100500010-6 510-6 2010-6 20010-6 510-6 1010-6 10010-6 白→棕褐色 CO2 Ⅰ Ⅱ 0.23.0 115 0.2 1 0.1 0.5 蓝色→白色 H2S 1 3100 10-6 510-6 310-6 白→棕色 SO2 1 2.5100 10-6 510-6 2.510-6 紫→土黄色 NO2 1 150 10-6 2.510-6 110-6 白→黄绿色 NH3 1 20200 10-6 2010-6 2010-6 桔黄→蓝灰色 O2 121 1 0.5 白→茶色 H2 1 0.53.0 0.5 0.3 白→淡红 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。主要结构如图1-3所示。 图1-3 圆筒形压入式手动采样器结构示意图 1气嘴；2接头胶管；3阀门把；4变换阀； 5垫圈；6活塞筒；7拉杆；8手柄 采样器由变换阀和活塞筒等部分组成。活塞筒6用来抽取气样，变换阀4则可以改变气样流动方向或切断气流。当阀门把手3处于垂直位置时，活塞筒与接头胶管2相通；当阀门把手顺时针方向旋转水平位置时，活塞筒与气嘴1相通；阀们把手处于45位置时，变换阀将活塞筒与外界气体隔断。在活塞拉杆7上刻有标尺，可以表示出手柄拉动到某一位置时吸入活塞筒的气样体积（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次，使待测气体充满活塞筒，再将把手扳至45位置；将检测管两端用小砂轮片打开，按检测管上的箭头指向插入胶管接头；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。 如果被测环境空气中有害气体的浓度很低，用低浓度检测管也不易测出，可以采用增加送气次数的方法进行测定。测得的浓度值除以送气次数，即为被测对象的实际浓度。 若被测环境气体浓度大于检测管的上限（即气样未送完检测管已全部变色），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，但测定结果要根据稀释的倍数进行换算。 四、防止有害气体危害的措施 1、加强通风。用通风的方法将各种有害气体浓度冲淡到规程规定的安全标准以下，这是目前防止有害气体危害的主要措施之一。 2、加强对有害气体的检查。按照规定的检查制度，采用合理的检查方法和手段，及时发现存在的隐患和问题，采取有效措施进行处理。 3、瓦斯抽放。对煤层或围岩中存在的大量高浓度瓦斯，可以采用抽放的方法加以解决，既可以减少井下瓦斯涌出，减轻通风压力，抽到地面的瓦斯还能加以利用。 4、放炮喷雾或使用水炮泥。喷雾器和水炮泥爆破后产生的水雾能溶解炮烟中的二氧化氮、二氧化碳等有害气体，降低其浓度，方法简单有效。 5、加强对通风不良处和井下盲巷的管理。工作面采空区应及时封闭；临时通风的巷道要设置栅栏，揭示警标，需要进入时必须首先进行有害气体检查，确认无害时方可进入。 6、井下人员必须随身佩带自救器。一旦矿井发生火灾、瓦斯煤尘爆炸事故，人员可迅速使用自救器撤离危险区。 7、对缺氧窒息或中毒人员及时进行急救。一般是先将伤员移到新鲜风流中，根据具体情况采取人工呼吸（NO2、H2S中毒除外）或其它急救措施。 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态。这三个参数的不同组合，便构成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密切联系，直接影响着井下作业人员的身体健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，都要进行新陈代谢。新陈代谢的能量由摄取的食物在体内进行氧化生成热量而提供，除了用来维持人体正常的生理机能和对外做功的需要外，大部分热量都必须通过散热的方式排出体外，否则热量在体内储存会使体温升高，引起中暑、热衰竭、热虚脱、热痉挛等疾病，严重者可导致死亡。 人体散热的方式主要通过皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发三种基本形式进行。对流散热主要取决于周围空气的温度和风速；辐射散热主要取决于周围物体的表面温度；蒸发散热则取决于周围空气的相对湿度和风速。 各种气候参数中，空气温度对人体散热起着主要作用。当空气温度低于体温时，对流和辐射是人体的主要散热方式，温差越大，对流散热热量越多；当气温等于体温时，对流散热停止，汗液蒸发成了人体的主要散热形式；当气温高于体温时，人体散热只能通过蒸发的方式进行。 空气湿度影响人体蒸发散热的效果。当气温较高时，人体主要靠蒸发散热来维持人体热平衡。此时，湿度越大，汗液蒸发越困难，人体会感到闷热。 风速影响着人体的对流散热和蒸发的效果。当空气的温度、湿度一定时，增大风速会提高散热效果。 总之，矿井气候条件对人体热平衡的影响是一种综合作用，各参数之间相互联系、相互影响。 二、矿井空气的温度、湿度和风速 （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1520℃。 矿井空气的温度受地面气温、井下围岩温度、机电设备散热、煤炭等有机物的氧化、人体散热、水分蒸发、空气的压缩或膨胀、通风强度等多种因素的影响，有的起升温作用，有的起降温作用，在不同矿井、不同的通风地点，影响因素和影响大小也不尽相同，但总的来看，升温作用大于降温作用，因此，随着井下通风路线的延长，空气温度逐渐升高。 在进风路线上，矿井空气的温度主要受地面气温和围岩温度的影响。冬季地面气温低于围岩温度，围岩放热使空气升温；夏季则相反，围岩吸热使空气降温，因此有冬暖夏凉之感。