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文檔簡介
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安全工程學(xué)院礦井通風(fēng)與安全
MineVentilationandSafety中國礦業(yè)大學(xué)多媒體教學(xué)課件2第1章礦內(nèi)空氣中國礦業(yè)大學(xué)多媒體教學(xué)課件3第1章礦內(nèi)空氣1.1礦內(nèi)空氣成分及其基本性質(zhì)1.2礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)
1.3礦井氣候4學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)與難點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、礦內(nèi)空氣的主要成分2、井下常見的有害氣體3、礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)4、礦井的氣候條件,礦內(nèi)空氣的溫度、濕度,風(fēng)速,礦內(nèi)氣候參數(shù)的測定。重點(diǎn)與難點(diǎn)1、礦內(nèi)空氣主要成分及其性質(zhì)2、井下常見的有害氣體、來源及最高允許濃度
3、礦井的氣候條件(溫度、濕度,風(fēng)速)5第1章礦內(nèi)空氣礦井通風(fēng)的任務(wù)和目的:
連續(xù)供給井下新鮮空氣,供人呼吸,并排除井下有毒有害氣體與礦塵,創(chuàng)造良好的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境,確保井下人員健康與安全.礦井通風(fēng)系統(tǒng):通常被稱為礦井的心臟與動(dòng)脈。礦井通風(fēng)是保障礦井安全的最主要技術(shù)手段之一。6進(jìn)風(fēng)井筒主要通風(fēng)機(jī)回風(fēng)井風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)窗回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷密閉墻風(fēng)橋工作面輔助通風(fēng)機(jī)簡化的通風(fēng)系統(tǒng)立體圖進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流71.1礦內(nèi)空氣成分及其基本性質(zhì)1.1.1礦內(nèi)空氣的主要成分1.1.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體□81.1礦內(nèi)空氣成分及其基本性質(zhì)1.1.1礦內(nèi)空氣的主要成分
井下空氣的主要來源是地面空氣。地面空氣是由多種氣體組成的干空氣和水蒸汽組合而成的混合氣體。通常狀況下,干空氣各組分的數(shù)量基本不變。在混合氣體中,水蒸汽的濃度隨地區(qū)和季節(jié)而變化,其平均濃度約為1%;此外還含有塵埃和煙霧等雜質(zhì)。9干空氣主要成分氣體成分按體積計(jì)/%按質(zhì)量計(jì)/%氮?dú)猓∟2)78.1375.71氧氣(O2)20.9023.17二氧化碳(CO2)0.030.05氬氣(Ar)0.930.91其它(水蒸汽、惰性稀有氣體和微量的灰塵與微生物等)0.010.16101.1.1礦內(nèi)空氣的主要成分 地面空氣進(jìn)入礦井以后,由于受到污染,其成分和性質(zhì)要發(fā)生一系列的變化,如氧濃度降低,二氧化碳濃度增加。一般來說,將井巷中經(jīng)過用風(fēng)地點(diǎn)以前、受污染程度較輕的進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)的空氣稱為新鮮空氣(新風(fēng));經(jīng)過用風(fēng)地點(diǎn)以后、受污染程度較重的回風(fēng)巷道內(nèi)的空氣,稱為污濁空氣(乏風(fēng))。礦內(nèi)空氣主要成分除氧氣(O2)、氮?dú)猓∟2)、二氧化碳(CO2)、水蒸汽(H2O)以外,有時(shí)還混入一些有害氣體,如瓦斯(CH4)、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)和礦塵等。111.1.1礦內(nèi)空氣的主要成分 (1)氧氣(O2)氧氣是維持人體正常生理機(jī)能所需要的氣體。人類在生命活動(dòng)過程中,必須不斷吸入氧氣,呼出二氧化碳。