1.1 礦井空氣成分、性質(zhì)和變化規律

1.1.1 礦井空氣的成分

礦井空氣的主要來(lái)源是地面空氣，但地面空氣進(jìn)入井下以后會(huì )發(fā)生物理和化學(xué)兩種變化，變化，因而礦井空氣在成分、質(zhì)量和數量都和地面空氣有著(zhù)程度不同的區別。

1.1.1.1地面空氣成分的種類(lèi)和數量

地面空氣是干空氣和水蒸氣組成的混合氣體，通常稱(chēng)為濕空氣。在混合氣體中，水蒸氣的濃度隨地區和季節而變化，其平均的體積濃度約為1%；此外還含有塵埃和煙霧等雜質(zhì)，有時(shí)能污染局部地區的地面空氣。

新鮮空氣無(wú)色，無(wú)味和無(wú)臭，是維持生命所必需的，并能助燃。

1.1.1.2 礦井空氣的主要成分及生成

上面提到，地面空氣進(jìn)入井下后，因發(fā)生物理和化學(xué)兩種變化，使其成分種類(lèi)增多，各種成分的濃度也發(fā)生改變。

1.礦井空氣的主要成分

就煤礦而官，井下空氣的成分種類(lèi)共有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、N02、H 2、NH3、水蒸氣和浮塵十二種。由于各礦的具體條件不同，各礦的井下空氣成分種類(lèi)和濃度都有一定的差異。

在上述成分中，氧是井下人員呼吸所必需的，必須保持足夠的濃度，其余九種(水蒸氣除外)氣體和浮塵，超過(guò)一定濃度時(shí)，對人體都是有害的，必須把它們的濃度降低到?jīng)]有危害的程度.在這九種氣體中CO、H2S、SO2和N02超過(guò)一定濃度時(shí)，還能使人體中毒。故稱(chēng)這九種氣體為有害有毒氣體，又名為廣義的礦井瓦斯，而狹義的礦井瓦斯則專(zhuān)指CH4。CH4是煤礦井下昔遍存在的氣體，在一定濃度范圍內，具有爆炸性。所以，CH4是煤礦井下最危險的氣體。煤礦井下經(jīng)常出現且數量較多的氣體是CH4和CO2，它們是計算礦井所需風(fēng)量的主要根據。

2.物理變化

井下的物理變化有：

氣體混入：沼氣(CH4)、二氧化碳和硫化氫(H2S)等氣體從地層中涌出到井下空氣中。多數礦井有沼氣涌出現象,沼氣涌出量的大小各礦不同，有些礦井沼氣涌出量高達40～50m3/min，有些礦井還伴隨沼氣涌出氮(N2)二氧化硫(SO2)和氫(H2)等氣體。

固體混入：井下各種作業(yè)所產(chǎn)生的微小的巖塵、煤塵和其他雜塵浮游在井下空氣之中。

氣象變化：主要是由于井下空氣的溫度、氣壓和濕度的變化引起井下空氣的體積和濃度變化。

以上物理變化的結果，不僅使井下空氣的成分種類(lèi)增多，而且各種成分的濃度亦發(fā)生變化。

3.化學(xué)變化

井下的化學(xué)變化有：

井下一切物質(zhì)(煤、巖石、坑木、……等)的緩慢、氧化、爆破工作、火區氧化和人員的呼吸等都會(huì )產(chǎn)生二氧化碳；井下的爆破工作、火區氧化和機械潤滑油高溫分解等都能產(chǎn)生一氧化碳(CO)；井下火區氧化和含硫煤的水解都能產(chǎn)生硫化氫；井下火區氧化和含硫煤的緩慢氧化都能產(chǎn)生二氧化硫，井下爆破工作能產(chǎn)生氧化氮；井下充電硐室的電解能產(chǎn)生氫；井下火區氧化能產(chǎn)生氨。

1.1.1.3 井下空氣成分的基本性質(zhì)

1.氧(O2)

氧是無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒和無(wú)害的氣體，比重為1.105，是人呼吸所必須的物質(zhì)，故須供給井下足夠的風(fēng)量，以保證井下空氣中有足夠的氧量.因為氧是很活躍的元素，易使其它物質(zhì)氧化,并能助燃，產(chǎn)生CO2和CO，故應阻止空氣進(jìn)入采空區和火區，以防止氧對煤炭氧化而自燃。

造成礦井空氣中氧濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖和其他有機物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸。此外，煤巖和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對降低。缺氧窒息是造成礦井人員傷亡的原因之一。

2.二氧化碳(CO2)

二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重(與空氣的相對密度為1.52)，在風(fēng)速較小的巷道中，底板附近濃度較大；在風(fēng)速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。

在新鮮空氣中含有微量的二氧化碳對人體是無(wú)害的。二氧化碳對人體的呼吸中樞神經(jīng)有刺激作用，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。所以在搶救遇難者進(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 能。但當空氣中二氧化碳的濃度過(guò)高時(shí)，也將使空氣中的氧濃度相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴重時(shí)也可能造成人員中毒或窒息。

3.氮氣(N2)

