1、人要维持身体内的氧化过程，就必须从空气中吸取氧气。 空气中氧含量减少，对人体健康影响很大。如果空气中的氧降低到12%时，会使人失去理智，时间稍长即有生命危险。 因此，煤矿安全规程规定：“在采掘工作面的进风流中，按体积计算，氧气浓度不得低于20%。” 在井下通风不好的巷道、火区附近的巷道及采空区的旧巷内，氧气的含量有时很低。人进入这些巷道之前，必须进行检查，否则不能进入。 2氮气 氮气无色、无味、无臭，有惰性，不助燃，也不助呼吸，在一般浓度时无害。 3二氧化碳 二氧化碳无色，略带酸味，易溶于水，不助燃，也不助呼吸，对空气的相对密度为1.52。因为比空气重，常常聚集在巷道的底部或下山工作面。 二氧
2、化碳对人的呼吸有刺激作用。当人的肺泡中二氧化碳增加时，人的呼吸量就需成倍的增加。人在跑步或劳动强度较大时，就会呼吸加快或气喘，这是因为人体内氧化过程加快后，二氧化碳生产量增多，使血液酸度变大，刺激呼吸中枢而引起频繁呼吸。正因为二氧化碳气体对人的呼吸能起到刺激作用，所以在抢救有毒气体的受害人员时，首先使其吸入含有5%二氧化碳的氧气，以加强肺部的呼吸。 空气中的二氧化碳含量较大时。能够使人发生中毒现象。当二氧化碳含量达到10%时，使人头晕，甚至昏迷；达到20%时，使人呼吸处于停顿状态；达到25%时，使人中毒死亡。 煤矿安全规程规定：在采掘工作面的进风流中，二氧化碳的浓度不得超过0.5%。（二）矿内
3、有害气体 矿井空气中的主要有害气体主要有一氧化碳、二氧化硫、硫化氢和二氧化氮、甲烷等。 1一氧化碳 一氧化碳是无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为0.97。一氧化碳在通常条件下化学性质不活泼，微溶于水，有可燃性和爆炸性，其爆炸界限为13%75%，毒性极大。一氧化碳对人体的毒性之所以极大，是因为人体内红细胞所含血红素HB与一氧化碳的结合能力比氧气大250300倍，血液吸入一氧化碳要比氧气快250300倍。一氧化碳替代氧而被血液吸收，在人体内就以HBCO代替了血红素HBO2进行血液循环。而且CO还能够把氧气从血红素中挤出去，阻碍了氧与血红素的正常结合，使人体各部组织和细胞产生缺氧现象，引起中
4、毒死亡。空气中一氧化碳的浓度越大，中毒越严重。人接触一氧化碳的时间越长，血液里的一氧化碳含量就越大，中毒也就越严重。所以，经常在一氧化碳略微超过允许浓度的环境中劳动，虽然短时间内不会发生急性的病状，但由于血液和人体组织的长期缺氧，以及对大脑神经的侵害，会引起头痛、眩晕、胃口不好、全身无力、记忆力衰退、情绪不好和失眠等慢性症状。煤矿安全规程规定：井下风流中的一氧化碳的最大浓度不得超过0.0024%。2硫化氢 硫化氢是无色、微甜、有臭鸡蛋味的气体，对空气的相对密度是1.19，易溶于水，剧毒，有可燃性和爆炸性，在空气中含量达6%时形成爆炸混合物。 硫化氢有强烈的毒性，能使血液中毒，导致人体的氧化作用
5、减弱。此外，对眼睛、鼻和喉咙的黏膜有强烈的刺激作用。硫化氢在空气中的浓度达到0.1%时，能使人在短时间内死亡。如1971年8月18日某矿10队掘进上山透老空区水，一开始透水时在场工人立即撤离，事后矿调度室主任和一名技术员去现场了解透水情况，被硫化氢熏倒，在半路上牺牲了。这些血的教训告诉我们，在煤矿生产过程中必须采取有效的防治硫化氢的安全技术措施。井下风流中的硫化氢最大允许浓度是0.00066%。3二氧化硫 二氧化硫是无色、有强烈硫磺刺激气味的气体，对空气的相对密度为2.2，极易溶于水，剧毒。二氧化硫溶于水后生成亚硫酸，对眼睛有强烈刺激作用，因此被矿工称为“瞎眼”气体。二氧化硫对呼吸器官有腐蚀作