人體維持正常生命過程所需的氧氣量,取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動(dòng)強(qiáng)度等??諝庵醒醯臐舛葘?duì)人的健康影響很大。最有利于呼吸的氧濃度為21%左右;當(dāng)空氣中的氧濃度降低時(shí),人體就可能產(chǎn)生不良的生理反應(yīng),出現(xiàn)種種不舒適的癥狀,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致缺氧死亡。12人體需氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系勞動(dòng)強(qiáng)度呼吸空氣量/L·min-1氧氣消耗量/L·min-1休息6~150.2~0.4輕勞動(dòng)20~250.6~1.0中度勞動(dòng)30~401.2~1.6重勞動(dòng)40~601.8~2.4極重勞動(dòng)40~802.5~3.013氧濃度(體積)/%主要癥狀17靜止時(shí)無影響,工作時(shí)能引起喘息和呼吸困難15呼吸及心跳急促,耳鳴目眩,感覺和判斷能力降低,失去勞動(dòng)能力10~12失去理智,時(shí)間稍長有生命危險(xiǎn)6~9失去知覺,呼吸停止,如不及時(shí)搶救幾分鐘內(nèi)可能導(dǎo)致死亡當(dāng)空氣中氧濃度降低時(shí),人體就可能產(chǎn)生不良生理反應(yīng),出現(xiàn)種種不適癥狀,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致缺氧死亡。人體缺氧癥狀與空氣中氧濃度的關(guān)系14(1)氧氣(O2)礦內(nèi)空氣中氧濃度降低的主要原因人員呼吸煤巖和其他有機(jī)物的緩慢氧化煤炭自燃瓦斯、煤塵爆炸煤巖和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種有害氣體在井下通風(fēng)不良的地點(diǎn),如果不經(jīng)檢查而貿(mào)然進(jìn)入,就可能引起人員的缺氧窒息。15《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中氧氣濃度(按體積百分比計(jì)算)不得低于20%。為此,必須對(duì)礦井進(jìn)行不斷的通風(fēng),將適量的新鮮空氣源源不斷地送到井下。這是礦井通風(fēng)最基本的任務(wù)之一。161.1.1礦內(nèi)空氣的主要成分(2)氮?dú)猓∟2)氮?dú)馐菬o色、無味、無臭的惰性氣體,是新鮮空氣中的主要成分,對(duì)空氣的相對(duì)密度為0.97,它本身無毒、不助燃,也不供呼吸。但空氣中若氮?dú)鉂舛壬?,則勢必造成氧濃度相對(duì)降低,從而也可能導(dǎo)致人員的窒息性傷害。正因?yàn)榈獨(dú)鉃槎栊詺怏w,因此又可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。礦井空氣中氮?dú)庵饕獊碓词牵旱孛娲髿?、井下爆破和生物的腐爛,有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍觥?71.1.1礦內(nèi)空氣的主要成分 (3)二氧化碳(CO2)二氧化碳是無色,略帶酸臭味的氣體,比重為1.52,是一種較重的氣體,很難與空氣均勻混合,故常積存在巷道的底部,在靜止的空氣中有明顯的分界。二氧化碳不助然也不能供人呼吸,易溶于水,生成碳酸,使水溶液成弱酸性,對(duì)眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。在新鮮空氣中含有微量的二氧化碳對(duì)人體是無害的,但如果空氣中完全不含有二氧化碳,則人體的正常呼吸功能就不能維持。18二氧化碳對(duì)人呼吸的影響在搶救遇難者進(jìn)行人工輸氧時(shí),往往要在氧氣中加入5%的二氧化碳,以刺激遇難者的呼吸機(jī)能。當(dāng)空氣中二氧化碳的濃度過高時(shí),也將使空氣中的氧濃度相對(duì)降低,輕則使人呼吸加快,呼吸量增加,嚴(yán)重時(shí)也可能造成人員中毒或窒息。(3)二氧化碳(CO2)191-3二氧化碳中毒癥狀與濃度的關(guān)系二氧化碳濃度(體積)/%主要癥狀1呼吸加深,但對(duì)工作效率無明顯影響3呼吸急促,心跳加快,頭痛,人體很快疲勞5呼吸困難,頭痛,惡心,嘔吐,耳鳴6嚴(yán)重喘息,極度虛弱無力7~9動(dòng)作不直協(xié)調(diào),大約十分鐘可發(fā)生昏迷9~11數(shù)分鐘內(nèi)可導(dǎo)致死亡20礦井空氣中二氧化碳的主要來源煤和有機(jī)物的氧化;人員呼吸;碳酸性巖石分解;炸藥爆破;煤炭自然;瓦斯、煤塵爆炸等。