礦井通風(fēng)教案緒論我國煤礦開采大多是井工開采，需要從地面向地下開掘一系列井巷到達煤層，從中布置工作面進行生產(chǎn)。與地面作業(yè)相比，井下作業(yè)空間狹小，光線不足，工作地點經(jīng)常處于變動之中，存在著許多特殊的自然災(zāi)害和對人體不利的氣候環(huán)境。特別是瓦斯、炮煙等有害氣體和粉塵等有害物質(zhì)嚴重影響著礦工的身體健康和生命安全，威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，有的礦井還伴有高溫、高濕等危害，惡化了工作環(huán)境。礦井通風(fēng)正是從技術(shù)角度解決這些問題的重要手段，是創(chuàng)造礦井正常生產(chǎn)環(huán)境和安全條件的基礎(chǔ)。礦井通風(fēng)的主要任務(wù)是：向井下連續(xù)輸送新鮮空氣，供給人員呼吸；稀釋并排除井下的有毒有害氣體和礦塵；創(chuàng)造良好的井下氣候條件。合理的礦井通風(fēng)不僅是預(yù)防瓦斯、粉塵、火災(zāi)等事故和治理高溫?zé)岷?、?chuàng)造舒適氣候環(huán)境的基本措施，也是控制、縮小、消滅災(zāi)害的重要手段。我國是以煤炭為主要能源的發(fā)展中大國，煤炭在一次能源生產(chǎn)和消費構(gòu)成中的比例目前占到70%，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和對能源的需求增加，煤炭產(chǎn)量還有不斷增加的趨勢。多年來，盡管我國的煤炭產(chǎn)量不斷提高，煤礦的技術(shù)結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到了進一步優(yōu)化，但并未實現(xiàn)對煤礦災(zāi)害事故的有效控制和安全狀況的根本好轉(zhuǎn)，重特大事故時有發(fā)生，安全形式依然嚴峻，這就對礦井通風(fēng)工作提出了新的更高要求，以不斷適應(yīng)生產(chǎn)對安全工作的需要。我國煤礦安全生產(chǎn)的指導(dǎo)方針是安全第一，預(yù)防為主。這是在總結(jié)我國煤炭生產(chǎn)建設(shè)多年經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上確定的，也是由煤礦生產(chǎn)的自然規(guī)律及其特殊條件決定的，我國是社會主義國家，勞動人民是國家的主人，既是物質(zhì)財富的創(chuàng)造者，又是生產(chǎn)建設(shè)的組織者和管理者，國家利益與勞動人民的利益是一致的，同時，安全生產(chǎn)方針還體現(xiàn)了人是最寶貴的思想，在煤礦生產(chǎn)建設(shè)中，必須把職工的生命和健康作為第一位工作來抓，作為我們一切工作的指導(dǎo)思想和行動準則。只有正確的理解和把握安全生產(chǎn)方針，才能把礦井通風(fēng)工作擺在合理的位置上，才能為安全生產(chǎn)起到保駕護航的作用。建國以來，黨和政府十分重視煤礦通風(fēng)安全工作，頒布了一系列安全生產(chǎn)法規(guī)和勞動保護法令，成立了專門監(jiān)察機構(gòu)。曾先后8次修訂頒布了《煤礦安全規(guī)程》，特別是《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國煤炭法》、《中華人民共和國礦山安全法》等法律法規(guī)的頒布實施，使我國的煤礦安全生產(chǎn)全面走向了法制化軌道。為了適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和體制改革的新要求，國家成立了煤礦安全監(jiān)察機構(gòu)，頒布了《煤礦安全監(jiān)察條例》，實行煤礦安全監(jiān)察制度。此外，在礦井通風(fēng)技術(shù)方面也有了長足的發(fā)展。當前，我國的各類煤礦普遍實現(xiàn)了機械通風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)布置大多實現(xiàn)了分區(qū)通風(fēng)，在安全檢測和質(zhì)量管理方面基本實現(xiàn)了礦井通風(fēng)質(zhì)量標準化管理。上世紀70年代以來，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，推動了礦井通風(fēng)設(shè)計、通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化和監(jiān)測工作，編制出了多種通風(fēng)網(wǎng)路解算、主要通風(fēng)機選型優(yōu)化等應(yīng)用軟件，開發(fā)了一些新型的、功能齊全的和智能化通風(fēng)儀表，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，一些新型、高效、大功率通風(fēng)機正在替代陳舊產(chǎn)品，礦井通風(fēng)設(shè)備和設(shè)施的安全性、可靠性都在不斷加強。今后一段時期，礦井通風(fēng)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)以下幾方面：一是在進一步深入研究井下風(fēng)流穩(wěn)態(tài)流動的同時，注重非穩(wěn)定流動理論及采空區(qū)滲流理論等方面的研究，為礦井防滅火、防瓦斯和控制災(zāi)變時期的風(fēng)流提供理論依據(jù)；二是新型自動化通風(fēng)參數(shù)測試儀表的研制和計算機管理技術(shù)將進一步得到推廣應(yīng)用；三是通風(fēng)設(shè)備將向大型化、高效率和自動控制的方向發(fā)展；四是深、熱礦井的通風(fēng)理論和改善其環(huán)境條件的技術(shù)措施的研究將更加深入。這些通風(fēng)理論的突破及新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的應(yīng)用，必將徹底改善煤礦井下環(huán)境，使礦井通風(fēng)更加安全可靠，更有效地保證礦井安全生產(chǎn)。礦井通風(fēng)是礦山安全工程學(xué)科中的一個基本分支，礦井通風(fēng)課程是采礦專業(yè)的主要專業(yè)課程之一，根據(jù)專業(yè)要求和人才培養(yǎng)目標，本課程的基本內(nèi)容是：礦井空氣及有害氣體的成分、性質(zhì)、安全標準和檢測方法；風(fēng)流的能量、壓力及相互關(guān)系、能量方程及其應(yīng)用；礦井通風(fēng)阻力的類型、變化規(guī)律及測定；礦井通風(fēng)動力的類型、基本規(guī)律、測定方法；通風(fēng)網(wǎng)路中風(fēng)量的分配原則和風(fēng)量調(diào)節(jié)方法；礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類型和要求；掘進通風(fēng)的方法和安全技術(shù)管理；礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容和程序等。根據(jù)本課程的性質(zhì)和內(nèi)容，與《礦井通風(fēng)》密切相關(guān)的課程是《煤礦安全》，它們是相輔相成、有機聯(lián)系在一起的。此外還有《礦山流體機械》、《井巷工程》、《煤礦開采方法》等，它們是學(xué)好本課程的基礎(chǔ)，必須重視和學(xué)好這些相關(guān)課程。

礦井空氣礦井通風(fēng)的主要任務(wù)就是把地面新鮮空氣源源不斷地送入井下，供給人員呼吸，排除各種有害氣體和礦塵，創(chuàng)造一個良好的礦內(nèi)氣候條件，從而保障井下人員的身體健康和安全生產(chǎn)。所以，礦井空氣的質(zhì)量和數(shù)量是反映礦井通風(fēng)效果的主要指標。本章重點闡述礦井空氣的主要成分，井下常見的有害氣體，空氣成分和有害氣體的安全標準及測定方法，礦井的氣候條件，風(fēng)速、風(fēng)量測定等主要內(nèi)容，為進一步學(xué)習(xí)礦井通風(fēng)理論奠定基礎(chǔ)。第一節(jié)礦井空氣成分地面空氣又稱為大氣，是由多種氣體組成的混合氣體。大氣中除了水蒸氣的比例隨地區(qū)和季節(jié)變化較大以外，其余化學(xué)組成成分相對穩(wěn)定，盡管隨時間、地點和海拔高度有所變化，但變化不大。一般將不含水蒸氣的空氣稱為干空氣，它的組成成分和體積百分比分別為氧氣（20.96%）、氮氣(79%)和二氧化碳(0.04%).地面空氣從井筒進入井下就成了礦井空氣。由于受井下各種自然因素和人為生產(chǎn)因素的影響，與地面空氣相比，礦井空氣將發(fā)生一系列變化。主要有：氧氣含量減少；有毒有害氣體含量增加；粉塵濃度增大；空氣的溫度、濕度、壓力等物理狀態(tài)變化等。在礦井通風(fēng)中，習(xí)慣上把進入采掘工作面等用風(fēng)地點之前，空氣成分或狀態(tài)變化不大的風(fēng)流叫做新鮮風(fēng)流，簡稱新風(fēng)，如進風(fēng)井筒、水平進風(fēng)大巷、采區(qū)進風(fēng)上山等處；經(jīng)過用風(fēng)地點后，空氣成分或狀態(tài)變化較大的風(fēng)流叫做污風(fēng)風(fēng)流，簡稱污風(fēng)或乏風(fēng)，如采掘工作面回風(fēng)巷、礦井回風(fēng)大巷、回風(fēng)井筒等處。盡管礦井中的空氣成分有了一定的變化，但主要成分仍同地面一樣，由氧氣、氮氣和二氧化碳等組成。一、礦井空氣的主要成分及其基本性質(zhì)氧氣（O2）氧氣是一種無色、無味、無臭的氣體，對空氣的相對密度為1.105。氧氣是很活躍的化學(xué)元素，易使多種元素氧化，能助燃。氧氣是維持人體正常生理機能所不可缺少的氣體。