6、用，当空气中二氧化硫的浓度达到0.05%时，在短时间内即能使人中毒死亡。井下风流中的二氧化硫浓度最大不得超过0.0005%。4二氧化氮 二氧化氮是红褐色气体，对空气的相对密度是1.57，易溶于水，剧毒。二氧化氮溶于水后生成硝酸，对眼睛和呼吸器官有强烈的刺激作用，尤其对肺部组织破坏严重，使肺部浮肿。 二氧化氮中毒开始时无感觉，但经624h后，肺部浮肿严重发展，咳嗽、吐黄痰、呕吐以致很快死亡。如1972年某矿12水平5煤层中掘进巷道时，工作面非常干燥，放炮后工人立即顶着炮烟进入工作面施工。在这个掘进工作面，3天内连续死去2名青年工人，都是在做完早班后，回到单身宿舍休息，次日早上发现死亡。事后证明，
7、这两位青年工人都是吸入大量的二氧化氮，引起肺部水肿致死的。所以煤矿安全规程规定，矿井空气中的二氧化氮浓度最高不得超过0.00025%。5甲烷 详见本章第二节。（三）对有毒有害气体的防治措施 对有毒有害气体的防治措施如下：（1）不断地用新鲜空气将有害有毒气体的含量稀释到 煤矿安全规程规定的允许值以下，并保证足够的新鲜空气。（2）在井下通风不良的地区或空气不流通的巷道内，人员进入前必须检查巷道内气体的成分，当确认对人体无害时才能进入。（3）当工作人员由于缺氧或因有害气体而中毒时，应首先将中毒者移到有新鲜空气的巷道中，将有碍呼吸的东西除去后进行急救。（4）禁止使用变质失效的炸药；严格遵守爆破制度，炮
8、泥应填实并应有足够的长度；放炮后加强通风，在工件面没有将有害气体冲淡以前，不得进入。（5）进行瓦斯抽放，解决采掘工作面瓦斯超限问题。（6）向采掘工作面喷洒药剂，降低有害气体的含量。（四）矿井气候条件 矿井气候条件是指矿井空气的温度、湿度及风速三者的综合作用状态。矿井气候条件对矿工的身体健康和工作效率有直接的关系。实践证明：人体最适宜的矿内温度为18220C，相对湿度为50%60%，风速为11.5m/s。煤矿安全规程对矿井气候条件，尤其是风速和温度都有明确的规定。 1矿内空气温度 地面空气进入井下沿巷道流动时，空气温度要发生变化，其影响因素有以下几个方面：（1）风流上行或下行的影响。空气沿井筒向
9、下流动时，气体分子受压缩空气温度上升。大约每下行100m，空气温度升高10C。空气沿回风井向上流动时，气体膨胀吸热，空气温度下降，每上升100m，空气温度下降约0.90C。（2）矿内岩石温度的影响。在地层恒温带（约2530m）以下，岩石温度随深度的增加而升高。当岩石温度与流经的空气温度不同时，就要发生热交换作用。在不太深的矿井里，夏季进入矿井的空气温度高于井下岩石温度，岩石吸收空气中的热量，使空气温度降低；在冬季则相反，进入井下的空气温度低于岩石温度，岩石放热使空气温度升高。在深矿井中，因岩石温度高，进入井下的空气要从岩石中吸收热量，起到降温的作用。（3）矿内物质氧化的影响。如井下煤或坑木氧化
10、时产生热量，使空气温度升高。（4）矿内水分蒸发的影响。井下空气中的水分蒸发时要吸收热量，使空气温度降低。（5）井下通风强度的影响。如果井下通风断面一定，井下空气温度高时，增大风量，风流速度增大，空气与岩石的热交换时间短，空气温度就能降低；如果减少风量，风流速度减慢，空气与岩石的热交换时间增长，则空气温度上升。2矿内空气湿度矿井空气中的湿度是指矿井空气中所含的水蒸气数量。表示空气湿度的方法有绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指1m3或1kg空气中实际含有的水蒸气量的克数，用g/m3或g/kg表示。相对湿度是指在同体积和同温度下，空气中实际含有的水蒸气数量与饱和水蒸气数量之百分比。矿井通风中通常使用相