此外,有的煤層和巖層中也能長期過續(xù)地放出二氧化碳,有的甚至能與煤巖粉一起突然大量噴出,給礦井帶來極大的危害。(3)二氧化碳(CO2)21《規(guī)程》規(guī)定采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中,CO2不超過0.5%。采區(qū)回風(fēng)巷和采掘工作面回風(fēng)巷回風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5%時(shí),必須停止工作,撤出人員,查明原因,制定措施,進(jìn)行處理??偦仫L(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷中,二氧化碳超過0.75%時(shí),必須查明原因,進(jìn)行處理。(3)二氧化碳(CO2)221.1礦內(nèi)空氣成分及其基本性質(zhì)1.1.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體礦井常見的有害氣體有一氧化碳、硫化氫、二氧化氮、二氧化硫、氨氣、瓦斯等。下面分別介紹。231.1.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體(1)一氧化碳(CO)CO是一種無色、無味、無臭的氣體,相對(duì)對(duì)密度為0.97,微溶于水,能與空氣均勻地混合。CO能燃燒,濃度在13~75%時(shí)有爆炸的危險(xiǎn);CO與人體血液中血紅素的親合力比氧大150~300倍(血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細(xì)胞)。一旦CO進(jìn)入人體后,首先就與血液中的血紅素相結(jié)合,因而減少了血紅素與氧結(jié)合的機(jī)會(huì),使血紅素失去輸氧的功能,從而造成人體血液“窒息”。24一氧化碳中毒癥狀與濃度的關(guān)系CO濃度(體積)/%主要癥狀0.022~3小時(shí)內(nèi)可能引起輕微頭痛0.0840分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛,眩暈和惡心。2小時(shí)內(nèi)發(fā)生體溫和血壓下降,脈搏微弱,出冷汗,可能出現(xiàn)昏迷。0.325~10分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛,眩暈。半小時(shí)內(nèi)可能出現(xiàn)昏迷并有死亡危險(xiǎn)。1.28幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)昏迷和死亡。25(1)一氧化碳(CO)礦內(nèi)CO的來源與允許濃度空氣中一氧化碳的主要來源有:礦內(nèi)爆破作業(yè)、煤炭自燃及發(fā)生火災(zāi)或煤塵、瓦斯爆炸時(shí)都能產(chǎn)生一氧化碳《規(guī)程》規(guī)定:礦內(nèi)空氣中CO濃度不得超過0.0024%。261.1.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體(2)硫化氫(H2S)硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味,當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001%即可嗅到,但當(dāng)濃度較高時(shí),因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹,反而嗅不到。硫化氫對(duì)空氣的相對(duì)密度為1.19,易溶于水,在常溫、常壓下一個(gè)體積的水可溶解2.5個(gè)體積的硫化氫,所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒,空氣中硫化氫濃度為4.3%~45.5%時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。硫化氫有劇毒,有強(qiáng)烈的刺激作用,不但能引起鼻炎、氣管炎和肺水腫;而且還能阻礙生物的氧化過程,使人體缺氧。當(dāng)空氣中硫化氫濃度較低時(shí)主要以腐蝕刺激作用為主;濃度較高時(shí)能引起人體迅速昏迷或死亡,腐蝕刺激作用往往不明顯。硫化氫中毒癥狀與濃度的關(guān)系如表1-1-5所示。27H2S中毒癥狀與濃度的關(guān)系硫化氫濃度/%主要癥狀0.0025~0.003有強(qiáng)烈臭味0.005~0.011~2h內(nèi)出現(xiàn)眼及呼吸道刺激癥狀,臭味“減弱”或“消失”0.015~0.02出現(xiàn)惡心,嘔吐,頭暈,四肢無力,反應(yīng)遲鈍。