氮氣是一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無(wú)毒、不助燃，也不供呼吸。但

空氣中若氮氣濃度升高，則勢必造成氧濃度相對降低，從而也可能導致人員的窒息性傷害。正因為氮氣為惰性氣體，因此又可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。

礦井空氣中氮氣主要來(lái)源是：井下爆破和生物的腐爛，有些煤巖層中也有氮氣涌出。

1.1.1.4 井下常見(jiàn)有毒有害氣體的基本性質(zhì)

有毒有害氣體的性質(zhì)可分為以下幾方面：

臭、味和色方面—有臭的氣體有四種，即NH3 (劇臭)， SO2(強烈硫躪臭)， H2S(臭雞蛋味，濃度為0.0001%時(shí)，便可嗅出來(lái))，CO2(微酸臭)；有色氣體只有一種，即 N02(淺紅褐色)?？筛鶕陨闲再|(zhì)察覺(jué)這些氣體的存在。

有毒有害氣體對人體的影響：

對人體有毒的氣體有五種。其中N02是最毒的氣體，它能強烈地刺激眼睛和呼吸系統（鼻、喉、肺)，能和呼吸道上的水分化合而生成硝酸(HNO3)，可使肺浮腫致命.且初期不易發(fā)覺(jué)，有時(shí)數小時(shí)后才有中毒征兆。SO2能較強地刺激眼睛和呼吸系統，使眼睛紅腫，俗稱(chēng)害眼氣體，此外，這種氣體能和呼吸道上的水分化合而成硫酸，使肺浮腫致命。H2S能刺激眼睛和呼吸系統，且能使人體血液中毒致命。CO能驅逐人體血液中的O2，使血液缺氧致命。這是因為CO比O2對血紅素的親和力約大250～300倍。一般的煤氣中毒就是CO中毒。NH3能刺激眼睛、皮膚和呼吸系統。

1.1.1.5 井下空氣成分安全標準

由于礦井空氣質(zhì)量對人員健康和礦井安全有著(zhù)重要的影響，所以《煤礦安全規程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規程》)對礦井空氣主要成分(氧氣、二氧化碳)的濃度標準做出了明確的規定：

采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中的氧氣濃度不得低于20%；二氧化碳濃度不得超過(guò)0.5%；總回風(fēng)流中二氧化碳濃度不得超過(guò)0.75%；當采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達到1.5%或采區、采掘工作面回風(fēng)道風(fēng)流中二氧化碳濃度超過(guò)1.5%時(shí)，必須停工處理。

由于礦井空氣中有害氣體對井下作業(yè)人員的生命安全危害極大，因此《規程》對常見(jiàn)有害氣體的安全標準都做了明確的規定，其值如表1-1-3所列。制定這些標準時(shí)，都留有較大的安全系數。如空氣中CO濃度達0.048%時(shí)一小時(shí)內才可出現輕微的中毒癥狀，而《規程》規定的CO最高允許濃度為0.0024%，是其輕微中毒濃度的1/20；再如N02濃度達0.025%時(shí)，中毒者在短時(shí)間內有死亡危險，而《規程》規定的N02最高允許濃度為0.00025%，是其危險中毒濃度的1/100。因此，只要我們能夠嚴格遵守《規程》規定，不違章作業(yè)，就完全可以避免有害氣體對人體的侵害。

表1-1-3井下空氣中有害氣體的最高允許濃度[1]

1.1.2 礦井空氣主要物理參量

氣體的分子具有體積和相互吸引力，但在分析氣體的一般問(wèn)題時(shí)，這兩個(gè)因素的影響很小。為了便于分析和計算，一般可把多種氣體看成是沒(méi)有這兩個(gè)因素的理想氣體，因此，井下空氣也可視為理想氣體。氣體的分子作永不停息的不規則運動(dòng)，這種運動(dòng)產(chǎn)生熱能，故氣體分子運動(dòng)是熱運動(dòng)，氣體的物理參量較多，其中比容、壓力、溫度是三個(gè)基本參量。

1.1.2.1 空氣的密度和比容

1.空氣的密度

空氣和其他物質(zhì)一樣具有質(zhì)量。單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱(chēng)為空氣的密度，用符號

表示?？諝饪梢钥醋魇蔷|(zhì)流體，故：

（1-2-1）

式中

—空氣的密度， kg/m3 ；

M—空氣的質(zhì)量，kg；

V—空氣的體積，m3。

一般地說(shuō)，當空氣的溫度和壓力改變時(shí)，其體積會(huì )發(fā)生變化。

2.空氣的比容

質(zhì)量為M(kg)的空氣占有的空間(或容積)為V(m3)，則空氣的比容(又名容積度)

就是容積V和質(zhì)量M之比?；蛘哒f(shuō)是單位質(zhì)量空氣所占有的體積，即：

（1-2-2）

也就是空氣的密度倒數。

1.1.2.2 空氣的溫度

溫度是描述物體冷熱狀態(tài)的物理量。測量溫度的標尺簡(jiǎn)稱(chēng)溫標。熱力學(xué)絕對溫標的單位為K(Kelvin)，用符號T表示。熱力學(xué)溫標規定純水三態(tài)點(diǎn)溫度(即汽、液、固三相平衡態(tài)時(shí)的溫度)為基本定點(diǎn)，定義為273.15K，每1 K為三相點(diǎn)溫度的1/273.15。