人類之所以能夠在地球上生存，是因為人體內(nèi)不斷汲取食物和吸入氧氣，通過氧化作用，進行細胞的新陳代謝作用而維持的。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)和勞動強度等。一般情況下，人在休息時的需氧量為0.2~0.4L/min；在工作時為1~3L/min?？諝庵械难鯕鉂舛戎苯佑绊懼梭w健康和生命安全，當氧氣濃度降低時，人體就會產(chǎn)生不良反應(yīng)，嚴重者會缺氧窒息甚至死亡。人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關(guān)系如表1-1所示。表1-1人體缺氧癥狀與空氣中氧氣濃度的關(guān)系氧氣濃度（體積）/%人體主要癥狀171510~126~9靜止狀態(tài)無影響，工作時會感到喘息、呼吸困難和強烈心跳呼吸及心跳急促，無力進行勞動失去知覺，昏迷，有生命危險短時間內(nèi)失去知覺，呼吸停止，可能導(dǎo)致死亡地面空氣進入井下后，氧氣濃度要有所降低，氧氣濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖、坑木和其他有機物的緩慢氧化；爆破工作；井下火災(zāi)和瓦斯、煤塵爆炸；煤巖和生產(chǎn)中產(chǎn)生其他有害氣體等。在正常通風(fēng)的井巷和工作面中，氧氣濃度與地面相比一般變化不大，不會對人體造成太大影響。但在井下盲巷、通風(fēng)不良的巷道中或發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故后，應(yīng)特別注意對氧氣濃度的檢查，以防發(fā)生窒息事故。氮氣（N2）氮氣是無色、無味、無臭的惰性氣體，相對密度為0.97，微溶于水，不助燃，無毒，不能供人呼吸。氮氣在正常情況下對人體無害，但當空氣中的氮氣濃度增加時，會相應(yīng)降低氧氣濃度，人會因缺氧而窒息。在井下廢棄舊巷或封閉的采空區(qū)中，有可能積存氮氣。如1982年9月7日，我國某礦因礦井主要通風(fēng)機停風(fēng)，井下采空區(qū)的氮氣大量涌出，致使采煤工作面支架安裝人員缺氧窒息，造成多人傷亡事故。礦井中的氮氣主要來源于：井下爆破；有機物的腐爛；天然生成的氮氣從煤巖中涌出等。二氧化碳（CO2）二氧化碳是無色、略帶酸臭味的氣體，相對密度為1.52，不助燃也不能供人呼吸，略帶毒性，易溶于水。新鮮空氣中含有的微量二氧化碳對人是無害的，但二氧化碳對人體的呼吸有刺激作用，所以在為中毒或窒息的人員輸氧時，常常要在氧氣中加入5%的二氧化碳，以促使患者加強呼吸。當空氣中的二氧化碳濃度過高時，將使空氣中的氧氣含量相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴重時也能造成人員中毒或窒息?？諝庵卸趸紳舛葘θ梭w的危害程度如表1-2所示。表1-2空氣中二氧化碳濃度對人體的影響二氧化碳濃度（體積）/%人體主要癥狀1351010~2020~25呼吸加深，急促呼吸急促，心跳加快，頭痛，很快疲勞呼吸困難，頭痛，惡心，耳鳴頭痛，頭昏，呼吸困難，昏迷呼吸停頓，失去知覺，時間稍長會死亡短時間中毒死亡二氧化碳比空氣重，常常積聚在煤礦井下的巷道底板、水倉、溜煤眼、下山盡頭、盲巷、采空區(qū)及通風(fēng)不良處。礦井中二氧化碳的主要來源有：煤和有機物的氧化；人員呼吸；井下爆破；井下火災(zāi)；瓦斯、煤塵爆炸等。有時也能從煤巖中大量涌出，甚至與煤或巖石一起突然噴出，給安全生產(chǎn)造成重大影響。如我國某礦，曾在1975年6月發(fā)生過一起二氧化碳和巖石突出事故，突出二氧化碳11000m3。二氧化碳窒息同缺氧窒息一樣，都是造成礦井人員傷亡的重要原因之一。二、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標準礦井空氣的主要成分中，由于氧氣和二氧化碳對人員身體健康和安全生產(chǎn)影響很大，所以《煤礦安全規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）對其濃度標準做了明確規(guī)定。主要如下：采掘工作面進風(fēng)流中，按體積計算，氧氣濃度不低于20%；二氧化碳濃度不超過0.5%。礦井總回風(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷風(fēng)流中，二氧化碳超過0.75%時，必須立即查明原因，進行處理。采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中二氧化碳超過1.5%時，采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達到1.5%時，都必須停止工作，撤出人員，進行處理。三、礦井空氣主要成分的檢測方法礦井空氣主要成分的檢測方法可分為兩大類：一是取樣分析法，二是快速測定法。取樣分析法利用取樣瓶或吸氣球等容器提取井下空氣式樣，送往地面化驗室進行分析。分析儀器多用氣相色譜儀，它是一種通用型氣體分析儀器，可完成多種氣體的定性和定量分析。它的優(yōu)點是分析精度高，定性準確，分析速度快，一次進樣可以同時完成多種氣體的分析；缺點是所需時間長，操作復(fù)雜，技術(shù)要求高。一般用于井下火區(qū)成分檢測或需精確測定空氣成分的場合。（二）快速測定法利用便攜式儀器在井下就地檢測，快速測定出主要氣體成分。盡管它的測定精度不如取樣分析法高，但基本能滿足礦井的一般要求，是目前普遍采用的測定方法。1、氧氣濃度的快速測定方法（1）利用氧氣檢測儀檢測檢測井下氧氣的便攜式儀器種類較多，主要有AY—1B型、JJY—1型（可測O2、CH4兩種氣體）等。其中AY—1B型是普遍使用的氧氣檢測儀，用來檢測采煤工作面、回風(fēng)巷、采空區(qū)、瓦斯抽放管路及瓦斯、煤塵爆炸或火災(zāi)等事故災(zāi)區(qū)中的氧氣濃度。儀器為本質(zhì)安全型，具有功率小、結(jié)構(gòu)簡單、測量線性好等特點。AY—1B型氧氣檢測儀采用的是電化學(xué)“隔膜式伽伐尼電池”原理。氧氣傳感元件（隔膜式伽伐尼電池）分別由鉑、鉛兩種不同金屬做陰極和陽極，堿性溶液做電解液，通過聚四氯乙烯薄膜將其封閉構(gòu)成，如圖1-1a所示。當氧氣透過隔膜在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時，在兩個電極間將形成同氧氣濃度成正比的電流值，通過測定電極間的電流值即可實現(xiàn)對氧氣濃度的測定。圖1-1b為AY—1B型氧氣檢測儀的外部結(jié)構(gòu)圖。（a）（b）圖1-1AY—1B型氧氣檢測儀（a）隔膜式伽伐尼電池結(jié)構(gòu)示意圖（b）AY—1B型氧氣檢測儀的外部結(jié)構(gòu)圖1—氧氣濃度顯示器；2—儀器銘牌；3—示值調(diào)準電位器旋鈕；4—氧氣擴散孔；5—提手；6—密封蓋；7—開關(guān)（2）利用比長式氧氣檢測管檢測這種方法與礦井中主要有害氣體的檢測基本相同（詳見本章第二節(jié)）2、二氧化碳濃度的快速檢測方法礦井空氣中二氧化碳的測定主要使用光學(xué)瓦斯鑒定器，檢查方法詳見《煤礦安全》教材。也可利用比長式檢測管法檢測。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體及其檢測礦井空氣中常見的有害氣體除了前節(jié)提到的二氧化碳和氮氣以外，主要還有一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氨氣（NH3）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等。本節(jié)將重點介紹其中的部分氣體性質(zhì)、危害、濃度標準和檢測方法。一、礦井空氣中的有害氣體及其基本性質(zhì)（一）一氧化碳（CO）一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體，相對密度0.97，微溶于水，能燃燒，當體積濃度達到13%~75%時遇火源有爆炸性。一氧化碳有劇毒。人體血液中的血紅素與一氧化碳的親和力比它與氧氣的親和力大250~300倍，因此，當人體吸入含有一氧化碳的空氣時，一氧化碳首先與血紅素相結(jié)合，阻礙了氧氣的正常結(jié)合，從而造成人體血液缺氧引起窒息和中毒。一氧化碳的中毒程度與中毒濃度、中毒時間、呼吸頻率和深度及人的體質(zhì)有關(guān)。與中毒濃度和中毒時間的關(guān)系如表1-3所示。表1-3一氧化碳的中毒程度與濃度的關(guān)系一氧化碳濃度（體積）/%主要癥狀0.016數(shù)小時后有頭痛、心跳、耳鳴等輕微中毒癥狀0.0481h可引起輕微中毒癥狀0.1280.5~1h引起意識遲鈍、喪失行動能力等嚴重中毒癥狀0.40短時間失去知覺、抽筋、假死。30min內(nèi)即可死亡一氧化碳中毒除上述癥狀外，最顯著的特征是中毒者粘膜和皮膚呈櫻桃紅色。礦井中一氧化碳的主要來源有：爆破工作；礦井火災(zāi)；瓦斯及煤塵爆炸等。據(jù)統(tǒng)計，在煤礦發(fā)生的瓦斯爆炸、煤塵爆炸及火災(zāi)事故中，約70～75%的死亡人員都是因一氧化碳中毒所致。（二）硫化氫（H2S）硫化氫是無色、微甜、略帶臭雞蛋味的氣體，相對密度為1.19，易溶于水，當濃度達4.3%~46%時具有爆炸性。硫化氫有劇毒。它不但能使人體血液缺氧中毒，同時對眼睛及呼吸道的粘膜具有強烈的刺激作用，能引起鼻炎、氣管炎和肺水腫。當空氣中濃度達到0.0001%時可嗅到臭味，但當濃度較高時（0.005~0.01%），因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，臭味“減弱”或“消失”，反而嗅不到。硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-4所示。