眼和呼吸道有強(qiáng)烈刺激癥狀0.035~0.0450.5~1h內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒,可發(fā)生肺炎、支氣管炎及肺水腫,有死亡危險(xiǎn)。0.06~0.07很快昏迷,短時(shí)間內(nèi)死亡。28井下H2S的來源與允許濃度井下空氣中H2S的主要來源:有機(jī)物腐爛;含硫礦物的水解;礦物氧化和燃燒;從老空區(qū)和廢舊巷道積水中放出;我國有些礦區(qū)煤層中也有硫化氫涌出?!兑?guī)程》規(guī)定:井下空氣中H2S含量不得超過0.00066%。29
2003年12月23日22時(shí)左右,重慶市開縣高橋鎮(zhèn)的川東北氣礦16H井發(fā)生特大井噴事故,造成243人死亡。3031(3)二氧化氮(NO2)二氧化氮是一種褐紅色的氣體,有強(qiáng)烈的刺激氣味,相對(duì)密度為1.59,易溶于水.二氧化氮溶于水后生成腐蝕性很強(qiáng)的硝酸,對(duì)眼睛、呼吸道粘膜和肺部組織有強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用,嚴(yán)重時(shí)可引起肺水腫。二氧化氮中毒有潛伏期,有的在嚴(yán)重中毒時(shí)尚無明顯感覺,還可堅(jiān)持工作。但經(jīng)過6~24小時(shí)后發(fā)作,中毒者指頭出現(xiàn)黃色斑點(diǎn),并出現(xiàn)嚴(yán)重的咳嗽、頭痛、嘔吐甚至死亡。二氧化氮中毒癥狀與濃度的關(guān)系如表1-1-6所示。32二氧化氮中毒癥狀與濃度的關(guān)系二氧化氮(體積)/%主要癥狀0.0042~4小時(shí)內(nèi)可出現(xiàn)咳嗽癥狀。0.006短時(shí)間內(nèi)感到喉嚨刺激,咳嗽,胸疼。0.01短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒癥狀,神經(jīng)麻痹,嚴(yán)懲咳嗽,惡心,嘔吐。0.025短時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)死亡。33(3)二氧化氮(NO2)二氧化氮的來源與允許濃度礦內(nèi)空氣中二氧化氮的主要來源:井下爆破工作。《規(guī)程》規(guī)定,氮氧化合物不得超過0.00025%。34(4)二氧化硫(SO2)二氧化硫?yàn)闊o色氣體,具有強(qiáng)烈的硫磺氣味及酸味,對(duì)空氣的相對(duì)密度為1.4337,易積聚在巷道底部,易溶于水。二氧化硫與水后生成硫酸,對(duì)呼吸器官有腐蝕作用,使用喉嚨和支氣管發(fā)炎,呼吸麻痹,嚴(yán)重時(shí)引起肺病水腫,當(dāng)空氣中含二氧化硫?yàn)?.0005%時(shí),嗅覺器官能聞到刺激味。0.002%時(shí),有強(qiáng)烈的刺激,可引起頭痛和喉痛。0.05%時(shí),引起急性支氣管炎和肺水腫,短期間內(nèi)即死亡。35(4)二氧化硫(SO2)二氧化硫的來源與允許濃度礦內(nèi)含硫礦物氧化、燃燒及在含硫礦物中爆破都會(huì)產(chǎn)生二氧化硫,有時(shí)含硫礦層也涌出二氧化硫?!兑?guī)程》規(guī)定礦內(nèi)空氣中二氧化硫最高容許濃度為0.0005%。36(5)氨氣(NH3)氨氣為無色、有劇毒的氣體,對(duì)空氣的相對(duì)密度為0.59,易溶于水,對(duì)人體有毒害作用《規(guī)程》規(guī)定,礦內(nèi)最大容許濃度為0.004%(3mg/m3)。但當(dāng)其濃度達(dá)到0.0l%時(shí)就可嗅到其特殊臭味。氨氣主要在礦內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故時(shí)產(chǎn)生。37(6)瓦斯(CH4)瓦斯的主要成分是甲烷(CH4),甲烷是一種無色、無味、無臭的氣體,對(duì)空氣的相對(duì)密度為0.55,難溶于水,擴(kuò)散性較空氣高1.6倍。雖然無毒,但當(dāng)濃度較高時(shí),會(huì)引起窒息。不助燃,但在空氣中具有一定濃度(5~16%)并遇到高溫(650~750℃)時(shí)能引起爆炸。《規(guī)程》規(guī)定,工作面進(jìn)風(fēng)流中CH4的濃度不能大于0.5%,采掘工作面和采區(qū)的回風(fēng)流中CH4的濃度不能大于1.0%,礦井和一翼的總回風(fēng)流中,CH4最高容許濃度為0.75%。WHY381.1.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體(7)氫氣(H2)氫氣無色無味,具有爆炸性,在礦井火災(zāi)或爆炸事故中和井下充電硐室均會(huì)產(chǎn)生,其最高容許濃度為0.5%。