溫度是礦井表征氣候條件的主要參數之一?！兑幊獭返?08條規定：生產(chǎn)礦井采掘工作面的空氣溫度不得超過(guò)26℃；機電硐室的空氣溫度不得超過(guò)30℃。

1.1.2.3 空氣的壓力

空氣的壓力也稱(chēng)為空氣的靜壓（絕對靜壓），用符號P表示。壓強在礦井通風(fēng)中習慣稱(chēng)為壓力。它是空分子熱運動(dòng)對器壁碰撞的宏觀(guān)表現。其大小取決于在重力場(chǎng)中的位置(相對高度)、空氣、溫度、濕度(相對濕度)和氣體成分等參數。

按照統計觀(guān)點(diǎn)，大量空氣分子作無(wú)規則的熱運動(dòng)時(shí)，在各個(gè)方向運動(dòng)的機會(huì )是均等的，故空氣的絕對靜壓具有在各個(gè)方向上強度相等的特點(diǎn)。

壓力的單位為Pa(帕斯卡，1Pa=lN/102)，壓力較大時(shí)可采用kPa(1kPa=103Pa)、MPa(1MPa=103 kPa=106 Pa)。其他壓力單位參見(jiàn)附錄。

1.1.2.4 空氣的粘性

當流體層間發(fā)生相對運動(dòng)時(shí)，在流體內部?jì)蓚€(gè)流體層的接觸面上，便產(chǎn)生粘性阻力(內摩擦力)以阻止相對運動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱(chēng)作流體的粘性。

另外，在礦井通風(fēng)中還常用運動(dòng)粘度系數

，和氣體密度

有關(guān)，即

和壓力有關(guān)，這兩個(gè)系數有如下的關(guān)系：

=μ/

，m2/s????????????????????????????????????? (1—2—4)

1.1.2.5 空氣的濕度

1.空氣濕度的意義

空氣的濕度表示空氣中所含水蒸氣量的多少或潮濕程度，表示空氣濕度的方法有絕對濕度、相對溫度和含濕量三種。

絕對濕度：?jiǎn)挝惑w積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量絕對值。其單位與密度單位相同，用符號

表示。

飽和濕度：?jiǎn)挝惑w積濕空氣中所含飽和水蒸氣質(zhì)量絕對值。用符號

表示。

相對濕度：?jiǎn)挝惑w積空氣中實(shí)際含有的水蒸氣量(

)與其同溫度下的飽和水蒸氣含量(

)之比稱(chēng)為空氣的相對濕度。

值小表示空氣干爆，吸收水分的能力強；反之，

值大則空氣潮濕，吸收水分能力弱?！〖礊楦煽諝?，

=1即為飽和空氣。水分向空氣中蒸發(fā)的快慢和相對濕度直接有關(guān)。

含濕量：含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量(kg)稱(chēng)為空氣的含濕量。

1.1.2.6 空氣的焓

焾是一個(gè)復合狀態(tài)參數，它是氣體的內動(dòng)能u和壓力功(流動(dòng)功)Pν之和，也稱(chēng)熱焓（函）。濕空氣的焓是1kg干空氣的焓和其中水蒸氣的焓的總和，

1.1.3 礦井氣候

礦井氣候是指礦井空氣的溫度、濕度、風(fēng)速和輻射這四個(gè)參數的綜合作用狀態(tài)。這四個(gè)參數的不同組合，便構成了不同的礦井氣候條件。礦井氣候條件對井下作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)安全有重要的影響。

1.1.3.1 人體的熱平衡

人要維持正常生理機能并進(jìn)行各種勞動(dòng)，就必須攝取空氣、水和食物。這些物質(zhì)進(jìn)入

人體經(jīng)過(guò)消化、分解，產(chǎn)生能量(熱量)。人的整個(gè)機體都參加產(chǎn)熱過(guò)程，其中以肌肉活動(dòng)產(chǎn)熱量最多。當人進(jìn)行體力勞動(dòng)時(shí)，肌肉產(chǎn)熱量增至正常量(在安靜狀態(tài)下的產(chǎn)熱量)的十余倍，可達2500—3140kJ/h。人體產(chǎn)生的熱量一部分用于身體各器官的正常生理機能活動(dòng)，另一部分用來(lái)供肌肉作功，剩余的則通過(guò)輻射，對流傳導、汗液蒸發(fā)等途徑與周?chē)h(huán)境進(jìn)行熱交換，散發(fā)到體外。人體代謝產(chǎn)熱過(guò)程是體內生物化學(xué)過(guò)程，而散熱過(guò)程則是物理過(guò)程。所以人體熱平衡并非是簡(jiǎn)單的物理過(guò)程，而是在神經(jīng)系統調節下的非常復雜的。