表1-4硫化氫的中毒程度與濃度的關(guān)系硫化氫濃度（體積）/%主要癥狀0.0001有強烈臭雞蛋味0.01流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困難0.050.5~1h嚴重中毒，失去知覺、抽筋、瞳孔變大，甚至死亡0.1短時間內(nèi)死亡礦井中硫化氫的主要來源有：坑木等有機物腐爛；含硫礦物的水化；從老空區(qū)和舊巷積水中放出。1971年，我國某礦一上山掘進工作面曾發(fā)生一起老空區(qū)透水事故，人員撤出后，礦調(diào)度室主任和一名技術(shù)員去現(xiàn)場了解透水情況，被涌出的硫化氫熏倒致死。有些礦區(qū)的煤層中也有硫化氫涌出。（三）二氧化硫（SO2）二氧化硫是無色、有強烈硫磺氣味及酸味的氣體，當空氣中二氧化硫濃度達到0.0005%時即可嗅到刺激氣味。它易溶于水，相對密度為2.32，是井下有害氣體中密度最大的，常常積聚在井下巷道的底部。二氧化硫有劇毒。空氣中的二氧化硫遇水后生成硫酸，對眼睛有刺激作用，礦工們將其稱之為“瞎眼氣體”。此外，也能對呼吸道的粘膜產(chǎn)生強烈的刺激作用，引起喉炎和肺水腫。二氧化硫的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-5所示。表1-5二氧化硫的中毒程度與濃度的關(guān)系二氧化硫濃度（體積）/%主要癥狀0.0005嗅到刺激性氣味0.002頭痛、眼睛紅腫、流淚、喉痛0.05引起急性支氣管炎和肺水腫，短時間內(nèi)有生命危險礦井中二氧化硫的主要來源有：含硫礦物的氧化與燃燒；在含硫礦物中爆破；從含硫煤體中涌出。（四）二氧化氮（NO2）二氧化氮是一種紅褐色氣體，有強烈的刺激性氣味，相對密度1.59，易溶于水。二氧化氮是井下毒性最強的有害氣體。它遇水后生成硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部組織有強烈的刺激及腐蝕作用，嚴重時可引起肺水腫。二氧化氮的中毒有潛伏期，容易被人忽視。中毒初期僅是眼睛和喉嚨有輕微的刺激癥狀，常不被注意，有的在嚴重中毒時尚無明顯感覺，還可堅持工作，但經(jīng)過6h甚至更長時間后才出現(xiàn)中毒征兆。主要特征是手指尖及皮膚出現(xiàn)黃色斑點，頭發(fā)發(fā)黃，吐黃色痰液，發(fā)生肺水腫，引起嘔吐甚至死亡。二氧化氮的中毒程度與濃度的關(guān)系如表1-6所示。表1-6二氧化氮的中毒程度與濃度的關(guān)系二氧化氮濃度（體積）/%主要癥狀0.0042~4h內(nèi)不致顯著中毒，6h后出現(xiàn)中毒癥狀，咳嗽0.006短時間內(nèi)喉嚨感到刺激、咳嗽，胸痛0.01強烈刺激呼吸器官，嚴重咳嗽，嘔吐、腹瀉，神經(jīng)麻木0.025短時間即可致死礦井中二氧化氮的主要來源是爆破工作。炸藥爆破時會產(chǎn)生一系列氮氧化物，如一氧化氮（遇空氣即轉(zhuǎn)化為二氧化氮）、二氧化氮等，是炮煙的主要成分。我國某礦1972年在煤層中掘進巷道時，工作面非常干燥，工人們放炮后立即迎著炮煙進入，結(jié)果因吸入炮煙過多，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，一定要加強通風(fēng)，防止炮煙熏人事故。（五）氨氣（NH3）氨氣是一種無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.6，易溶于水。當空氣中的氨氣濃度達到30%時遇火有爆炸性。氨氣有劇毒。它對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫，嚴重時失去知覺，以致死亡。氨氣主要是在礦井發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故時產(chǎn)生。（六）氫氣（H2）氫氣無色、無味、無毒，相對密度為0.07，是井下最輕的有害氣體?？諝庵袣錃鉂舛冗_到4%~74%時具有爆炸危險。井下氫氣的主要來源是蓄電池充電。此外，礦井發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故中也會產(chǎn)生。除了上述有害氣體之外，礦井空氣中最主要的有害氣體是甲烷（CH4），又稱沼氣。它是一種具有窒息性和爆炸性的氣體，對煤礦安全生產(chǎn)的威脅最大，關(guān)于它的主要性質(zhì)、危害和預(yù)防措施等將在《煤礦安全》教材中詳細介紹，本節(jié)不再重復(fù)。在煤礦生產(chǎn)中，通常把以甲烷為主的這些有毒有害氣體總稱為瓦斯。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準為了防止有害氣體對人體和安全生產(chǎn)造成危害，《規(guī)程》中對其安全濃度（允許濃度）標準做了明確規(guī)定，其中主要有毒氣體的濃度標準如表1-7所示。表1-7礦井空氣中有害氣體最高允許濃度有害氣體名稱符號最高允許濃度（%）一氧化碳CO0.0024氧化氮（換算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004此外，《規(guī)程》還規(guī)定：井下充電室風(fēng)流中以及局部積聚處的氫氣濃度不得超過0.5%。對礦井中涌出量較大的甲烷（瓦斯）氣體，《規(guī)程》對其安全濃度和超限后的措施都有更為詳盡的規(guī)定，具體見《煤礦安全》教材。通過上述有害氣體的安全濃度標準可以看出，最高允許濃度的制定都留有較大的安全系數(shù)，只要在礦井生產(chǎn)中嚴格遵守《規(guī)程》規(guī)定，不違章作業(yè)，人身安全是完全有保障的。三、有害氣體的檢測方法近年來，隨著煤礦安全裝備水平的不斷提高，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，有害氣體的檢測手段也日趨完善，各大、中型礦井已經(jīng)形成了人工定點、定時檢測與自動監(jiān)測相結(jié)合的檢測體系。在人工檢測方法中，除了取樣分析法之外，目前使用最廣泛的還是快速測定法。（一）瓦斯（CH4）的快速檢測方法煤礦中用于檢測瓦斯的儀器有光學(xué)瓦斯檢定器、瓦斯檢測報警儀、瓦斯斷電儀等。其構(gòu)造原理及使用方法將在《煤礦安全》教材中介紹。（二）CO、NO2、H2S、SO2、NH3、H2的快速檢測方法煤礦井下空氣中CO、NO2、H2S、SO2、NH3和H2等有害氣體的濃度測定，普遍采用比長式檢測管法。它是根據(jù)待測氣體同檢測管中的指示粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后指示粉的變色長度來確定待測氣體濃度的。下面以比長式CO檢測管為例說明檢測原理及檢測方法。圖1-2比長式CO檢測管結(jié)構(gòu)示意圖1—堵塞物；2—活性炭；3—硅膠；4—消除劑；5—玻璃粉；6—指示粉如圖1-2所示，比長式CO檢測管是一支￠4～6mm，長150mm的玻璃管，以活性硅膠為載體，吸附化學(xué)試劑碘酸鉀和發(fā)煙硫酸充填于管中，當CO氣體通過時，與指示粉起反應(yīng)，在玻璃管壁上形成一個棕色環(huán)，棕色環(huán)隨著氣體通過向前移動，移動的長度與氣樣中所含CO濃度成正比。因此，可以根據(jù)玻璃管上的刻度直接讀出CO的濃度值。其他有害氣體的比長式檢測管結(jié)構(gòu)及工作原理與CO基本相同，只是檢測管內(nèi)裝的指示粉各不相同，顏色變化各有差異。表1-8是我國煤礦用比長式氣體檢測管主要性能表。表1-8我國煤礦用比長式氣體檢測管主要性能表檢測管名稱型號測量范圍(體積比%)最小分辨率最小檢測濃度顏色變化COⅠⅡⅢ(5~50)×10-6(10~500)×10-6(100~5000)×10-65×10-620×10-6200×10-65×10-610×10-6100×10-6白→棕褐色CO2ⅠⅡ0.2%~3.0%1%~15%0.2%1%0.1%0.5%藍色→白色H2S1(3~100)×10-65×10-63×10-6白→棕色SO21(2.5~100)×10-65×10-62.5×10-6紫→土黃色NO21(1~50)×10-62.5×10-61×10-6白→黃綠色NH31(20~200)×10-620×10-620×10-6桔黃→藍灰色O21%~21%1%0.5%白→茶色H210.5%~3.0%0.5%0.3%白→淡紅與比長式檢測管配套使用的還有圓筒形壓入式手動采樣器。主要結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-3圓筒形壓入式手動采樣器結(jié)構(gòu)示意圖1—氣嘴；2—接頭膠管；3—閥門把；4—變換閥；5—墊圈；6—活塞筒；7—拉桿；8—手柄采樣器由變換閥和活塞筒等部分組成。活塞筒6用來抽取氣樣，變換閥4則可以改變氣樣流動方向或切斷氣流。當閥門把手3處于垂直位置時，活塞筒與接頭膠管2相通；當閥門把手順時針方向旋轉(zhuǎn)水平位置時，活塞筒與氣嘴1相通；閥們把手處于45°位置時，變換閥將活塞筒與外界氣體隔斷。在活塞拉桿7上刻有標尺，可以表示出手柄拉動到某一位置時吸入活塞筒的氣樣體積（ml）。使用時先將閥門把手轉(zhuǎn)到水平位置，在待測地點拉動活塞拉桿往復(fù)抽送氣2～3次，使待測氣體充滿活塞筒，再將把手扳至45°位置；將檢測管兩端用小砂輪片打開，按檢測管上的箭頭指向插入膠管接頭；將把手扳至垂直位置，按檢測管上規(guī)定的送氣時間（一般100s）把氣樣以均勻的速度送入檢測管，然后，拔出檢測管讀數(shù)。如果被測環(huán)境空氣中有害氣體的濃度很低，用低濃度檢測管也不易測出，可以采用增加送氣次數(shù)的方法進行測定。測得的濃度值除以送氣次數(shù)，即為被測對象的實際濃度。若被測環(huán)境氣體濃度大于檢測管的上限（即氣樣未送完檢測管已全部變色），在優(yōu)先考慮測定人員的防毒措施后，可先將待測氣體稀釋后再進行測定，但測定結(jié)果要根據(jù)稀釋的倍數(shù)進行換算。四、防止有害氣體危害的措施1、加強通風(fēng)。