391.1.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體(8)其它有害物質(zhì)礦內(nèi)空氣除了上述有害氣體外,還含有其他一些有害物質(zhì),如在采掘生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煤和巖石的細(xì)微顆粒(統(tǒng)稱為礦塵)。礦塵對(duì)礦內(nèi)空氣的污染不容忽視,它對(duì)礦井生產(chǎn)和人體都有嚴(yán)重危害。煤塵能引起爆炸,粉塵特別是呼吸性粉塵能引起礦工塵肺病。因此《規(guī)程》對(duì)作業(yè)場所空氣中粉塵(總粉塵、呼吸性粉塵)濃度作了如表1-1-7的規(guī)定。40作業(yè)場所空氣中粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)粉塵中游離SiO2含量(%)最高允許濃度/mg/m3總粉塵呼吸性粉塵<10103.510~<502150~<8020.5≥8020.3411.2礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)1.2.1密度1.2.2比容1.2.3粘度1.2.4比熱□421.2礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)1.2.1密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度,用符號(hào)ρ表示??諝饪梢钥醋魇蔷|(zhì)氣體,故:式中M——空氣的質(zhì)量,kg;
V——空氣的體積,m3
;
ρ——空氣的密度,kg/m3;一般地說,當(dāng)空氣的溫度和壓力改變時(shí),其體積會(huì)發(fā)生變化。所以空氣的密度是隨溫度、壓力而變化的,從而可以得出空氣的密度是空間點(diǎn)坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。如在大氣壓P0為101325Pa、氣溫為0℃(273.15K)時(shí),干空氣的密度ρ0為1.293kg/m3。43濕空氣的密度是1m3空氣中所含干空氣質(zhì)量和水蒸氣質(zhì)量之和:式中—1m3濕空氣中干空氣的質(zhì)量,kg;
—1m3濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量,kg1.2.1密度44由氣體狀態(tài)方程和道爾頓分壓定律可以得出濕空氣的密度計(jì)算公式:式中P—空氣的壓力,Pa;
t—空氣的溫度,℃;
Ps—溫度t時(shí)飽和水蒸氣的分壓,Pa;
—相對(duì)濕度,用%數(shù)表示。451.2礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)1.2.2比體積空氣的比體積是指單位質(zhì)量空氣所占有的體積,用符號(hào)(m3/kg)表示,比容和密度互為倒數(shù),它們是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的兩種表達(dá)方式。則:在礦井通風(fēng)中,空氣流經(jīng)復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)時(shí),其溫度和壓力將會(huì)發(fā)生一系列的變化,這些變化都將引起空氣密度的變化,在不同的礦井這種變化的規(guī)律是不同的。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)考慮什么情況下可以忽略密度的這種變化,而在什么條件下又是不可忽略的。461.2礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)1.2.3粘度當(dāng)流體層間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),在流體內(nèi)部兩個(gè)流體層的接觸面上,便產(chǎn)生粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以便阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng),流體具有的這一性質(zhì),稱作流體的粘性。例如,空氣在管道內(nèi)以速度u作層流流動(dòng)時(shí),管壁附近的流速較小,向管道軸線方向流速逐漸增大,如同把管內(nèi)的空氣分成若干薄層。47當(dāng)流體層間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),在流體內(nèi)部兩個(gè)流體層的接觸面上,便產(chǎn)生粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng),流體具有的這一性質(zhì),稱作流體的粘性。由牛頓內(nèi)摩擦定律得:式中F--內(nèi)摩擦力,N;