1.1.3.2 礦井氣候對人體熱平衡的影響

礦井氣候是由空氣溫度、濕度，風(fēng)速和輻射四要素組成的，它們都影響著(zhù)人體熱平衡，且各要素之間的影響在很大程度上可以互換。例如，環(huán)境相對濕度增高對人體所造成的影響

可以被風(fēng)速的增加所抵消。

1.溫度

在礦井氣候的四個(gè)要素中，氣溫對人體熱調節起著(zhù)主要作用。當氣溫較低時(shí)輻射和對流傳導散熱是人體主要散熱方式，當氣溫逐漸升高后，人體汗腺活動(dòng)越來(lái)越顯著(zhù)，汗液蒸發(fā)散熱就逐漸成為主要散熱方式。

2.濕度

空氣相對濕度對人體熱平衡和溫熱感有著(zhù)重要作用，特別是.在氣溫高的條件下，作用

就更為明顯。因高溫時(shí)，人體主要依靠汗液蒸發(fā)散熱才能保持熱平衡，此時(shí)相對濕度大，將妨礙汗液蒸發(fā)，使汗液成滴狀珠淌下。這種情況下汗液攜帶走的熱量甚少，不能起到蒸發(fā)散熱的作用，因為汗液只有在蒸發(fā)的過(guò)程中吸收汽化潛熱才能帶走較多的熱量。

3.風(fēng)速

風(fēng)速顯著(zhù)地影響著(zhù)人體對流散熱。當空氣溫度低于體溫時(shí)，流速越大，散熱量愈多。當空氣溫度高于體溫時(shí)，人體反而從空氣中得到對流熱，此時(shí)風(fēng)速越大，人體得到對流熱愈多。

4.輻射

影響人體輻射散熱的是人體周?chē)矬w的表面溫度。當周?chē)矬w表面溫度高于人體表面

溫度時(shí)，人體就得到輻射熱。

可見(jiàn)，礦井氣候條件對人體熱平衡的影響是一種綜合的作用，各參數之間相互聯(lián)系、相互影響。如人處在氣溫高、濕度大、風(fēng)速小的高溫潮濕環(huán)境中，這三者的散熱效果都很差，這是由于人體散熱太慢，體內產(chǎn)熱量得不到及時(shí)散發(fā)，就會(huì )使人出現體溫升高、心率加快、身體不舒服等癥狀，嚴重時(shí)可導致中暑、甚至死亡。相反，如人處在氣溫低、濕度小、風(fēng)速大的低溫干燥環(huán)境中，這三者的散熱效果都很強，這時(shí)由于人體散熱過(guò)快，就會(huì )使人體的體溫降低，引起感冒或其他疾病。

1.1.3.3 衡量礦井氣候條件的指標

國內外衡量礦井氣候條件的指標很多，現擇其主要的加以闡述。

1.干球溫度

干球溫度是我國現行的評價(jià)礦井氣候條件的指標之一。一般來(lái)說(shuō)，由于礦井空氣的相對

濕度變化不大，所以干球溫度能在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。而且這個(gè)指

標比較簡(jiǎn)單，使用方便，用干球溫度計進(jìn)行測量。

2.濕球溫度

在相同的氣溫(干球溫度)下，若濕球溫度較低，則相對濕度較??；反之，若濕球溫度與氣溫相接近，則相對濕度較大。因此用濕球溫度這個(gè)指標可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些，用濕球溫度計進(jìn)行測量。

3.同感溫度

同感溫度(也稱(chēng)等效溫度或有效溫度)是由美國采暖工程師協(xié)會(huì )（ASHVE）提出的。這個(gè)指標是通過(guò)實(shí)驗，根據人在空氣溫度、濕度、風(fēng)速三個(gè)指標不相同的各種環(huán)境是的舒適感覺(jué)和濕度已飽和、速度為零、溫度不相同的各種環(huán)境中的舒適感覺(jué)，進(jìn)行統計和比較，并以濕度已飽和、風(fēng)速為零、舒適感覺(jué)相同的環(huán)境空氣溫度作為指標，用來(lái)評價(jià)溫度、濕度和風(fēng)速不相同的各種環(huán)境對人的舒適感覺(jué)。這種指標除不能評價(jià)環(huán)境輻射熱的作用以外，它能反映空氣溫度、濕度和風(fēng)速三種因素對人體熱平衡的綜合作用。

4.卡他度

卡他度用卡他計測定?？ㄋ嬍且环N酒精溫度計，卡他計下端有個(gè)比普通溫度計大的貯液

球，上端有一個(gè)小空腔，玻璃管上只有35℃和38℃兩個(gè)刻度，這兩個(gè)溫度的平均值恰好等于人體的正常體溫(36.5℃)。測定時(shí)，先把貯液球置于熱水中加熱，當酒精柱上升至小空腔的一半時(shí)取出，擦干貯液球表面水分，然后將其懸掛于待測空氣中，此時(shí)由于液球散熱，酒精柱開(kāi)始下降，用秒表記下從38℃降到35℃所需時(shí)間τ，即可用下式求得干卡他度Kd。

(1-3-2)