用通風(fēng)的方法將各種有害氣體濃度沖淡到《規(guī)程》規(guī)定的安全標準以下，這是目前防止有害氣體危害的主要措施之一。2、加強對有害氣體的檢查。按照規(guī)定的檢查制度，采用合理的檢查方法和手段，及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患和問題，采取有效措施進行處理。3、瓦斯抽放。對煤層或圍巖中存在的大量高濃度瓦斯，可以采用抽放的方法加以解決，既可以減少井下瓦斯涌出，減輕通風(fēng)壓力，抽到地面的瓦斯還能加以利用。4、放炮噴霧或使用水炮泥。噴霧器和水炮泥爆破后產(chǎn)生的水霧能溶解炮煙中的二氧化氮、二氧化碳等有害氣體，降低其濃度，方法簡單有效。5、加強對通風(fēng)不良處和井下盲巷的管理。工作面采空區(qū)應(yīng)及時封閉；臨時通風(fēng)的巷道要設(shè)置柵欄，揭示警標，需要進入時必須首先進行有害氣體檢查，確認無害時方可進入。6、井下人員必須隨身佩帶自救器。一旦礦井發(fā)生火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸事故，人員可迅速使用自救器撤離危險區(qū)。7、對缺氧窒息或中毒人員及時進行急救。一般是先將傷員移到新鮮風(fēng)流中，根據(jù)具體情況采取人工呼吸（NO2、H2S中毒除外）或其它急救措施。第三節(jié)礦井氣候條件及改善礦井氣候是指礦井空氣的溫度、濕度和風(fēng)速等參數(shù)的綜合作用狀態(tài)。這三個參數(shù)的不同組合，便構(gòu)成了不同的礦井氣候條件。礦井氣候條件同人體的熱平衡狀態(tài)有密切聯(lián)系，直接影響著井下作業(yè)人員的身體健康和勞動生產(chǎn)率的提高。一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響人體無論在靜止狀態(tài)下還是在運動狀態(tài)下，都要進行新陳代謝。新陳代謝的能量由攝取的食物在體內(nèi)進行氧化生成熱量而提供，除了用來維持人體正常的生理機能和對外做功的需要外，大部分熱量都必須通過散熱的方式排出體外，否則熱量在體內(nèi)儲存會使體溫升高，引起中暑、熱衰竭、熱虛脫、熱痙攣等疾病，嚴重者可導(dǎo)致死亡。人體散熱的方式主要通過皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發(fā)三種基本形式進行。對流散熱主要取決于周圍空氣的溫度和風(fēng)速；輻射散熱主要取決于周圍物體的表面溫度；蒸發(fā)散熱則取決于周圍空氣的相對濕度和風(fēng)速。各種氣候參數(shù)中，空氣溫度對人體散熱起著主要作用。當空氣溫度低于體溫時，對流和輻射是人體的主要散熱方式，溫差越大，對流散熱熱量越多；當氣溫等于體溫時，對流散熱停止，汗液蒸發(fā)成了人體的主要散熱形式；當氣溫高于體溫時，人體散熱只能通過蒸發(fā)的方式進行。空氣濕度影響人體蒸發(fā)散熱的效果。當氣溫較高時，人體主要靠蒸發(fā)散熱來維持人體熱平衡。此時，濕度越大，汗液蒸發(fā)越困難，人體會感到悶熱。風(fēng)速影響著人體的對流散熱和蒸發(fā)的效果。當空氣的溫度、濕度一定時，增大風(fēng)速會提高散熱效果?？傊?，礦井氣候條件對人體熱平衡的影響是一種綜合作用，各參數(shù)之間相互聯(lián)系、相互影響。二、礦井空氣的溫度、濕度和風(fēng)速（一）礦井空氣的溫度空氣的溫度是影響礦井氣候的重要因素。最適宜的礦井空氣溫度為15~20℃。礦井空氣的溫度受地面氣溫、井下圍巖溫度、機電設(shè)備散熱、煤炭等有機物的氧化、人體散熱、水分蒸發(fā)、空氣的壓縮或膨脹、通風(fēng)強度等多種因素的影響，有的起升溫作用，有的起降溫作用，在不同礦井、不同的通風(fēng)地點，影響因素和影響大小也不盡相同，但總的來看，升溫作用大于降溫作用，因此，隨著井下通風(fēng)路線的延長，空氣溫度逐漸升高。在進風(fēng)路線上，礦井空氣的溫度主要受地面氣溫和圍巖溫度的影響。冬季地面氣溫低于圍巖溫度，圍巖放熱使空氣升溫；夏季則相反，圍巖吸熱使空氣降溫，因此有冬暖夏涼之感。當然，根據(jù)礦井深淺的不同，影響大小也不相同。在采區(qū)和采掘工作面內(nèi)，由于受煤炭氧化、人體和設(shè)備散熱等影響，空氣溫度往往是礦井中最高的，特別是垂深較深的礦井，由于風(fēng)流在進風(fēng)路線上與圍巖充分進行了熱交換，工作面溫度基本上不受地面季節(jié)氣溫的影響，且常年變化不大。在回風(fēng)路線上，因通風(fēng)強度較大，加上水分蒸發(fā)和風(fēng)流上升膨脹吸熱等因素影響，溫度有所下降，常年基本穩(wěn)定。（二）礦井空氣的濕度空氣的濕度是指空氣中所含的水蒸氣量或潮濕程度。有兩種表示方法：（1）絕對濕度：指單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量（g/m3），用f表示。空氣在某一溫度下所能容納的最大水蒸氣量稱為飽和水蒸氣量，用F飽表示。溫度越高，空氣的飽和水蒸氣量越大。在標準大氣壓下，不同溫度時的飽和水蒸氣量如表1-9所示。表1-9在標準大氣壓下不同溫度時的飽和水蒸氣量、飽和水蒸氣壓力溫度℃飽和水蒸氣量g/m3飽和水蒸氣壓力Pa溫度℃飽和水蒸氣量g/m3飽和水蒸氣壓力Pa-201.11281412.01597-151.61931512.81704-102.32881613.61817-53.44221714.4193204.96101815.3206515.26551916.2219825.67052017.2233136.07572118.2249146.48112219.3263856.88702320.4281167.39332421.6298477.79982522.9317188.310682624.2335798.811432725.63557109.412272827.03784119.913112928.540101210.014023030.142361311.314963131.84490（2）相對濕度：指空氣中水蒸氣的實際含量（f）與同溫度下飽和水蒸氣量（）比值的百分數(shù)，用公式表示如下：（1-1）式中——相對濕度，%；——空氣中水蒸氣的實際含量（即絕對濕度），g/m3；——在同一溫度下空氣的飽和水蒸氣量，g/m3通常所說的濕度指的都是相對濕度，它反映的是空氣中所含水蒸氣量接近飽和的程度。一般認為相對濕度在50~60%對人體最為適宜。一般情況下，在礦井進風(fēng)路線上，空氣的濕度隨季節(jié)變化感覺也不同。冬天冷空氣進入井下后溫度要升高，空氣的飽和水蒸氣量加大，沿途吸收水分，因而井巷顯得干燥；夏天的熱空氣入井后溫度要降低，飽和水蒸氣量逐漸減小，空氣中的一部分水分凝結(jié)成水珠落下，使井巷顯得潮濕，故有冬干夏濕之感。在采掘工作面和回風(fēng)系統(tǒng)，因空氣溫度較高且常年變化不大，空氣濕度也基本穩(wěn)定，一般都在90%以上，甚至接近100%。除了溫度的影響以外，礦井空氣的濕度和還與地面空氣的濕度、井下涌水大小及井下生產(chǎn)用水狀況等因素有關(guān)。（三）井巷中的風(fēng)速風(fēng)速是指風(fēng)流的流動速度。風(fēng)速過低，汗水不易蒸發(fā)，人體感到悶熱，有害氣體和礦塵也不能及時排散；風(fēng)速過高，散熱過快，易使人感冒，并造成井下落塵飛揚，對安全生產(chǎn)和人體健康也不利，因此，井下工作地點和通風(fēng)井巷中都要有一個合理的風(fēng)速范圍。表1-10給出了井下不同溫度下適宜的風(fēng)速范圍。表1-11則是《規(guī)程》規(guī)定的不同井巷中的允許風(fēng)速標準。表1-10風(fēng)速與溫度之間的合適關(guān)系空氣溫度/℃＜1515~2020~2222~2424~26適宜風(fēng)速/m/s＜0.5＜1.0＞1.0＞1.5＞2.0表1-11井巷中的允許風(fēng)流速度井巷名稱允許風(fēng)速/（m/s）最低最高無提升設(shè)備的風(fēng)井和風(fēng)硐15專為升降物料的井筒12風(fēng)橋10升降人員和物料的井筒8主要進、回風(fēng)巷8架線電機車巷道1.08運輸機巷，采區(qū)進、回風(fēng)巷0.256采煤工作面、掘進中的煤巷和半煤巖巷0.254掘進中的巖巷0.154其它通風(fēng)人行巷道0.15此外，《規(guī)程》還規(guī)定，設(shè)有梯子間的井筒或修理中的井筒，風(fēng)速不得超過8m/s；梯子間四周經(jīng)封閉后，井筒中的最高允許風(fēng)速可按上表執(zhí)行。無瓦斯涌出的架線電機車巷道中的最低風(fēng)速可低于上表的規(guī)定值，但不得低于0.5m/s。綜合機械化采煤工作面，在采取煤層注水和采煤機噴霧降塵等措施后，其最大風(fēng)速可高于上表的規(guī)定值，但不得超過5m/s。三、衡量礦井氣候條件的指標和安全標準（一）衡量礦井氣候條件的指標由于影響人體熱平衡的環(huán)境條件很復(fù)雜，各個國家對礦井氣候條件采用的評價指標也不盡相同。其中干球溫度是我國現(xiàn)行的最簡單的評價礦井氣候條件指標之一，但它只反映了溫度對礦井氣候條件的影響，不太全面，其它評價指標也都有一定的局限性。所以，目前尚無一項指標能完全準確地反映出環(huán)境條件對人體熱平衡的綜合影響。本章僅介紹一種歐美等國較為常用的“等效溫度”（也稱同感溫度）指標。等效溫度是1923年由美國采暖通風(fēng)工程師協(xié)會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環(huán)境的感覺而得出的。實驗時，先把三個受試者置于某一溫度、濕度、風(fēng)速的已知環(huán)境中，并記下自己的感受；然后，再將他們換到另一個相對濕度為100%、風(fēng)速為0、溫度可調(diào)的環(huán)境中，通過調(diào)節(jié)此時的溫度，找到與原來的環(huán)境相同的感覺，此時的溫度值就稱為原環(huán)境的有效溫度。