S--流層之間的接觸面積,m2;
--動(dòng)力粘度(或稱絕對(duì)粘度),Pa.s。48當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)或流層間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),du/dy=0,則F=0。礦井通風(fēng)中常用運(yùn)動(dòng)粘度,用符號(hào)(m2/s)表示:式中ρ——?dú)怏w的密度,kg/m3流體粘度隨溫度和壓強(qiáng)而變化,由于分子結(jié)構(gòu)及分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理的不同,液體和氣體的變化規(guī)律是截然相反的??諝夂退恼扯入S溫度的變化規(guī)律如圖所示。空氣與水的粘性隨溫度的變化49在實(shí)際應(yīng)用中,壓力對(duì)流體的粘性影響很小,可以忽略。在考慮流體的可壓縮性時(shí)常采用動(dòng)力粘度μ而不用運(yùn)動(dòng)粘度。流體名稱動(dòng)力粘度運(yùn)動(dòng)粘度空氣1.808×10-51.501×10-5氮?dú)?N2)1.76×10-51.41×10-5氧氣(O2)2.04×10-51.43×10-5甲烷(CH4)1.08×10-51.52×10-5水1.005×10-31.007×10-6501.2.4比熱為了計(jì)算熱力過程的熱交換量,必須知道單位數(shù)量氣體的熱容量或比熱。單位物量的氣體,升高或降低絕對(duì)溫度1K時(shí)所吸收或放出的熱量稱為比熱。定義式為,kJ/(kg?K)比熱的單位取決于熱量單位和物量單位。表示物量的單位不同,比熱容的單位也不同。通常采用的物量單位:質(zhì)量(kg)、標(biāo)準(zhǔn)容積(Nm3)和千摩爾(kmo1)。因此,相應(yīng)的就有質(zhì)量比熱、容積比熱和摩爾比熱之分。51空氣的比熱比熱溫度-10℃0℃15℃30℃80℃等容比熱
0.70760.71180.71180.71590.7201等壓比熱
0.99651.00061.00061.00061.0009521.3礦井氣候礦井氣候是指礦井空氣的溫度、濕度和風(fēng)速這三個(gè)參數(shù)的綜合作用狀態(tài)。這三個(gè)參數(shù)的不同組合,便構(gòu)成了不同的礦井氣候條件。礦井氣候條件對(duì)井下作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)安全有重要的影響?!?31.3礦井氣候1.3.1礦內(nèi)空氣的溫度1.3.2礦內(nèi)空氣的濕度1.3.3風(fēng)速1.3.4礦內(nèi)氣候參數(shù)的測定□541.3礦井氣候1.3.1礦內(nèi)空氣的溫度溫度是氣體狀態(tài)的基本參數(shù)之一。礦內(nèi)空氣溫度是影響礦內(nèi)氣候條件的重要因素。氣溫過高或過低,對(duì)人體都有不良的影響。最適宜的礦內(nèi)空氣溫度是15~20℃。絕對(duì)溫標(biāo)(開氏溫標(biāo)),單位為K;攝氏溫標(biāo)t,單位為℃。
t=T-273.15≈T-273(1-3-1)55(1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素1)巖石溫度
礦內(nèi)空氣的溫度與巖石溫度直接相關(guān)。巖層溫度分為三帶:變溫帶——隨地面氣溫的變化而變化的地帶。夏季巖層從空氣中吸熱而使地溫升高,冬季則相反;恒溫帶——地表下地溫常年不變的地帶。恒溫帶的深度一般為20~30米,恒溫帶的溫度則接近于當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁兀?6(1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素增溫帶——恒溫帶以下地帶。隨深度的增加成正比增加,不同深度處的巖層溫度可按式計(jì)算:t=t0+G(Z-Z0)