11、对湿度表示矿井气候条件的指标。3矿井中风流速度风流速度能够影响井下的气候条件。人体在温度高，湿度大的作业环境中作业时，感到很不舒服，需要增加风速改善作业环境。增加风速，作业人员可以得到蒸发汗水、散发体热的条件，因而感到舒适。但在温度低和湿度小的环境中，风速过大反而使人体感觉不舒适，并造成煤尘飞扬和通风阻力增大、作业环境不安全的隐患。4改善井下气候条件的方法为使人们在工作时有良好的精神状态，必须使人体产生的热量和散放的热量保持平衡，而使体温保持在36.5370C之间。如果空气温度过高，人体散热困难，会引起中暑。如果空气温度过低，散热能力太强，会引起感冒，同时人穿很厚的工作服工作起来也不方便，所以
12、，井下温度必须经常进行调节。人体散热方式有3种，即辐射、对流和蒸发。空气温度低时辐射散热快，空气温度高时辐射散热慢，空气温度超过人的体温时，不能辐射散热。风速大，对流散热快，风速小对流散热慢，风速为零时不能靠对流散热。湿度小时蒸发散热快，湿度大时蒸发散热慢，湿度达到l00%时不能靠蒸发散热。对于人体最适宜的相对湿度为50%60%，当相对湿度超过80%时，人就不容易出汗散热。相对湿度过低，少于30%，会使人感觉干燥，引起口腔和鼻粘膜破裂。矿井空气中的相对湿度一般比较大，故矿内气候条件必须从温度和风速两个方面进行调节。 当井下温度高，湿度大时，增加风速可以提高散热效果。所以对采煤工作面，可以根据温
13、度的高低来调节风速。采掘工作面的气温不得超过260C，机电硐室的气温不得超过300C。当气温超过规定值时，必须采取降温措施。当采掘工作面气温超过300C、机电硐室的气温超过340C时，必须停止作业。 进风井筒冬季结冰，对工人身体健康、提升和其他装置有危害时，必须安装暖风装备，保持进风井口以下的空气温度保持在20C以上。二、矿井通风系统和采区通风系统（一）矿井通风系统 矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法、通风网络的总称。通风方式是指进风井和回风井的布置形式，有中央式、对角式和混合式3类。通风方法是指矿井主要通风机的工作方法，有抽出式、压入式和混合式3种情况。通风网络是指矿井通风井巷的连接形式，
14、有串联、并联和角联3种情况。 稳定、可靠的矿井通风系统是搞好煤矿“一通三防”工作的基础，是矿井安全生产的重要保障。 每一矿井从设计、建设到生产都必须保证有一个安全、合理、经济、可靠的通风系统，并且随着生产的发展、布局的变化，还要及时改造、完善通风系统，以确保安全生产。 生产矿井应根据具体条件，制订矿井风量计算细则，确定不同用风场所的供风标准和实际需要风量，使每一个工作地点，每人每分钟的供风量不得小于4m3。使该地点的风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度、风速及温度符合煤矿安全规程的有关规定。还要加强矿井通风管理，及时测风、调风，杜绝风量不足，杜绝无风和欠风作业，杜绝无计划停风等违章现
15、象的发生。 每一矿井必须有反风设施，必要时进行反风。当矿井在进风井口附近、井筒或井底车场及其附近的进风巷道或硐室发生火灾、瓦斯、煤尘爆炸事故时，为了限制灾区范围扩大，防止烟流流入人员密集的生产场所，以及进行灾害处理和救护工作，需要改变矿井风流方向，所以煤矿安全规程规定：生产矿井主要通风机必须安设矿井反风装置，必须在10min内改变巷道中风流方向。有的矿井还在采区建立局部反风系统，当采区内带式输送机或机电硐室发生火灾时，可利用事先构筑的反风设施和反风巷道进行反风，从而达到救灾灭火的目的。（二）采区通风系统采区通风系统是指矿井风流经主要进风巷道进入采区，经各采掘工作面、硐室后，沿采区回风巷排至主要