這個指標可以反映出溫度、濕度和風(fēng)速對人體熱平衡的綜合作用，顯然，等效溫度越高，人體舒適感就越差。但這種方法在礦井的高溫高濕條件下，濕度與風(fēng)速對氣候條件的影響反映不足，也沒有考慮輻射換熱的效果，所以同樣存在著局限性。井下某一地點等效溫度的測算方法是：用干濕球溫度計（如風(fēng)扇濕度計）測出空氣的干球溫度和濕球溫度，再用風(fēng)表測出該地點風(fēng)流的風(fēng)速，然后從圖1-4所示的等效溫度計算圖上查得相應(yīng)的等效溫度值。圖1-4等效溫度計算圖例1-1測得井下某一工作面風(fēng)流的干球溫度為17℃，濕球溫度為16℃，風(fēng)速為0.8m/s，求其等效溫度。解：在圖1-4的左、右標尺上分別找到17℃和16℃兩點m、n,并連成虛線，此虛線與風(fēng)速為0.8m/s的風(fēng)速曲線相交，根據(jù)交點位置可在等效溫度標尺上查出等效溫度為10℃。（二）礦井氣候條件的安全標準我國現(xiàn)行的評價礦井氣候條件的指標是干球溫度?！兑?guī)程》規(guī)定：進風(fēng)井口以下的空氣溫度必須在2℃以上。生產(chǎn)礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃，機電設(shè)備硐室的空氣溫度不得超過30℃；當空氣溫度超過時，必須縮短超溫地點工作人員的工作時間，并給予高溫保健待遇。采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機電設(shè)備硐室的空氣溫度超過34℃時，必須停止作業(yè)。四、礦井空氣溫度和濕度的測定（一）礦井空氣溫度的測定測溫儀器可使用最小分度0.5℃并經(jīng)校正的溫度計。測溫時間一般在8：00—16：00h的時間內(nèi)進行。測定溫度的地點應(yīng)符合以下要求：1、掘進工作面空氣的溫度測點，應(yīng)設(shè)在工作面距迎頭2m處的回風(fēng)流中。2、長壁式采煤工作面空氣溫度的測點，應(yīng)在工作面內(nèi)運輸?shù)揽臻g中央距回風(fēng)道口15m處的風(fēng)流中。采煤工作面串聯(lián)通風(fēng)時，應(yīng)分別測定。3、機電硐室空氣溫度的測點，應(yīng)選在硐室回風(fēng)道口的回風(fēng)流中。此外，測定氣溫時應(yīng)將溫度計放置在一定地點10min后讀數(shù)，讀數(shù)時先讀小數(shù)再讀整數(shù)。溫度測點不應(yīng)靠近人體、發(fā)熱或制冷設(shè)備，至少距離0.5m。（二）空氣濕度的測定測量礦井空氣濕度的儀器主要有風(fēng)扇濕度計何手搖濕度計，它們的測定原理相同。常用的是風(fēng)扇濕度計（又稱通風(fēng)干濕表），如圖1-5所示，它主要由兩支相同的溫度計1、2和一個通風(fēng)器6組成，其中一只溫度計的水銀液球上包有濕紗布，稱為濕溫度計，另一只溫度計稱為干溫度計，兩只溫度計的外面均罩著內(nèi)外表面光亮的雙層金屬保護管4、5，以防熱輻射的影響；通風(fēng)器6內(nèi)裝有風(fēng)扇和發(fā)條，上緊發(fā)條，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，使風(fēng)管7內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的氣流，干、濕溫度計的水銀球處在同一風(fēng)速下。圖1-5風(fēng)扇濕度計1—干球溫度計；2—濕球溫度計；3—濕棉紗布；4、5—雙層金屬保護管；6—通風(fēng)器；7—風(fēng)管測定相對濕度時，先用儀器附帶的吸水管將濕溫度計的棉紗布浸濕，然后上緊發(fā)條，小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動吸風(fēng)，空氣從兩個金屬保護管4、5的入口進入，經(jīng)中間風(fēng)管7由上部排出。由于濕球表面的水分蒸發(fā)需要熱量，因而濕球溫度計的溫度值低于干球溫度計的溫度值，空氣的相對濕度越小，蒸發(fā)吸熱作用越顯著，干濕溫度差就越大。根據(jù)濕溫度計的讀數(shù)（′，℃）和干、濕度計的讀數(shù)差值（△，℃），由表1-12即可查出空氣的相對濕度（）。表1-12由風(fēng)扇濕度計讀數(shù)值查相對濕度濕球示度/℃干濕溫度計示度度差/℃00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0相對濕度/%01009183756761544842373127221814110091837669625650443934302521172100928477706458524742373328242131009285787265605449443935312723410093867973676156514642373330265100938680746863575348444036322961009387817569645954504642383431710093878176706560565248444037338100948882767166625753494642393591009488827772686359555147444037101009488837873696460565249454239111009489847974696561575450474441121009489847975706662595552484542131009590858076716763605653504744141009590858176726864615754514845151009590858177736965625955525047161009590868278747066636057545148171009591868278747167646158555249181009591878379757168656259565350191009591878379767269656259575451201009691878380767369666360585552211009692888480777370676461585653221009692888481777471686562595754231009692888481787471686563605855241009692888581787572696663615856251009692898582787572696764625957261009692898582797673706765626057271009693898682797673716865636058281009693898683807774716866636159291009693898683807774726966646260301009693908683807775726967656260311009693908784817875737068656361321009793908784817876737168666361例1-2在井下某處用風(fēng)扇濕度計測得風(fēng)流的干球溫度為24.2℃,濕球溫度為20.2℃。求此處空氣的相對濕度。解：∵′=20.2℃△=24.2－20.2=4℃∴查表1-12得相對濕度為69%。五、礦井氣候條件的改善在礦井生產(chǎn)中，由于控制空氣濕度比較困難，所以改善礦井氣候主要是從調(diào)節(jié)空氣溫度和調(diào)整風(fēng)速入手。其中，常用的調(diào)節(jié)溫度措施簡述如下：（一）空氣預(yù)熱我國北方冬季嚴寒，氣溫很低，很容易使井口、井筒內(nèi)結(jié)冰，影響正常的提升運輸工作并造成安全隱患，也對人員的身體健康不利?？諝忸A(yù)熱就是使用蒸汽、水暖或其它設(shè)備，將一部分空氣預(yù)熱到70℃～80℃，再使其與冷空氣混合，混合后的空氣溫度達到2℃以上。按冷熱空氣混合方式的不同，預(yù)熱方式有井筒混合式；井口房混合式；井筒、井口房混合式三種。1、井筒混合式。這種布置方式是將被加熱的空氣通過專用通風(fēng)機和熱風(fēng)道送入井口以下2m以下，在井筒內(nèi)進行熱風(fēng)和冷風(fēng)的混合。2、井口房混合式。這種布置方式是將熱風(fēng)直接送入井口房內(nèi)進行混合，使混合后的空氣溫度達到2℃以上后再進入井筒。3、井口房、井筒混合式。這種布置方式是前兩種方式的結(jié)合，它將大部分熱風(fēng)送入井筒內(nèi)混合，將小部分熱風(fēng)送入井口房內(nèi)混合，再送入井下。（二）降溫措施我國南方部分礦井和開采深部煤層的礦井，受地面溫度、地溫或井下機電設(shè)備散熱等因素的影響，井下局部地點的空氣溫度可能很高，甚至超過《規(guī)程》規(guī)定的標準，此時就要考慮采取降溫措施。1、通風(fēng)降溫（1）增加風(fēng)量。當熱害不太嚴重時，用提高通風(fēng)強度即增大風(fēng)量的方法來降溫是行之有效的降溫措施。（2）選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)或采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)盡量縮短進風(fēng)風(fēng)流的路線長度，并使進風(fēng)巷道位于熱源溫度較低的層位中，以減少風(fēng)流被加熱的機會；采煤工作面通風(fēng)時，可選擇下行通風(fēng)方式，將機電設(shè)備、煤炭運輸?shù)攸c等選擇在回風(fēng)風(fēng)流中，以降低這些局部熱源對工作面的影響。（3）改革采煤工作面通風(fēng)方式。