式中? F—卡他常數，每只卡他計玻璃管上都標有F值。

干卡他度反映了氣溫和風(fēng)速對氣候條件的影響，但沒(méi)有反映空氣濕度的影響。為了測出

溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用效果，需要采用濕卡他度Kw。濕卡他度是在卡他計貯液球

上包裹上一層濕紗布時(shí)測得的卡他度，其實(shí)測和計算方法完全與干卡他度相同。

卡他計的設計者是想利用貯液球來(lái)模擬人體的散熱效果，并取1卡他度等于41.86W/m2，即相當于每小時(shí)從1m2的表面積上散失掉150.7kJ的熱量，而成年男子的體表面積約等于1.7m2，所以1卡他度就約等于每小時(shí)從體內散發(fā)掉256.2kJ的熱量。

1.1.3.4 評價(jià)礦井氣候條件的綜合指標

目前，世界各國關(guān)于礦井氣候條件的安全標準差別很大?，F將我國及其他一些國家規定標準簡(jiǎn)介如下：

1.我國現行的礦井氣候條件安全標準

我國現行評價(jià)礦井氣候條件的指標是干球溫度。1982年國務(wù)院頒布的《礦山安全條例》第53條規定，采掘工作面的空氣溫度不得超過(guò)26℃，機電峒室的空氣溫度不得超過(guò)30℃。

2.國外一些國家的礦井氣候條件安全標準

世界主要產(chǎn)煤國家對礦井氣候條件的評價(jià)指標并不統一。主要采用的指標有干球溫度、濕球溫度、同感溫度等。有不少?lài)也捎昧送袦囟冗@種指標。例如，美國規定井下同感溫度須小于34～37℃，，日本規定須小于31.5℃，比利時(shí)和法國均規定須小于31℃。

1.2 ?創(chuàng )造良好作業(yè)環(huán)境的途徑

改善礦內氣候條件，創(chuàng )造良好作業(yè)環(huán)境的途徑主要包括以下兩方面的內容：一是對冬季寒冷地區，當井筒入風(fēng)溫度低于2℃時(shí)，為了防止因井筒結冰而造成提升、運輸事故，防止人員上下班受寒生病，也須對礦井進(jìn)風(fēng)流采取加熱的措施，對井口空氣進(jìn)行預熱；二是對高溫礦井用風(fēng)地點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)溫調節，以達到《規程》第102條規定的標準，即生產(chǎn)礦井采掘工作面空氣溫度不得超過(guò)26℃，機電設備硐室的空氣溫度不得超過(guò)30℃；當采掘工作面空氣溫度超過(guò)30℃時(shí)。機電設備硐室的空氣溫度超過(guò)34℃時(shí)，必須停止作業(yè)。新建、改擴建礦井設計時(shí)，必須進(jìn)行礦井風(fēng)溫預測計算，超溫地點(diǎn)必須有制冷降溫設計，配齊降溫設施。

1.2.1 井口空氣加熱方式

井口一般采用空氣加熱器對冷空氣進(jìn)行加熱，有2種加熱方式：

1.2.1.1 井口房不密閉的加熱方式

當井口房不宜密閉時(shí)，被加熱的空氣需設置專(zhuān)用的通風(fēng)機送入井筒或井口房。這種按冷、熱風(fēng)混合的地點(diǎn)不同，又分以上3種情況：

①冷、熱風(fēng)在井筒內混合。這種布置方式是將被加熱的空氣通過(guò)專(zhuān)用通風(fēng)機和熱風(fēng)道送入井口以下2m處，筒內進(jìn)行熱風(fēng)和冷風(fēng)的混合。

②冷、熱風(fēng)在井口房?jì)然旌?。這種布置方式是將熱風(fēng)直接送入井口房?jì)冗M(jìn)行}混合，使混合后的空氣溫度達到2℃以上后再進(jìn)入井筒。

③冷、熱風(fēng)在井口房和井筒內同時(shí)混合。這種布置方式是前兩種方式的結合，它將大部分熱風(fēng)送入井簡(jiǎn)內混合，而將小部分送入井口房?jì)然旌稀?/p>

以上3種方式相比較，第一種方式冷、熱風(fēng)混合效果較好，通風(fēng)機噪聲對井口房的影響相對較小，但井口房風(fēng)速大、風(fēng)溫低，井口作業(yè)人員的工作條件差，而且井筒熱風(fēng)口的井壁、上部罐座和罐頂保險裝置有凍冰危險，第二種方式井口房工作條件有所改善，上部和罐頂保險裝置凍冰危險減少，但冷、熱風(fēng)的混合效果不如前者，而且井口房?jì)蕊L(fēng)速較大，尤其是通風(fēng)機的噪聲對井口的通訊信號影響較大；第三種方式綜合了前兩種的優(yōu)點(diǎn)，而避免了其缺點(diǎn)，但管理較為復雜。

1.2.1.2 井口房加密閉的加熱方式

井口房有條件密閉時(shí)，熱風(fēng)可依靠礦井主要通風(fēng)機的負壓作用進(jìn)入井口房和井筒，一般不需設置專(zhuān)用的通風(fēng)機送風(fēng)。采用這種方式，大多是在井口房?jì)戎苯釉O置空氣加熱器，讓冷、熱風(fēng)在井口房?jì)冗M(jìn)行混合。