16、回风道的整个通风网路，如图31所示。采区通风系统是矿井通风系统的基本组成部分，它包含采掘工作面、硐室和其他用风场所的通风，对保证采区安全至关重要。因此，要保证采区通风系统安全、经济和技术合理。为此，应做到以下几个方面：采掘工作面、硐室应采用分区通风，按照瓦斯、气候条件等因素合理配风；控制和减少角联网路，保证风流的稳定性；简化通风网路，尽量减少通风设施的数量，以便在发生事故时易于控制风流和撤出人员；尽量减少漏风量，保证新鲜风流进入用风场所；有利于采空区的瓦斯排放、防止采空区自燃发火。图31 采区通风系统示意图（三）采掘工作面通风1掘进通风 在矿井建设和生产中，要开掘大量的井巷，掘进中的井巷一般只
17、有一个出口，故必须采用导风设施（如风筒、挡风墙、风障等），利用局部通风机或矿井主要通风机提供的风量，将新鲜空气送到掘进工作面，同时将污风排出，这种通风称为掘进通风或局部通风。 掘进通风方法有矿井全风压通风、局部通风机通风和引射器通风3种方法。 矿井全风压通风是利用矿井主要通风机及自然风压借助导风设施对掘进巷道通风的方法。 引射器通风是利用压气或压力水通过喷嘴产生射流，造成负压而吸入风量，使空气流动来进行通风的方法。由于不使用电力，故较为安全，适用于瓦斯、煤尘大的工作面。局部通风机通风是用局部通风机对掘进工作面进行通风的方法，有压入式、抽出式和混合式3种形式，如图32所示。图32 局部通风机通风
18、示意图煤矿安全规程对掘进通风有严格的规定：局部通风机必须由指定人员负责管理，保证正常运转；压入式局部通风机和起动装置必须安装在进风巷道中，距回风口的距离不得小于10m；必须采用抗静电、阻燃风筒，风筒出口到掘进工作面的距离符合作业规程的规定；局部通风机和掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置，有瓦斯喷出区域或高突出矿井的局部通风机必须做到“三专、三闭锁”（对局部通风机实行专用变压器、专用开关、专用线路供电来保证供电的连续性。三闭锁为：风电闭锁、瓦斯电闭锁、故障闭锁），当局部通风机停止运转或掘进工作面瓦斯超限时，能立即切断掘进巷道中的一切电源。掘进通风还必须符合通风质量标准和掘进安全技术装备系
19、列化标准的规定。利用矿井中空气扩散运动而对掘进工作面或硐室进行通风叫做扩散通风。因扩散通风的风量难以保障，有害气体和粉尘不能有效地排除和冲淡，所以煤矿安全规程规定：掘进巷道不得采用扩散通风。掘进巷道总要穿透采、掘工作面或其他井巷，掘进过程中也可能穿透含有瓦斯的煤层、采空区、废旧巷道和地质变化带，可能出现一些不安全因素和事故隐患，因而必须遵守煤矿安全规程有关规定，采取必要措施，防止冒顶、透水、放炮崩人及瓦斯、煤尘、自然发火等事故发生。巷道贯通前要做好准备，贯通即构成通风系统，此时要防止系统紊乱或因风量不足造成人员窒息和瓦斯事故。未构成全风压通风系统而又不通风的巷道叫做盲巷。盲巷内易积聚瓦斯或氧气
20、含量很低，当人员进入时可能发生窒息死亡事故，所以煤矿安全规程规定：临时停工地点，不得停风，否则，必须切断电源，设置栅栏，揭示警标，禁止人员入内，并向矿调度室汇报。严禁在停风或瓦斯超限的区域内进行机电、回收等作业。2采煤工作面通风采煤工作面通风系统通常由两个（或两个以上）平行的巷道和工作面组成，其基本形式有U形、Z形（双Z形）、Y形、H形和W形5种。最常用的是U形通风系统。这种通风系统也叫反向通风系统，其优点是系统简单，采空区漏风小，但是风量受到限制，且工作面上隅角附近易积聚瓦斯。其他几种形式（图33），它们则各有利弊，可因地制宜地按需要选用。图33 采煤工作面通风示意图采煤工作面、正在掘进中的