傳統(tǒng)的采煤工作面通風(fēng)方式為一進一出的U型通風(fēng)，如果視情況改為E型、W型通風(fēng)（詳見第七章），既縮短了工作面的風(fēng)路長度，又增大了風(fēng)量，還能使工作面的氣溫降低。2、改革采煤方法和頂板管理（1）后退式采煤法與前進式相比，風(fēng)阻小，風(fēng)量大，有利于降溫。（2）傾斜長壁式采煤法的通風(fēng)路線短，風(fēng)阻小，風(fēng)量大，工作面入口風(fēng)流溫度相應(yīng)較低，對改善工作面的氣候有利。（3）采用充填法管理頂板，避免或減少了全部跨落法管理頂板所造成的采空區(qū)冒落巖石的散熱和采空區(qū)熱風(fēng)的散熱，可降低工作面風(fēng)流的溫度。3、減少各種熱源散熱如減少煤炭在井下的暴露時間；在高溫巖壁與巷道支架之間充填隔熱材料；井下大型機電設(shè)備硐室設(shè)置單獨的通風(fēng)道；對溫度較高的壓氣管路和排熱水管用絕熱材料包裹；及時封堵或合理排除井下熱水等。4、制冷降溫當采用通常的降溫措施不能有效地解決采掘工作面等局部地點的高溫問題時，就必須采用機械制冷設(shè)備強制制冷，即礦井空調(diào)技術(shù)。目前機械制冷方法有三種：地面集中制冷機制冷；井下集中制冷機制冷；井下移動冷凍機制冷。第四節(jié)井巷中風(fēng)速與風(fēng)量的測定風(fēng)速既是影響氣候條件的主要因素之一，又是測定井下巷道風(fēng)量的基礎(chǔ)。單位時間內(nèi)通過井巷斷面的空氣體積叫做風(fēng)量，它等于井巷的斷面積與通過井巷的平均風(fēng)速的乘積。因此，測量風(fēng)量時必然測定風(fēng)速。風(fēng)速和風(fēng)量測定是礦井通風(fēng)測定技術(shù)中的重要組成部分，也是礦井通風(fēng)管理中的基礎(chǔ)性工作。《規(guī)程》規(guī)定：礦井必須建立測風(fēng)制度，每10天進行一次全面測風(fēng)。對采掘工作面和其它用風(fēng)地點，應(yīng)根據(jù)實際需要隨時測風(fēng)，每次測風(fēng)結(jié)果應(yīng)記錄并寫在測風(fēng)地點的記錄牌上。礦井應(yīng)根據(jù)測風(fēng)結(jié)果采取措施，進行風(fēng)量調(diào)節(jié)。一、井巷斷面上的風(fēng)速分布空氣在井巷中流動時，由于空氣的粘性和井巷壁面粗糙程度的影響，風(fēng)速在巷道斷面上的分布是不均勻的。一般來說，位于巷道軸心部分的風(fēng)速最大，靠近巷道周壁部分的風(fēng)速最小，如圖1-6所示，通常所謂巷道內(nèi)的風(fēng)速都是指平均風(fēng)速v均。平均風(fēng)速v均與最大風(fēng)速v大的比值叫做巷道的風(fēng)速分布系數(shù)（速度場系數(shù)），用K速表示，其值與井巷粗糙程度有關(guān)，巷道周壁越光滑，K速就越大，即斷面上的風(fēng)速分布越均勻。據(jù)調(diào)查，對于砌碹巷道，K速=0.8~0.86；木棚支護巷道，K速=0.68~0.82；無支護巷道，K速=0.74~0.81。圖1-6巷道中的風(fēng)速分布需要注意的是，由于受到井巷斷面形狀、支護形式、直線程度及障礙物的影響，最大風(fēng)速不一定正好位于井巷的中軸線上，風(fēng)速分布也不一定具有對稱性。二、測風(fēng)儀表測量井巷風(fēng)速的儀表叫風(fēng)表，又稱風(fēng)速計。目前，煤礦中常用的風(fēng)表按結(jié)構(gòu)和原理不同可分為機械式、熱效式、電子葉輪式和超聲波式等幾種。（一）機械式風(fēng)表機械式風(fēng)表是目前煤礦使用最廣泛的風(fēng)表。它全部采用機械結(jié)構(gòu)，多用于測量平均風(fēng)速，也可以用于點風(fēng)速的測定。按其感受風(fēng)力部件的形狀不同，又分為葉輪式和杯式兩種，其中，杯式主要用于氣象部門，也可用于煤礦井下；葉輪式在煤礦中應(yīng)用廣泛，是本節(jié)介紹的重點。機械葉輪式風(fēng)表由葉輪、傳動蝸輪、蝸桿、計數(shù)器、回零壓桿、離合閘板、護殼等構(gòu)成，如圖1-7所示。圖1-7機械葉輪式風(fēng)表1—葉輪；2—蝸桿軸；3—計數(shù)器；4—離合閘板；5—回零壓桿；6—護殼風(fēng)表的葉輪由8個鋁合金葉片組成，葉片與轉(zhuǎn)軸的垂直平面成一定的角度，當風(fēng)流吹動葉輪時，通過傳動機構(gòu)將運動傳給計數(shù)器3，指示出葉輪的轉(zhuǎn)速。離合閘板4的作用是使計數(shù)器與葉輪軸聯(lián)結(jié)或分開，用來開關(guān)計數(shù)器。回零壓桿5的作用是能夠使風(fēng)表的表針回零。風(fēng)表按風(fēng)速的測量范圍不同分為高速風(fēng)表（0.8~25m/s）、中速風(fēng)表（0.5~10m/s）和微（低）速風(fēng)表（0.3~5m/s）三種。三種風(fēng)表的結(jié)構(gòu)大致相同，只是葉片的厚度不同，起動風(fēng)速有差異。由于風(fēng)表結(jié)構(gòu)和使用中機件磨損、腐蝕等影響，通常風(fēng)表的計數(shù)器所指示的風(fēng)速并不是實際風(fēng)速，表速（指示風(fēng)速）v表與實際風(fēng)速（真風(fēng)速）v真的關(guān)系可用風(fēng)表校正曲線來表示。風(fēng)表出廠時都附有該風(fēng)表的校正曲線，風(fēng)表使用一段時間后，還必須按規(guī)定重新進行檢修和校正，得出新的風(fēng)表校正曲線。圖1-8為風(fēng)表校正曲線示意圖。圖1-8風(fēng)表校正曲線示意圖風(fēng)表的校正曲線還可用下面的表達式來表示：v真＝a＋bv表（1-2）式中v真——真風(fēng)速，m/s；a——表明風(fēng)表啟動初速的常數(shù)，決定于風(fēng)表轉(zhuǎn)動部件的慣性和摩擦力；b——校正常數(shù)，決定于風(fēng)表的構(gòu)造尺寸；v表——風(fēng)表的指示風(fēng)速，m/s。目前我國生產(chǎn)和使用的葉輪式風(fēng)表主要有：DFA—2型（中速）、DFA—3型（微速）、DFA—4型（高速）、AFC—121（中、高速）、EM9（中速）等。機械葉輪式風(fēng)表的特點是體積小，重量輕，重復(fù)性好，使用及攜帶方便，測定結(jié)果不受氣體環(huán)境影響；缺點是精度低，讀數(shù)不直觀，不能滿足自動化遙測的需要。（二）熱效式風(fēng)表我國目前生產(chǎn)的主要是熱球式風(fēng)速計。它的測風(fēng)原理是，一個被加熱的物體置于風(fēng)流中，其溫度隨風(fēng)速大小和散熱多少而變化，通過測量物體在風(fēng)流中的溫度便可測量風(fēng)速。由于只能測瞬時風(fēng)速，且測風(fēng)環(huán)境中的灰塵及空氣濕度等對它也有一定的影響，所以這種風(fēng)表使用不太廣泛，多用于微風(fēng)測量。（三）電子葉輪式風(fēng)表電子葉輪式風(fēng)表由機械結(jié)構(gòu)的葉輪和數(shù)據(jù)處理顯示器組成。它的測定原理是，葉輪在風(fēng)流的作用下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成正比，利用葉輪上安裝的一些附件，根據(jù)光電、電感等原理把葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電量，利用電子線路實現(xiàn)風(fēng)速的自動記錄和數(shù)字顯示。它的特點是讀數(shù)和攜帶方便，易于實現(xiàn)遙測。如MSF—1型風(fēng)速計就是利用電感變換元件的電子葉輪式風(fēng)速計。（四）超聲波風(fēng)速計超聲波風(fēng)速計是利用超聲波技術(shù)，通過測量氣流的卡蔓渦街頻率來測定風(fēng)速的儀器，目前主要用于集中監(jiān)控系統(tǒng)中的風(fēng)速傳感器。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，性能穩(wěn)定，不受風(fēng)流的影響，精度高，風(fēng)速測量范圍大。三、測風(fēng)方法及步驟（一）測風(fēng)地點井下測風(fēng)要在測風(fēng)站內(nèi)進行，為了準確、全面的測定風(fēng)速、風(fēng)量，每個礦井都必須建立完善的測風(fēng)制度和分布合理的固定測風(fēng)站。對測風(fēng)站的要求如下：（1）應(yīng)在礦井的總進風(fēng)、總回風(fēng)，各水平、各翼的總進風(fēng)、總回風(fēng)，各采區(qū)和各用風(fēng)地點的進、回風(fēng)巷中設(shè)置測風(fēng)站，但要避免重復(fù)設(shè)置。（2）測風(fēng)站應(yīng)設(shè)在平直的巷道中，其前后各10m范圍內(nèi)不得有風(fēng)流分叉、斷面變化、障礙物和拐彎等局部阻力。（3）若測風(fēng)站位于巷道斷面不規(guī)整處，其四壁應(yīng)用其它材料襯壁呈固定形狀斷面，長度不得小于4m。（4）采煤工作面不設(shè)固定的測風(fēng)站，但必須隨工作面的推進選擇支護完好、前后無局部阻力物的斷面上測風(fēng)。（5）測風(fēng)站內(nèi)應(yīng)懸掛測風(fēng)記錄板（牌），記錄板上寫明測風(fēng)站的斷面積、平均風(fēng)速、風(fēng)量、空氣溫度、大氣壓力、瓦斯和二氧化碳濃度、測定日期以及測定人等項目。（二）測風(fēng)方法由井巷斷面上的風(fēng)速分布可知，巷道斷面上的各點風(fēng)速是不同的，為了測得平均風(fēng)速，可采用線路法或定點法。線路法是風(fēng)表按一定的線路均勻移動，如圖1-9所示；定點法是將巷道斷面分為若干格，風(fēng)表在每一個格內(nèi)停留相等的時間進行測定，如圖1-10所示，根據(jù)斷面大小，常用的有9點法、12點法等。