對于大型礦井，當井筒進(jìn)風(fēng)量較大時(shí)，為了使井口房風(fēng)速不超限，可在井口房外建立冷風(fēng)塔和冷風(fēng)道，讓一部分冷風(fēng)先經(jīng)過(guò)冷風(fēng)道直接進(jìn)入井筒，使冷、熱風(fēng)既在井口房混合又在井筒內混合。采用這種方式時(shí)，應注意防止冷風(fēng)道與井筒聯(lián)接處結冰。

1.2.2 礦井降溫的一般技術(shù)措施

隨著(zhù)采掘深度與強度不斷增大，以及礦井機械化程度日益提高，生產(chǎn)更為集中。因此，地熱和機械設備向井下空氣散發(fā)的熱量顯著(zhù)增加，使井下氣溫升高。此外，一些地處溫泉地帶的礦井，雖然開(kāi)采深度不大，但由于從巖石裂隙中涌出的熱水及受熱水環(huán)繞與浸透的高溫圍巖也都能使井下氣溫升高、濕度增大；這樣就更加惡化了井下工作環(huán)境，嚴重地影響著(zhù)井下作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)生產(chǎn)率，成為一種災害，習稱(chēng)熱害。故須采取降低井下空氣溫度的措施。礦井降溫措施基本可分兩大類(lèi)：第一類(lèi)是不使用機械制冷設備進(jìn)行降溫，包括選擇合理的開(kāi)拓系統和確定合理的采煤方法，改變通風(fēng)方式和通風(fēng)系統，減少各種熱源放熱量

等等措施，第二類(lèi)是采用機械制冷設備，通過(guò)空氣調節系統來(lái)達到改善井下微小氣候環(huán)境

的目的。第二類(lèi)措施是在第一類(lèi)措施達不到《規程》的要求時(shí)才采用。先簡(jiǎn)介第一類(lèi)降溫措施，其主要包括：通風(fēng)降溫、合理的開(kāi)采系統、隔熱疏導、個(gè)體防護等。

1.2.2.1 通風(fēng)降溫

加強通風(fēng)是礦井降溫的主要技術(shù)途徑。通風(fēng)降溫的主要措施就是加大礦井風(fēng)量和選擇合理的礦井通風(fēng)系統。

①加大風(fēng)量。實(shí)踐證明，在一定的條件下(如原風(fēng)量較小)，增加風(fēng)量是高溫礦井最經(jīng)濟的降溫手段之一。加大風(fēng)量不僅可以排出熱量、降低風(fēng)溫，而且還可以有效地改善人體的散熱條件，增加人體舒適感。所以在高溫礦井采用通風(fēng)降溫是礦井降溫的基本措施之一。

但增風(fēng)降溫并不總是有效的。當風(fēng)量增加到一定程度時(shí)，增風(fēng)降溫的效果就會(huì )減弱。同時(shí)增風(fēng)降溫還受到井巷斷面和通風(fēng)機能力等各種因素的制約，有一定的應用范圍。

②選擇合理的礦井通風(fēng)系統。從降溫角度出發(fā)，確定礦井通風(fēng)系統時(shí)，一般應考慮下列原則：

第一，盡可能減少進(jìn)風(fēng)路線(xiàn)的長(cháng)度。在井巷熱環(huán)境條件和風(fēng)量不變的情況下，井巷風(fēng)流的溫升是隨其流程的加長(cháng)而增大，風(fēng)路越長(cháng)，風(fēng)流沿途吸熱量越大，溫升也越大。所以，對高溫礦井應盡量縮短進(jìn)風(fēng)路線(xiàn)的長(cháng)度，同時(shí)在進(jìn)行開(kāi)拓系統設計時(shí)，要注意與通風(fēng)系統相結合，避免將進(jìn)風(fēng)巷布置在高溫巖層中和不必要加長(cháng)進(jìn)風(fēng)路線(xiàn)的長(cháng)度，以使溫升加大。

第二，盡量避免煤流與風(fēng)流反向運行。在選擇采區通風(fēng)系統時(shí)，盡量采用軌道上山進(jìn)風(fēng)方案，避免因煤流與風(fēng)流方向相反，將煤炭在運輸過(guò)程中的放熱和設備放熱帶進(jìn)工作面。根據德國的經(jīng)驗采用軌道上山進(jìn)風(fēng)與運輸上山進(jìn)風(fēng)相比，回采工作面進(jìn)風(fēng)流的同感溫度可降低4—5℃。

第三，回采工作面采用下行風(fēng)。在條件許可時(shí)，回采工作面可采用下行風(fēng)。因為回采工作面采用下行風(fēng)時(shí)，風(fēng)流是從路程較短的上部巷道進(jìn)入工作面，且減少了煤炭放熱的影響，故可降低工作面的進(jìn)風(fēng)溫度。