21、煤巷和半煤岩巷，最低允许风速为0.25m/s，最高为4m/s；掘进中的岩巷最低风速为0.15m/s，最高为4m/s；其他通风行人巷道最低允许风速为0.15m/s。 采掘工作面的进风或回风部分或全部经过采空区（老塘）或冒落区的通风叫老塘通风。老塘通风的害处是通风系统不可靠，易于发生瓦斯涌出、自然发火等自然灾害。因此，煤矿安全规程规定：掘进工作面和采煤工作面的进风和回风都不得经过采空区或冒落区，无煤柱开采的沿空送巷和沿空留巷的两帮或顶部，应做好防止向采空区或冒落区漏风的工作；否则，不得采用无煤柱开采。水采工作面由采空区或冒落区回风时，必须使水采工作面有足够的新鲜风流，保证采煤工作面及其回风巷的风流
22、中的瓦斯和二氧化碳浓度符合煤矿安全规程的规定。三、矿井通风设施因为生产的需要，井下巷道纵横交错，彼此连通，为了保证风流按照规定的路线流动，就必须在某些巷道内建筑相应的通风构筑物（通风设施）对风流的路线进行控制。通风设施分为两大类，即引导风流的设施和隔断风流的设施。（一）引导风流的设施 1风硐风硐是连接矿井主要通风机和风井的一段巷道，如图34所示。图34 风硐示意图 2风桥 风桥是将两股平面交叉的新风、乏风流隔断成立体交叉的一种通风设施。一般乏风从桥上通过，新风从桥下通过。根据风桥的服务年限及通过风量的大小，风桥又有绕道式风桥、混凝土风桥、铁风桥等3种形式，如图35所示。图35 风桥示意图（二）
23、隔断风流设施隔断风流设施主要有防爆门、密闭墙和风门3种。 1防爆门 防爆门安装在装有矿井主要通风机的井筒口处，目的是防止发生瓦斯爆炸、煤尘爆炸事故时毁坏矿井主要通风机。 2密闭墙 在不允许风流通过，也不许行人、通车的巷道中，必须设置密闭墙，又称挡风墙。按密闭墙结构和服务年限的不同，密闭墙可以分为临时密闭和永久密闭两大类。临时密闭墙一般是在立柱上钉木板，在木板上抹上黄泥或白灰建成。它的服务年限一般在2年以内。永久性密闭墙通常采用砖、石、水泥等构筑，巷道压力大时，宜采用混凝土构筑，服务年限一般在2年以上。 3风门 在不允许风流通过，但需要行人、通车的巷道内，必须设置风门。按其构筑材料的不同，风门可
24、分为木风门、金属风门、混凝土风门等3种；按其结构不同，风门又可分为撞杆式风、水压式风门、气动式风门和电动式风门等4种。第二节 矿井瓦斯防治一、瓦斯的性质及危害（一）瓦斯的性质 矿井瓦斯是成煤过程中的一种伴生气体，是指煤矿井下以甲烷（CH4）为主的有毒、有害气体的总称，通常单独指甲烷。其分子式为CH4，它是一种无色、无味的气体。在标准状态下（气温为00C，大气压为1.0l105Pa），lm3甲烷的质量为0.7618kg，而lm3空气的质量为1.293kg，因此，瓦斯比空气轻，其相对密度为0.554，瓦斯有很强的扩散性，扩散速度是空气的1.34倍。巷道内瓦斯浓度的分布取决于其涌出源的分布和涌出强度
25、。当无瓦斯涌出源时，瓦斯在井巷断面内的分布是均匀的；当有瓦斯涌出源时，在其涌出的侧壁附近会出现瓦斯浓度增高，巷道顶板、冒落区顶部往往积聚高浓度瓦斯，这不是因为瓦斯表现出上浮力，而是说明这里有瓦斯涌出源。瓦斯具有燃烧和爆炸性。（二）矿井瓦斯的危害（1）瓦斯窒息。甲烷本身虽然无毒，但空气中甲烷浓度较高时，就会相对降低空气中氧气浓度，在压力不变的情况下，当甲烷浓度达到43%时，氧气浓度就会被冲淡到12%，人就会感到呼吸困难；当甲烷浓度达到57%时，氧气浓度就会降到9%，这时人若误入其中，短时间内就会因缺氧窒息而死亡。因此煤矿安全规程规定：凡井下盲巷或通风不良的地区，都必须及时封闭或设置栅栏，并悬挂“