当然，根据矿井深浅的不同，影响大小也不相同。 在采区和采掘工作面内，由于受煤炭氧化、人体和设备散热等影响，空气温度往往是矿井中最高的，特别是垂深较深的矿井，由于风流在进风路线上与围岩充分进行了热交换，工作面温度基本上不受地面季节气温的影响，且常年变化不大。 在回风路线上，因通风强度较大，加上水分蒸发和风流上升膨胀吸热等因素影响，温度有所下降，常年基本稳定。 （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 （1）绝对湿度指单位体积湿空气中所含水蒸气的质量（g/m3），用f表示。 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。在标准大气压下，不同温度时的饱和水蒸气量如表1-9所示。 表1-9 在标准大气压下不同温度时的饱和水蒸气量、饱和水蒸气压力 温度 ℃ 饱和水蒸气量 g/m3 饱和水蒸气压力 Pa 温度 ℃ 饱和水蒸气量 g/m3 饱和水蒸气压力 Pa -20 1.1 128 14 12.0 1597 -15 1.6 193 15 12.8 1704 -10 2.3 288 16 13.6 1817 -5 3.4 422 17 14.4 1932 0 4.9 610 18 15.3 2065 1 5.2 655 19 16.2 2198 2 5.6 705 20 17.2 2331 3 6.0 757 21 18.2 2491 4 6.4 811 22 19.3 2638 5 6.8 870 23 20.4 2811 6 7.3 933 24 21.6 2984 7 7.7 998 25 22.9 3171 8 8.3 1068 26 24.2 3357 9 8.8 1143 27 25.6 3557 10 9.4 1227 28 27.0 3784 11 9.9 1311 29 28.5 4010 12 10.0 1402 30 30.1 4236 13 11.3 1496 31 31.8 4490 （2）相对湿度指空气中水蒸气的实际含量（f）与同温度下饱和水蒸气量（）比值的百分数，用公式表示如下 （1-1） 式中 相对湿度，； 空气中水蒸气的实际含量（即绝对湿度），g/m3； 在同一温度下空气的饱和水蒸气量，g/m3 通常所说的湿度指的都是相对湿度，它反映的是空气中所含水蒸气量接近饱和的程度。一般认为相对湿度在5060对人体最为适宜。 一般情况下，在矿井进风路线上，空气的湿度随季节变化感觉也不同。冬天冷空气进入井下后温度要升高，空气的饱和水蒸气量加大，沿途吸收水分，因而井巷显得干燥；夏天的热空气入井后温度要降低，饱和水蒸气量逐渐减小，空气中的一部分水分凝结成水珠落下，使井巷显得潮湿，故有冬干夏湿之感。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，空气湿度也基本稳定，一般都在90以上，甚至接近100。 除了温度的影响以外，矿井空气的湿度和还与地面空气的湿度、井下涌水大小及井下生产用水状况等因素有关。 （三）井巷中的风速 风速是指风流的流动速度。风速过低，汗水不易蒸发，人体感到闷热，有害气体和矿尘也不能及时排散；风速过高，散热过快，易使人感冒，并造成井下落尘飞扬，对安全生产和人体健康也不利，因此，井下工作地点和通风井巷中都要有一个合理的风速范围。表1-10给出了井下不同温度下适宜的风速范围。表1-11则是规程规定的不同井巷中的允许风速标准。 表1-10 风速与温度之间的合适关系 空气温度/℃ ＜15 1520 2022 2224 2426 适宜风速/m/s ＜0.5 ＜1.0 ＞1.0 ＞1.5 ＞2.0 表1-11 井巷中的允许风流速度 井巷名称 允许风速/（m/s） 最低 最高 无提升设备的风井和风硐 15 专为升降物料的井筒 12 风桥 10 升降人员和物料的井筒 8 主要进、回风巷 8 架线电机车巷道 1.0 8 运输机巷，采区进、回风巷 0.25 6 采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷 0.25 4 掘进中的岩巷 0.15 4 其它通风人行巷道 0.15 此外，规程还规定，设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s；梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按上表执行。 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，但不得低于0.5m/s。 综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于上表的规定值，但不得超过5m/s。 三、衡量矿井气候条件的指标和安全标准 （一）衡量矿井气候条件的指标 由于影响人体热平衡的环境条件很复杂，各个国家对矿井气候条件采用的评价指标也不尽相同。其中干球温度是我国现行的最简单的评价矿井气候条件指标之一，但它只反映了温度对矿井气候条件的影响，不太全面，其它评价指标也都有一定的局限性。所以，目前尚无一项指标能完全准确地反映出环境条件对人体热平衡的综合影响。本章仅介绍一种欧美等国较为常用的“等效温度”（也称同感温度）指标。 等效温度是1923年由美国采暖通风工程师协会提出的。这个指标是通过实验，凭受试者对环境的感觉而得出的。实验时，先把三个受试者置于某一温度、湿度、风速的已知环境中，并记下自己的感受；然后，再将他们换到另一个相对湿度为100、风速为0、温度可调的环境中，通过调节此时的温度，找到与原来的环境相同的感觉，此时的温度值就称为原环境的有效温度。