第四，對于發(fā)熱量較大的機電峒室，應有獨立的回風(fēng)路線(xiàn)，以便把機電所發(fā)熱量直接導入采區的回風(fēng)流中。

第五，回采工作面的通風(fēng)方式也對氣溫有影響。在相同的地質(zhì)條件下，由于W型通風(fēng)方式比U型和Y型能增加工作面的風(fēng)量，降溫效果都較好。

一般情況下，對角式通風(fēng)系統的降溫效果要比中央式好。

1.2.2.2 選擇合理的開(kāi)采系統

根據井田地質(zhì)特征和熱源情況，選擇合理的開(kāi)采系統，綜合考慮通風(fēng)降溫問(wèn)題，對改

善高溫礦井氣候條件是有利的。例如，采用雙巷掘進(jìn)有利于降低井下氣溫。

加大礦井開(kāi)發(fā)強度，提高采掘進(jìn)度和產(chǎn)量有利于改善井下熱環(huán)境。據蘇聯(lián)研究，煤層

產(chǎn)量提高一倍，可使工作面末端氣溫降低1—4℃ [59]。

在回采順序方面，條件相同的后退式回采可使巷道有較長(cháng)的通風(fēng)冷卻時(shí)間，采空區漏

風(fēng)少，從采空區帶出的熱量也少。

采取全部充填法管理頂板，一方面可控制采空區漏風(fēng)所攜帶出來(lái)的熱量，另一方面充

填物也可吸收一部分熱量。特別是風(fēng)力充填法，效果更顯著(zhù)。

1.2.2.3 隔熱疏導

所謂隔熱疏導就是采取各種有效措施將礦井熱源與風(fēng)流隔離開(kāi)來(lái)，或將熱源直接引入礦井回風(fēng)流中，避免礦井熱源對風(fēng)流的直接加熱，從而達到礦井降溫的目的。隔熱疏導的措施主要有：

①巷道隔熱。巷道隔熱主要用于礦井局部地溫異常的區段。目前較為可行的方法是，在高溫巖壁與巷道支架之間充填隔熱材料，如高爐或鍋爐爐渣等。近年來(lái)，我國煤礦還試驗用聚氨酯泡沫塑料噴涂巖壁，噴涂厚度為10mm時(shí)，就能產(chǎn)生較好的隔熱效果。國外有些國家也曾采用聚乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)氨基甲酸泡沫、膨脹珍珠巖等隔熱材料噴涂巖壁，也取得較好效果。但因巷道隔熱費用較高，而且隔熱層的時(shí)效性較差，隨著(zhù)時(shí)間的推移，隔熱層的

作用將變小，同時(shí)還必須注意防火、防毒等安全問(wèn)題。

②管道和水溝隔熱。對高溫礦井，溫度高的壓氣管道和排熱水管應盡量設在回風(fēng)流中，如果必須設在進(jìn)風(fēng)流中時(shí)應采取隔熱措施。尤其是對熱水型高溫礦井，更應防止熱水對風(fēng)流的增溫增濕作用。

對熱水涌出量大的礦井可超前將熱水疏干，將水位降低到開(kāi)采深度以下。對局部地點(diǎn)涌出的高溫熱水，可在出水點(diǎn)附近打排水鉆孔，將熱水用隔熱管道直接排至地面。

⑧井下發(fā)熱量大的大型機電硐室應獨立回風(fēng)?，F代礦井井下大型機電硐室的發(fā)熱量很大，如果這些設備的放熱直接進(jìn)入進(jìn)風(fēng)流，將引起礦井風(fēng)流較大的溫升。所以對高溫礦井，井下大型機電硐室(如中央變電所、泵房和絞車(chē)房等)應建立獨立的回風(fēng)系統。

1.2.2.4 個(gè)體防護

對個(gè)別氣候條件惡劣的地點(diǎn)，由于技術(shù)或經(jīng)濟上的原因，如不能采取其他降溫措施時(shí)，對礦工進(jìn)行個(gè)體防護也是一種有效的方法。礦工個(gè)體防護的主要措施就是讓礦工穿戴輕便的冷卻背心或冷卻帽，以防止環(huán)境熱對流和熱輻射對人體的侵害，同時(shí)使人體自身的產(chǎn)熱量傳給冷卻服。

除了上述措施之外，還有其他一些諸如煤層注水以冷卻煤體、在進(jìn)風(fēng)巷道內放置冰塊等措施都可起到一定的降溫作用。

1.2.3 礦井空氣調節系統

上述各種降溫技術(shù)措施都是有一定限度的，而且采取這些措施不能在數量和質(zhì)量上對微小氣候的各個(gè)要素都進(jìn)行一定的控制與調節，所以，對熱害嚴重的礦井，只依靠上述降溫措施往往達不到預期目的。這時(shí)則應考慮采取機械制冷設備通過(guò)空氣調節系統來(lái)改善井下熱環(huán)境。礦井空調絕不能被認為是舒適性空調，而應看作是生產(chǎn)性空調。力求為井下作業(yè)人員創(chuàng )造一種不危害健康，并能保持一定生產(chǎn)效率的工作環(huán)境。