圖1-9線路法測風(fēng)圖1-10定點法測風(fēng)測風(fēng)時，根據(jù)測風(fēng)員的站立姿勢不同又分為迎面法和側(cè)身法兩種。迎面法是測風(fēng)員面向風(fēng)流，將手臂伸向前方測風(fēng)。由于測風(fēng)斷面位于人體前方，且人體阻擋了風(fēng)流，使風(fēng)表的讀數(shù)值偏小，為了消除人體的影響，需將測得的真風(fēng)速乘以1.14的校正系數(shù)，才能得到實際風(fēng)速。側(cè)身法是測風(fēng)員背向巷道壁站立，手持風(fēng)表將手臂向風(fēng)流垂直方向伸直，然后在巷道斷面內(nèi)作均勻移動。由于測風(fēng)員立于測風(fēng)斷面內(nèi)減少了通風(fēng)面積，從而增大了風(fēng)速，測量結(jié)果較實際風(fēng)速偏大，故需對測得的真風(fēng)速進行校正。校正系數(shù)K由下式計算：（1-3）式中S——測風(fēng)站的斷面積，m2；0.4——測風(fēng)員阻擋風(fēng)流的面積，m2。（三）用機械式風(fēng)表測風(fēng)步驟（1）測風(fēng)員進入測風(fēng)站或待測巷道中，先估測風(fēng)速范圍，然后選用相應(yīng)量程的風(fēng)表。（2）取出風(fēng)表和秒表，先將風(fēng)表指針和秒表回零，然后使風(fēng)表葉輪平面迎向風(fēng)流，并與風(fēng)流方向垂直，待葉輪轉(zhuǎn)動正常后（約20~30s），同時打開風(fēng)表的計數(shù)器開關(guān)和秒表，在1min的時間內(nèi)，風(fēng)表要均勻地走完測量路線（或測量點），然后同時關(guān)閉秒表和計數(shù)器開關(guān)，讀取風(fēng)表指針讀數(shù)。為保證測定準確，一般在同一地點要測三次，取平均值，并按下式計算表速：（1-4）式中v表——風(fēng)表測得的表速，m/s；n——風(fēng)表刻度盤的讀數(shù)，取三次平均值，m；t——測風(fēng)時間，一般60s。（3）根據(jù)表速查風(fēng)表校正曲線，求出真風(fēng)速v真。（4）根據(jù)測風(fēng)員的站立姿勢，將真風(fēng)速乘以校正系數(shù)K得實際平均風(fēng)速v均，即：v均=Kv真，m/s（1-5）（5）根據(jù)測得的平均風(fēng)速和測風(fēng)站的斷面積，按下式計算巷道通過的風(fēng)量：Q=v均S（1-6）式中Q——測風(fēng)巷道通過的風(fēng)量，m3/s；S——測風(fēng)站的斷面積，m2，按下列公式測算：矩形和梯形巷道：S=H·B（1-7）三心拱巷道：S=B（H－0.07B）(1-8)半圓拱巷道：S=B（H－0.11B）（1-9）H——巷道靜高，m；B——梯形巷道為半高處寬度，拱形巷道為凈寬，m。（四）測風(fēng)時應(yīng)注意的問題（1）風(fēng)表的測量范圍要與所測風(fēng)速相適應(yīng)，避免風(fēng)速過高、過低造成風(fēng)表損壞或測量不準；（2）風(fēng)表不能距離人體和巷道壁太近，否則會引起較大誤差；（3）風(fēng)表葉輪平面要與風(fēng)流方向垂直，偏角不得超過10°，在傾斜巷道中測風(fēng)時尤其要注意；（4）按線路法測風(fēng)時，路線分布要合理，風(fēng)表的移動速度要均勻，防止忽快忽慢，造成讀數(shù)偏差；（5）秒表和風(fēng)表的開關(guān)要同步，確保在1min內(nèi)測完全線路（或測點）；（6）有車輛或行人時，要等其通過后風(fēng)流穩(wěn)定時再測；（7）同一斷面測定三次，三次測得的計數(shù)器讀數(shù)之差不應(yīng)超過5%，然后取其平均值。例1-3在某礦井井下的測風(fēng)站內(nèi)測風(fēng)，測風(fēng)站的斷面積是8.4m2，用側(cè)身法測得的三次讀數(shù)分別為325、338、340，每次測風(fēng)時間均是1min。求算該測風(fēng)站的風(fēng)速和通過測風(fēng)站的風(fēng)量各是多少？（風(fēng)表校正曲線如圖1-8所示）解：（1）檢驗三次測量結(jié)果的最大誤差是否超過5%E=（最大讀數(shù)－最小讀數(shù)）/最小讀數(shù)×100%=（340－325）/325×100%=4.62%＜5%三次測量結(jié)果的最大誤差小于5%，測量數(shù)據(jù)精度符合要求。(2)計算風(fēng)表的表速n=（n1+n2+n3）/3=（325+328+340）/3=334m/minv表=n/t=334/60=5.57m/s（3）查風(fēng)表校正曲線，求真風(fēng)速根據(jù)v表=5.57m/s，查圖1-8可得真風(fēng)速為5.2m/s。（4）求平均風(fēng)速v均=Kv真其中K=（S－0.4）/S=（8.4－0.4）/8.4=0.95v均=0.95×5.2=4.94m/s（5）計算通過測風(fēng)站的風(fēng)量Q=v均S=4.95×8.4=41.58m3/s經(jīng)計算得知，測風(fēng)站內(nèi)的風(fēng)速為4.94m/s，通過的風(fēng)量為41.58m3/s。四、微風(fēng)測量當風(fēng)速很小（低于0.1～0.2m/s）時，很難吹動機械風(fēng)表的葉輪，即便能使葉輪轉(zhuǎn)動也難測得準確結(jié)果，此時可以采用煙霧、氣味或者粉末作為風(fēng)流的傳遞物進行風(fēng)速測定。具體方法為：在通風(fēng)巷道兩端各安排一名測風(fēng)員，位于上風(fēng)側(cè)的測風(fēng)員帶發(fā)煙器（發(fā)味器或粉末）和聲響（或光信號）發(fā)射器具；下風(fēng)側(cè)測風(fēng)員帶秒表。一人放出煙霧（氣味或粉末），同時發(fā)出聲響或光信號，另一人聽到信號后開始記時，接到煙霧（氣味或粉末）為止關(guān)閉秒表。用下式計算巷道內(nèi)的平均風(fēng)速：（1-10）式中v——巷道斷面內(nèi)的平均風(fēng)速，m/s；L——風(fēng)流流經(jīng)的巷道距離，m；t——風(fēng)流流經(jīng)巷道所用的時間，s。復(fù)習(xí)思考題1-1地面空氣的主要成分是什么？礦井空氣與地面空氣有何不同？1-2什么是礦井空氣的新鮮風(fēng)流？污風(fēng)風(fēng)流？1-3氧氣有哪些性質(zhì)？造成礦井空氣中氧氣減少的原因有哪些？1-4礦井空氣中常見的有害氣體有哪些？它們的來源和對人體的影響如何？《規(guī)程》對這些有害氣體的最高允許濃度是如何規(guī)定的？1-5用比長式檢測管法檢測有害氣體濃度的原理是什么？可用來檢測哪些氣體？1-6防止有害氣體危害的措施有哪些？1-7什么叫礦井氣候條件？氣候條件對人體熱平衡有何影響？1-8什么叫空氣的絕對濕度和相對濕度？礦井空氣的濕度一般有何變化規(guī)律？1-9為什么在礦井的進風(fēng)路線中冬暖夏涼、冬干夏濕？1-10《規(guī)程》對礦井氣候條件的安全標準有何規(guī)定？1-11礦井的預(yù)熱和降溫主要有哪些方面的措施？1-12風(fēng)表按原理和測風(fēng)范圍分為幾類？機械葉輪式風(fēng)表的優(yōu)缺點各是什么？1-13風(fēng)表測風(fēng)時為什么要校正其讀數(shù)？迎面法與側(cè)身法測風(fēng)的校正系數(shù)為何不同？1-14風(fēng)表校正曲線的含義是什么？為什么風(fēng)表要定期校正？1-15對測風(fēng)站有哪些要求？1-16測風(fēng)的步驟有哪些？應(yīng)注意哪些問題？習(xí)題1-1井下某采煤工作面的回風(fēng)巷道中，已知CO2的絕對涌出量為6.5m3/min，回風(fēng)量為520m3/min，問該工作面回風(fēng)流中的CO2濃度是多少？是否符合安全濃度標準？（1.25%；符合標準）1-2測得井下某一工作面風(fēng)流的干球溫度為22℃，濕球溫度為20℃，風(fēng)速為1.5m/s，求其相對濕度和等效溫度分別是多少？（83%；14℃）1-3井下某測風(fēng)地點為半圓拱型斷面，凈高2.8m，凈寬3m，用側(cè)身法測得三次的風(fēng)表讀數(shù)分別為286、282、288，測定時間均為1min，該風(fēng)表的校正曲線表達式為v真=0.23+1.002v表（m/s），試求該處的風(fēng)速和通過的風(fēng)量各為多少？（4.74m/s；35.12m3/s）