26、禁止入内”的警标，严禁人员入内。（2）瓦斯的燃烧和爆炸。当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸，一旦形成灾害事故，会造成大量井下作业人员的伤亡，严重影响和威胁矿井安全生产，会给国家财产和职工生命安全造成巨大损失。瓦斯爆炸事故是矿井五大自然灾害之首。二、矿井瓦斯的赋存、涌出及矿井瓦斯等级的划分（一）瓦斯的赋存状态 瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态有两种，一种是游离状态，另一种是吸附状态。 1）游离状态。 瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的孔洞之中。其分子可自由运动，处于承压状态。 2）吸附状态。 吸附状态的瓦斯按照结合形式的不同，又分为吸着状态和吸收状态。吸着状态是指瓦斯被
27、吸着在煤体或岩体微孔表面，在表面形成瓦斯薄膜，吸收状态是指瓦斯被溶解于煤体中，与煤的分子相结合，类似于气体溶解于液体的现象。 煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的，而是处于不断交换的动平衡状态，当条件发生变化时，这一平衡就会被打破。（二）矿井瓦斯涌出1矿井瓦斯涌出的形式 当煤层被开采时，煤体受到破坏，贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象叫做瓦斯涌出。（1）普通涌出。瓦斯从采落的煤炭及煤层、岩层的暴露面上，通过细小的孔隙缓慢而长时间的涌出。首先是游离瓦斯，而后是部分解吸的吸附瓦斯。普通涌出是矿井瓦斯涌出的主要形式，不仅范围广，而且数量大。 （2）特殊涌出，如果煤层或岩层中含有
28、大量瓦斯，采掘时，这些瓦斯有时会在极短的时间内，突然的、大量的涌出，可能还伴有煤粉，煤块或岩块，瓦斯的这种涌出形式称为特殊涌出。瓦斯特殊涌出是一种动力现象，分为瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。瓦斯特殊涌出的范围是局部的、短暂的、突发性的，但其危害极大。 2矿井瓦斯涌出量 矿井瓦斯涌出量是指在开采过程中，从开采层、围岩和邻近层涌出瓦斯量的总和，仅指普通涌出。表示矿井瓦斯涌出量的方法有两种。 （1）绝对瓦斯涌出量。绝对瓦斯涌出量是指单位时间内涌入采掘空间的瓦斯数量，用m3/min或m3/d表示，可用下式进行计算：QCH4=QC （31）或 QCH4=1440QC （32）QCH4 矿井（或采区）绝对瓦斯涌
29、出量，m3/min；QCH4矿井（或采区）绝对瓦斯涌出量，m3/d；Q矿井（或采区）总回风量，m3/min；C矿井（或采区）总回风流中的瓦斯浓度，；14401昼夜的分钟数。（2）相对瓦斯涌出量。相对瓦斯涌出量是指在矿井正常生产条件下，月平均日产1t煤所涌出的瓦斯数量，用m3/t表示。可用下式进行计算：qCH4=1440 QCH4N/A （33）式中 qCH4矿井（或采区）相对瓦斯涌出量，m3/t；QCH4矿井（或采区）绝对瓦斯涌出量，m3/min；A矿井（或采区）月产煤量，t；N矿井（或采区）的月工作天数。必须指出，对于抽放瓦斯的矿井，在计算矿井瓦斯涌出量时，应包括抽放的瓦斯量。（三）矿井瓦斯等级的划分一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。 矿井瓦斯等级