1.2.3.1 礦井空氣調節的方式

礦井空調系統一般分為地面集中式，井下集中式，地面井下分散式，局部空調機組。

（1）地面集中式

這是一種制冷設備和空氣冷卻設備均布置在地面的礦井空調系統。其特點(diǎn)是安裝制冷設備的場(chǎng)地易于選擇，面積不受限制，便于基建、運輸、安裝、維修保養及容易排放冷凝熱量。這種方式必須大幅度降低礦井進(jìn)風(fēng)的溫度，降溫費用較大。只適于開(kāi)采比較淺、巷道不太長(cháng)的礦井。

（2）井下集中式

這種方式是把制冷設備和空氣冷卻設備均布置在井下，而在地面排除冷凝熱。如圖

這種方式的特點(diǎn)是制冷設備安裝場(chǎng)地、位置及面積都受到限制，基建費用較大，機械設備在運輸、安裝、維修保養等方面都比較困難；壓縮機的功率易于增大；不會(huì )產(chǎn)生由于高差使水溫升高現象。

（3）地面井下分離式

這種方式是把制冷設備布置在地面，而把空氣冷卻設備布置在井下。這種方式不必對總進(jìn)風(fēng)流進(jìn)行冷卻，冷凝器中的循環(huán)水也好處理。但這種方式需要高壓設備和龐大的循環(huán)系統，冷量損失較大，同時(shí)費用較高。

（4）局部空調機組(獨立移動(dòng)式)

該機組體積小，重量輕，運轉平穩，安裝簡(jiǎn)便，適用于移動(dòng)頻繁負荷小的掘進(jìn)工作面。

由于礦井的高溫原因各不相同，熱害程度也輕重不一，因此在做礦井降溫設計時(shí)，應對具體問(wèn)題做具體分析，要因地制宜、有針對性地采取降溫措施，才能收到良好效果。

1.2.4 影響井下氣溫的因素

要進(jìn)行礦井空調設計，首先就必須了解引起礦井高溫熱害的主要影響因素。能引起礦井氣溫值升高的環(huán)境因素統稱(chēng)為礦井熱源。地面空氣進(jìn)入礦井后，由于和井下各種熱源進(jìn)行熱交換，其狀態(tài)參數（溫度、濕度）隨著(zhù)風(fēng)流的前進(jìn)會(huì )不斷發(fā)生變化。

1.2.4.1 礦井進(jìn)風(fēng)溫度

礦井進(jìn)風(fēng)溫度對井下氣溫有著(zhù)直接影響，尤其是淺井，影響就更為顯著(zhù)。地面空氣溫度在一年之中，隨著(zhù)季節而發(fā)生周期性變化，這種變化近似為正弦曲線(xiàn)。地面氣溫這種周期性變化，使礦井進(jìn)風(fēng)路線(xiàn)上的氣溫也發(fā)生相應的周期性變化。但是，井下日氣溫的變化隨著(zhù)距進(jìn)風(fēng)井口的距離增加而迅速衰減，在到達某一點(diǎn)之后，就基本上不再變化。

1.2.4.2 井下風(fēng)流的壓縮或膨脹

風(fēng)流沿井巷向下流動(dòng)時(shí)，由于空氣柱的增加，空氣受到壓縮會(huì )釋放熱量。如果認為空

氣在壓縮過(guò)程中與外界沒(méi)有熱量交換，僅僅只是由于壓力增加而受到壓縮，那么就可以把

這個(gè)壓縮過(guò)程看成是絕熱壓縮過(guò)程。

1.2.4.3 機電設備散熱

電動(dòng)機拖動(dòng)機械設備在礦井中運轉時(shí)，所消耗的能量均可轉換為熱能，使風(fēng)流溫度升

高。

1.2.4.4氧化放熱

井下的煤、巖、坑木，充填材料、油垢、布料等能氧化發(fā)熱，以煤的氧化放熱量最為顯著(zhù)。

1.2.4.5 人體散熱和散濕量

人體向周?chē)h(huán)境散發(fā)的熱量與濕量取決于人體的熱平衡。

1.2.4.6 地下熱水

礦井地層中如果有高于氣溫的地下水流動(dòng)或熱水涌出點(diǎn)及排水溝等，都會(huì )成為井下較

大熱源，向風(fēng)流散熱使氣溫升高。

1.2.4.7 圍巖與井下空氣的熱交換

（1）巖石溫度

井下風(fēng)流的溫度與巖石溫度有著(zhù)直接關(guān)系。地殼表層的溫度是隨地面氣溫的變化而變化的，隨著(zhù)深度增加，地溫隨氣溫變化的幅度則逐漸減少，當達到一定深度時(shí)，地溫不再變

化。一般將地表下某一深度處地溫常年基本保持恒定的那個(gè)地帶稱(chēng)為恒溫帶。恒溫帶以上

稱(chēng)力變溫帶。

（2）圍巖傳遞給井下空氣的熱量

圍巖原始溫度是指井巷周?chē)幢煌L(fēng)冷卻的原始巖層溫度。在許多深礦井中，圍巖原始溫度高，往往是造成礦井高溫的主要原因。