(1-3-2)式中t0-恒溫帶處巖層的溫度,℃;G-地溫梯度,即巖層溫度隨深度變化率,℃/m,常用百米地溫梯度,即℃/100m;Z-巖層的深度,m;Z0-恒溫帶的深度,m。57(1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素2)空氣的壓縮與膨脹
一般垂深每增加100m,其溫度升高1℃;相反,空氣向上流動(dòng)時(shí),則又因膨脹而降溫,平均每升高100m,溫度下降0.8~0.9℃。3)氧化生熱礦井內(nèi)的有機(jī)礦物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化發(fā)熱。例如,經(jīng)氧化生成2g二氧化碳時(shí),可使1m3空氣升溫14.5℃。在煤層中的采掘巷道,暴露煤面氧化產(chǎn)生的熱量較大,故回采工作面一般是通風(fēng)系統(tǒng)中溫度最高的區(qū)段。58(1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素4)水分蒸發(fā)水分蒸發(fā)時(shí)從空氣中吸收熱量,使空氣溫度降低。每蒸發(fā)1g水可吸收2.45kJ(0.585kcal)的熱量,能使1m3空氣降溫1.9℃,可見水的蒸發(fā)對(duì)降溫起著重要的作用。5)通風(fēng)強(qiáng)度溫度較低的空氣流經(jīng)巷道或工作面時(shí),能夠吸收熱量,供風(fēng)量越大,吸收熱量越多。因此,加大通風(fēng)強(qiáng)度是降低礦井溫度的主要措施之一。59(1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素6)地面空氣溫度的變化地面氣溫對(duì)井下氣溫有直接影響,尤其是較淺的礦井,礦內(nèi)空氣溫度受地面氣溫的影響更為顯著。7)地下水的作用礦井地層中如果有高溫?zé)崛?,或有熱水涌出時(shí),能使地溫升高,相反,若地下水活動(dòng)強(qiáng)烈,則地溫降低。8)其它因素如機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)以及人體散熱等都對(duì)井下氣溫有一定影響。特別是隨著機(jī)械化程度的不斷提高,機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量不能忽視。60(2)井下空氣溫度變化規(guī)律《規(guī)程》規(guī)定,井下采掘工作面的氣溫不得超過26℃,機(jī)電硐室內(nèi)的氣溫不得超過30℃;冬季總進(jìn)風(fēng)的氣溫必須在2℃以上,除機(jī)電硐室外在井下風(fēng)流的氣溫允許在2~26℃的范圍變化。井下氣溫小于2℃或大于26℃時(shí),就得采取加熱或降溫的措施。在一般情況下,井下氣溫在上述范圍內(nèi)變化,大致有以下規(guī)律性:61(2)井下空氣溫度變化規(guī)律在進(jìn)風(fēng)路線上礦內(nèi)空氣的溫度與地面氣溫相比,有冬暖夏涼的現(xiàn)象。回采工作面的氣溫在整個(gè)風(fēng)流路線上,一般是最高的區(qū)段。在回風(fēng)路線上,因通風(fēng)強(qiáng)度較大,水分蒸發(fā)吸熱,氣流向上流動(dòng)而膨脹降溫,使氣溫略有下降,但基本上常年變化不大621.3.2礦內(nèi)空氣的濕度1、濕度的表示方式礦內(nèi)空氣濕度是指礦內(nèi)空氣中所含水蒸汽量。絕對(duì)濕度——指每1m3或1kg的濕空氣中所含水蒸汽量的克數(shù)。相對(duì)濕度——指濕空氣中實(shí)際含有水蒸汽量與同溫度下的飽和水蒸汽量之比的百分?jǐn)?shù)。式中ρw——空氣中所含水蒸汽量(即絕對(duì)濕度),g/m3;
ρs——在同一溫度下空氣中的飽和水蒸汽量,g/m3??諝庵酗柡退羝康拇笮∪Q于空氣的溫度。含濕量在含有1kg干空氣的濕空氣中,所挾帶的水蒸汽質(zhì)量,稱為濕空氣的含濕量(d)。631.3.2礦內(nèi)空氣的濕度2、影響濕度的因素(1)地面濕度隨季節(jié)變化較大,陰雨季節(jié)濕度較大,夏季相對(duì)濕度較低,但氣溫較高,冬季相對(duì)濕度較大,但氣溫較低,絕對(duì)濕度并不太高。地面濕度除受季節(jié)影響外,還與地理位置有關(guān),我國濕度分布,沿海地區(qū)較高(平均為70~80%),向內(nèi)陸逐漸降低,西北地區(qū)達(dá)最低值(平均為30~40%)。(2)當(dāng)?shù)V井涌水量較大或滴水較多,由于水珠易于蒸發(fā),則井下比較潮濕,一般金屬礦山井下濕度在80~90%左右。在鹽礦,涌水較小,且鹽類吸濕性較強(qiáng),相對(duì)濕度一般為15~25%。643、礦內(nèi)空氣濕度的變化規(guī)律進(jìn)風(fēng)線路有可能出現(xiàn)冬干夏濕的現(xiàn)象,進(jìn)風(fēng)井巷有淋水的情況除外。