这个指标可以反映出温度、湿度和风速对人体热平衡的综合作用，显然，等效温度越高，人体舒适感就越差。但这种方法在矿井的高温高湿条件下，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效果，所以同样存在着局限性。 井下某一地点等效温度的测算方法是用干湿球温度计（如风扇湿度计）测出空气的干球温度和湿球温度，再用风表测出该地点风流的风速，然后从图1-4所示的等效温度计算图上查得相应的等效温度值。 图1-4 等效温度计算图 例1-1 测得井下某一工作面风流的干球温度为17℃，湿球温度为16℃，风速为0.8m/s，求其等效温度。 解在图1-4的左、右标尺上分别找到17℃和16℃两点m、n,并连成虚线，此虚线与风速为0.8m/s的风速曲线相交，根据交点位置可在等效温度标尺上查出等效温度为10℃。 （二）矿井气候条件的安全标准 我国现行的评价矿井气候条件的指标是干球温度。规程规定 进风井口以下的空气温度必须在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得超过30℃；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。 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℃时，必须停止作业。 四、矿井空气温度和湿度的测定 （一）矿井空气温度的测定 测温仪器可使用最小分度0.5℃并经校正的温度计。测温时间一般在8001600h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央距回风道口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一定地点10min后读数，读数时先读小数再读整数。温度测点不应靠近人体、发热或制冷设备，至少距离0.5m。 （二）空气湿度的测定 测量矿井空气湿度的仪器主要有风扇湿度计何手摇湿度计，它们的测定原理相同。常用的是风扇湿度计（又称通风干湿表），如图1-5所示，它主要由两支相同的温度计1、2和一个通风器6组成，其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，两只温度计的外面均罩着内外表面光亮的双层金属保护管4、5，以防热辐射的影响；通风器6内装有风扇和发条，上紧发条，风扇转动，使风管7内产生稳定的气流，干、湿温度计的水银球处在同一风速下。 图1-5 风扇湿度计 1干球温度计；2湿球温度计；3湿棉纱布；4、5双层金属保护管； 6通风器；7风管 测定相对湿度时，先用仪器附带的吸水管将湿温度计的棉纱布浸湿，然后上紧发条，小风扇转动吸风，空气从两个金属保护管4、5的入口进入，经中间风管7由上部排出。由于湿球表面的水分蒸发需要热量，因而湿球温度计的温度值低于干球温度计的温度值，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。根据湿温度计的读数（′，℃）和干、湿度计的读数差值（△，℃），由表1-12即可查出空气的相对湿度（）。 表1-12 由风扇湿度计读数值查相对湿度 湿球示度/℃ 干湿温度计示度度差/℃ 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 相对湿度/ 0 100 91 83 75 67 61 54 48 42 37 31 27 22 18 14 1 100 91 83 76 69 62 56 50 44 39 34 30 25 21 17 2 100 92 84 77 70 64 58 52 47 42 37 33 28 24 21 3 100 92 85 78 72 65 60 54 49 44 39 35 31 27 23 4 100 93 86 79 73 67 61 56 51 46 42 37 33 30 26 5 100 93 86 80 74 68 63 57 53 48 44 40 36 32 29 6 100 93 87 81 75 69 64 59 54 50 46 42 38 34 31 7 100 93 87 81 76 70 65 60 56 52 48 44 40 37 33 8 100 94 88 82 76 71 66 62 57 53 49 46 42 39 35 9 100 94 88 82 77 72 68 63 59 55 51 47 44 40 37 10 100 94 88 83 78 73 69 64 60 56 52 49 45 42 39 11 100 94 89 84 79 74 69 65 61 57 54 50 47 44 41 12 100 94 89 84 79 75 70 66 62 59 55 52 48 45 42 13 100 95 90 85 80 76 71 67 63 60 56 53 50 47 44 14 100 95 90 85 81 76 72 68 64 61 57 54 51 48 45 15 100 95 90 85 81 77 73 69 65 62 59 55 52 50 47 16 100 95 90 86 82 78 74 70 66 63 60 57 54 51 48 17 100 95 91 86 82 78 74 71 67 64 61 58 55 52 49 18 100 95 91 87 83 79 75 71 68 65 62 59 56 53 50 19 100 95 91 87 83 79 76 72 69 65 62 59 57 54 51 20 100 96 91 87 83 80 76 73