第二章風(fēng)流的能量與能量方程井下風(fēng)流的流動遵循能量守恒及轉(zhuǎn)換定律。本章結(jié)合礦井風(fēng)流流動的特點，介紹了空氣的主要物理參數(shù)，風(fēng)流的能量與壓力，壓力測量方法及壓力之間的關(guān)系，重點闡述了礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用。第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)與礦井通風(fēng)密切相關(guān)的物理參數(shù)除了反映氣候條件的溫度、濕度以外，還有密度、比容、壓力、粘性等。一、空氣的密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，用ρ來表示。即：（2-1）式中ρ——空氣的密度，kg/m3；M——空氣的質(zhì)量，m；V——空氣的體積，m3。一般來說，空氣的密度是隨溫度、濕度和壓力的變化而變化的。在標準大氣狀況下（P＝101325Pa，t＝O℃，＝O%），干空氣的密度為1.293kg/m3。濕空氣密度的計算公式為：ρ濕＝0.003484（1－0.378）(2-2)式中P——空氣的壓力，Pa；T——熱力學(xué)溫度（T＝273+t），K；t——空氣的溫度，℃；——相對濕度，%； P飽——溫度為t（℃）時的飽和水蒸氣壓力(見表1-9)，pa。由上式可見，壓力越大，溫度越低，空氣密度越大。當壓力和溫度一定時，濕空氣的密度總是小于干空氣的密度。在礦井通風(fēng)中，由于通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的空氣溫度、濕度、壓力各有不同，空氣的密度也有所變化，但變化范圍有限。在研究空氣流動規(guī)律時，要根據(jù)具體情況考慮是否忽略這種變化。一般將空氣壓力為101325Pa，溫度為20℃，相對濕度為60%的礦井空氣稱為標準礦井空氣，其密度為1.2kg/m3。二、空氣的比容單位質(zhì)量空氣所占有的體積叫空氣的比容，用υ（m3/kg）表示，比容和密度互為倒數(shù)，它們是一個狀態(tài)參數(shù)的兩種表達方式。即：（2-3）三、空氣的壓力（壓強）礦井通風(fēng)中，習(xí)慣將壓強稱為空氣的壓力。由于空氣分子的熱運動，分子之間不斷碰撞，同時氣體分子也不斷地和容器壁碰撞，形成了氣體對容器壁的壓力。氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用P表示。根據(jù)物理學(xué)的分子運動理論可導(dǎo)出理想氣體作用于容器壁的空氣壓力關(guān)系式為：P＝（2-4）式中n——單位體積內(nèi)的空氣分子數(shù)；——分子平移運動的平均動能。上式表明，空氣的壓力是單位體積空氣分子不規(guī)則熱運動產(chǎn)生的總動能的三分之二轉(zhuǎn)化為對外做功的機械能。單位體積內(nèi)的空氣分子數(shù)越多，分子熱運動的平均動能越大，空氣壓力越大?？諝鈮毫Φ膯挝粸榕了箍ǎ≒a），簡稱帕，1Pa=1N/m2。壓力較大時還有千帕（KPa）、兆帕（MPa），1MPa=103KPa=106Pa。有的壓力儀器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。其它舊的壓力單位及換算見表2-1所示。表2-1壓力單位換算表單位名稱帕斯卡Pa巴bar公斤力/米2mmH2O公斤力/厘米2（工程大氣壓）at毫米汞柱mmHg標準大氣壓atmPammH2OmmHgatm19.80665133.32210132510-59.80665×10-51.33322×10-31.013250.101972113.59510332.30.101972×10-41×10-41.3595×10-31.033237.50062×10-37.35559×10-217609.86923×10-69.67841×10-51.31579×10-31注：英制壓力單位采用磅力/英寸2（1bf/in2），11bf/in2=6894.7Pa。1kPa=103Pa；1atm=101.325kPa；1at=98.0665kPa（千帕）；1bar(巴)=1000mbar（毫巴）地面空氣壓力習(xí)慣稱為大氣壓。由于地球周圍大氣層的厚度高達數(shù)千千米，越靠近地表空氣密度越大，空氣分子數(shù)越多，分子熱運動的平均動能越大，所以大氣壓力也越大。此外，大氣壓力還與當?shù)氐臍夂驐l件有關(guān)，即便是同一地區(qū)，也會隨季節(jié)不同而變化，甚至一晝夜內(nèi)都有波動。四、空氣的粘性任何流體都有粘性。當流體以任一流速在管道中流動時，靠近管道中心的流層流速快，靠近管道壁的流層流速慢，相鄰兩流層之間的接觸面上便產(chǎn)生粘性阻力（內(nèi)摩擦力），以阻止其相對運動，流體具有的這一性質(zhì)，稱為流體的粘性。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦力定律，流體分層間的內(nèi)摩擦力為：F=μS（2-5）式中F——內(nèi)摩擦力，N；μ——動力粘性系數(shù)，Pa·s；S——流層之間的接觸面積，m2；dv/dy——垂直于流動方向上的速度梯度，s-1。由上式可以看出，當流體不流動或分層間無相對運動時，dv/dy=0，則F=0。需要說明的是，不論流體是否流動，流體具有粘性的性質(zhì)是不變的。在礦井通風(fēng)中，除了用動力粘性系數(shù)μ表示空氣粘性大小外，還常用運動粘性系數(shù)ν（m2/s）來表示，與動力粘性系數(shù)的關(guān)系為：（2-6）式中ρ——空氣的密度，kg/m3。流體的粘性隨溫度和壓力的變化而變化。對空氣而言，粘性系數(shù)隨溫度的升高而增大，壓力對粘性系數(shù)的影響可以忽略。當溫度為20℃，壓力為0.1MPa時，空氣的動力粘性系數(shù)μ=1.808×10-5Pa·s；運動粘性系數(shù)ν=1.501×10-5m2/s。第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)流在井巷某斷面上所具有的總機械能（包括靜壓能、動能和位能）及內(nèi)能之和叫做風(fēng)流的能量。風(fēng)流之所以能夠流動，其根本原因是系統(tǒng)中存在著能量差，所以風(fēng)流的能量是風(fēng)流流動的動力。單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C械能就是壓力。能量與壓力即有區(qū)別又有聯(lián)系，除了內(nèi)能是以熱的形式存在于風(fēng)流中外，其它三種能量一般通過壓力來體現(xiàn)，也就是說井巷任一通風(fēng)斷面上存在的靜壓能、動能和位能可用靜壓、動壓、位壓來呈現(xiàn)。一、靜壓能—靜壓1、靜壓能與靜壓的概念由分子熱運動理論可知，不論空氣處于靜止狀態(tài)還是流動狀態(tài)，空氣分子都在做無規(guī)則的熱運動。這種由空氣分子熱運動而使單位體積空氣具有的對外做功的機械能量叫靜壓能，用E靜表示（J/m3）?？諝夥肿訜徇\動不斷地撞擊器壁所呈現(xiàn)的壓力（壓強）稱為靜壓力，簡稱靜壓，用P靜表示（N/m2，即Pa）。由于靜壓是靜壓能的體現(xiàn)，二者分別代表著空氣分子熱運動所具有的外在表現(xiàn)和內(nèi)涵，所以在數(shù)值上大小相等，靜壓是靜壓能的等效表示值。2、靜壓的特點（1）只要有空氣存在，不論是否流動都會呈現(xiàn)靜壓；（2）由于空氣分子向器壁撞擊的機率是相同的，所以風(fēng)流中任一點的靜壓各向同值，且垂直作用于器壁；（3）靜壓是可以用儀器測量的，大氣壓力就是地面空氣的靜壓值；（4）靜壓的大小反映了單位體積空氣具有的靜壓能。3、空氣壓力的兩種測算基準空氣的壓力根據(jù)所選用的測算基準不同可分為兩種，即絕對壓力和相對壓力。（1）絕對壓力：以真空為基準測算的壓力稱為絕對壓力，用P表示。由于以真空為零點，有空氣的地方壓力都大于零，所以絕對壓力總是正值。（2）相對壓力：以當?shù)禺敃r同標高的大氣壓力為基準測算的壓力稱為相對壓力，用h表示。對于礦井空氣來說，井巷中空氣的相對壓力h就是其絕對壓力P與當?shù)禺敃r同標高的地面大氣壓力P0的差值。即：h＝P－P0（2-7）當井巷空氣的絕對壓力一定時，相對壓力隨大氣壓力的變化而變化。在壓入式通風(fēng)礦井中，井下空氣的絕對壓力都高于當?shù)禺敃r同標高的大氣壓力，相對壓力是正值，稱為正壓通風(fēng)；在抽出式通風(fēng)礦井中，井下空氣的絕對壓力都低于當?shù)禺敃r同標高的大氣壓力，相對壓力是負值，又稱為負壓通風(fēng)。由此可以看出，相對壓力有正壓和負壓之分。在不同通風(fēng)方式下，絕對壓力、相對壓力和大氣壓力三者的關(guān)系見圖2-1所示。圖2-1絕對壓力、相對壓力和大氣壓力之間的關(guān)系二、動能—動壓1、動能與動壓的概念空氣做定向流動時具有動能，用E動表示（J/m3），其動能所呈現(xiàn)的壓力稱為動壓（或速壓），用h動（或h速）表示，單位Pa。2、動壓的計算式設(shè)某點空氣密度為ρ（kg/m3），定向流動的流速為v（m/s），則單位體積空氣所具有的動能為E動：E動＝，J/m3（2-8）E動對外所呈現(xiàn)的動壓為：h動＝，Pa（2-9）3、動壓的特點（1）只有做定向流動的空氣才呈現(xiàn)出動壓；（2）動壓具有方向性，僅對與風(fēng)流方向垂直或斜交的平面施加壓力。垂直流動方向的平面承受的動壓最大，平行流動方向的平面承受的動壓為零；（3）在同一流動斷面上，因各點風(fēng)速不等，其動壓各不相同；（4）動壓無絕對壓力與相對壓力之分，總是大于零。三、位能—位壓1、位能與位壓的概念單位體積空氣在地球引力作用下，由于位置高度不同而具有的一種能量叫位能，用E位（J/m3）表示。位能所呈現(xiàn)的壓力叫位壓，用P位（Pa）表示。需要說明的是，位能和位壓的大小，是相對于某一個參照基準面而言的，是相對于這個基準面所具有的能量或呈現(xiàn)的壓力。2、位壓的計算式從地面上把質(zhì)量為M（kg）的物體提高Z（m），就要對物體克服重力做功MgZ（J），物體因而獲得了相同數(shù)量的位能，即：E位＝MgZ（2-10）在地球重力場中，物體離地心越遠，即Z值越大，其位能越大。如圖2-2所示的立井井筒中，如果求1—1斷面相對于2—2斷面的位壓（或1—1斷面與2—2斷面的位壓差），可取較低的2—2斷面作為基準面（2—2斷面的位壓為零），按下式計算：＝ρ12gZ12，Pa（2-11）式中ρ12——1、2斷面之間空氣柱的平均密度，kg/m3；Z12——1、2斷面之間的垂直高差，m。圖2-2立井井筒中位壓計算圖礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，由于空氣密度與標高的關(guān)系比較復(fù)雜，往往不是線性關(guān)系，空氣柱的平均密度ρ12很難確定，在實際測定時，應(yīng)在1—1和2—2斷面之間布置多個測點（如圖布置了a、b兩個測點），分別測出各點和各段的平均密度（垂距較小時可取算術(shù)平均值），再由下式計算1—1斷面相對于2—2斷面的位壓。P位12＝ρ1agZ1a+ρabgZab+ρb2gZb2＝∑ρijgZ