在采掘工作面和回風(fēng)線路上,氣溫長年不變,濕度也長年不變,一般都接近100%,隨著礦井排出的污風(fēng),每晝夜可從礦井內(nèi)帶走數(shù)噸甚至上百噸的地下水?!?51.3礦井氣候1.3.3風(fēng)速1、井巷斷面上的風(fēng)速分布在礦井通風(fēng)中,空氣流速簡稱為風(fēng)速。井巷中某點(diǎn)在水平方向的瞬時(shí)速度隨時(shí)間的變化在某一平均值的上下波動(dòng)。采用時(shí)均風(fēng)速后,井巷中空氣的流動(dòng)一般可視為定常流(穩(wěn)定流)。66紊流中的速度分布67巷道斷面等風(fēng)速線分布68巷道斷面等風(fēng)速線分布69由于空氣的粘性和井巷壁面摩擦影響,井巷斷面上風(fēng)速分布是不均勻的。在貼近壁面處仍存在層流運(yùn)動(dòng)薄層,即層流層。其厚度δ隨Re增加而變薄,它的存在對(duì)流動(dòng)阻力、傳熱和傳質(zhì)過程有較大影響。在層流邊層以外,從巷壁向巷道軸心方向,風(fēng)速逐漸增大,呈拋物線分布,井巷斷面的平均風(fēng)速v為:(1-3-8)式中S為斷面積,即為通過斷面S上的風(fēng)量Q,則701.3.3風(fēng)速2、風(fēng)速對(duì)礦內(nèi)氣候的影響風(fēng)速顯著地影響者礦內(nèi)對(duì)流散熱。當(dāng)風(fēng)流溫度低于礦內(nèi)環(huán)境溫度時(shí),流速越大,散熱量越多。當(dāng)風(fēng)流溫度高于礦內(nèi)環(huán)境溫度時(shí),礦井反而從風(fēng)流中得到對(duì)流熱,此時(shí)風(fēng)速越大,礦內(nèi)環(huán)境得到的對(duì)流熱越多。711.3.4礦內(nèi)氣候參數(shù)的測定1、溫度和濕度的測定通常,是用干濕球溫度計(jì)測算空氣溫度和濕度的。干球溫度td可以直接通過干球溫度計(jì)讀出,反應(yīng)空氣的實(shí)際溫度。濕球溫度計(jì)的讀數(shù),實(shí)際上反映了濕紗布中水的溫度。穩(wěn)定條件下的讀數(shù)才稱之為濕球溫度tw。72圖1-3-4干濕球溫度計(jì)圖1-3-5風(fēng)扇濕度計(jì)
73測算空氣濕度時(shí),先用儀表測出相對(duì)濕度,再算出絕對(duì)濕度。構(gòu)造簡單的常用儀表是風(fēng)扇濕度計(jì),它是由干球溫度計(jì)和濕球溫度計(jì)組成,用自帶的發(fā)條轉(zhuǎn)動(dòng)小風(fēng)扇。測量時(shí),從兩支溫度計(jì)上分別讀出空氣的干溫度td(℃)和濕溫度tw(℃)根據(jù)實(shí)測的td和td-tw兩個(gè)數(shù)值在表1-10中查出空氣的相對(duì)濕度φ值;又根據(jù)td在表1-11中查出飽和絕對(duì)濕度的近似值(g/m3),再根據(jù)式算(1-13)出絕對(duì)濕度值(g/m3)。74例如,測得某礦總進(jìn)風(fēng)量為4000m3/min,其干溫度的平均值td=22℃,濕溫度的平均值tw=21℃,求其相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度。解:查表1-10得其相對(duì)濕度φ=91%,又根據(jù)td值查表1-11得出飽和絕對(duì)濕度19.3g/m3,故其絕對(duì)濕度約為91%×19.3=17.56g/m3。752、風(fēng)速的測定測量巷道中任一斷面上各點(diǎn)風(fēng)速的平均值,常用風(fēng)速儀(又名風(fēng)表)測得。只要測出巷道斷面上各點(diǎn)風(fēng)速的平均值,就可算得風(fēng)量。風(fēng)量是通風(fēng)管理中經(jīng)常性監(jiān)測項(xiàng)目之一。76礦內(nèi)常用的風(fēng)表按迎風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的形式大致分為葉式和杯式兩種。葉式風(fēng)表轉(zhuǎn)輪由8塊鋁質(zhì)葉片組成,葉式風(fēng)表其中的一種用于測量0.5~10m/s的中等風(fēng)速,一種用于測量0.3~0.5m/s的低風(fēng)速。77杯式風(fēng)表的轉(zhuǎn)輪由4個(gè)杯狀鋁勺組成,能被風(fēng)流吹轉(zhuǎn)。杯式風(fēng)表適用于測量5~25m/s的較高風(fēng)速,它的慣性和機(jī)械強(qiáng)度較大,開始轉(zhuǎn)動(dòng)的最低風(fēng)速為1.0~1.5m/s
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