空气中的成分（一次讲清矿井空气成分、性质、主要来源和危害）

一、定义：地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。

二、地面空气的组成

1、地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。

2、干空气是指完全不含有水蒸汽的空气，由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和其他一些微量气体。

3、所组成的混合气体。湿空气中含有水蒸气，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。

4、干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下：

我国规定采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20％。

国外规定：国际劳工局规定进风流中氧气浓度＞19%；俄罗斯、德国工作地点氧气浓度＞20%；美国、日本规定行人巷道中氧气浓度＞19%。

三、矿井空气的主要成分及基本性质

新鲜空气：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气。

污浊空气：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。

尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。

1．氧气(O2)

氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体,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。

人体输氧量与劳动强度的关系

劳动强度 呼吸空气量（L/min） 氧气消耗量（L/min）

休 息 6-15 0.2-0.4

轻 劳 动 20-25 0.6-1.0

中度劳动 30-40 1.2-2.6

重 劳 动 40-60 1.8-2.4

极重劳动 40-80 2.5-3.1

矿井空气中氧浓度降低的主要原因有：

（1）人员呼吸；

（2）煤岩和其他有机物的缓慢氧化；

（3）煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸；

（4）此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。

人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系

氧浓度/%　主要症状

17　　　　静止时无影响，工作时能产生喘息和呼吸困难

15　　　　呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力降低，失去劳动能力

10～12　　失去理智，时间稍长有生命危险

6～9　　　失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内可能导致死亡

2．二氧化碳(CO2)

二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略带酸臭味。二氧化碳比空气重（其比重为1.52），在风速较小的巷道中底板附近浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体的无害的。

二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体正常呼吸功能就不能维持。所以在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能，但当空气中的二氧化碳浓度过高时，也将使空气的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。

矿井空气中二氧化碳的主要来源是：

（1）煤和有机物的氧化；

（2）人员呼吸；

（3）碳酸性岩石分解；

（4）炸药爆破；

（5）煤炭自燃；

（6）瓦斯、煤尘爆炸等。

3．氮气(N2)

氮气是一种惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但空气中含氮量升高，则势必造成氧含量相对降低，从而也可能造成人员的窒息性伤害。正因为氮气具有的惰性，因此可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。

矿井空气中氮气主要来源是：

井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出,灭火人为注氮。

4. 一氧化碳（CO）

一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在13～75％范围内时有爆炸的危险。

主要危害：血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。

CO中毒症状与浓度的关系

CO浓度（体积）/%　　 主要症状

0.02　　　　　　　　2～3小时可能引起轻微头痛

0.048　　　　　　　1小时内出现轻微的中毒症状

0.08　　　　　　　 40分钟内出现头痛，眩晕和恶心。2小时发生体温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能出现昏迷

0.32　　　　　　　　5～10分钟内出现头痛，眩晕。半小时可能出现昏迷并有死亡危险

1.28　　　　　　　　几分钟内出现昏迷和死亡

主要来源：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。

5. 硫化氢（H2S）

硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到0.0001％即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢相对密度为1.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解2.5个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.3～45.5％时有爆炸危险。

主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和旧巷积水中放出。

主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主，浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。

H2S中毒症状与浓度的关系

HS2浓度（体积）/%　 主要症状

0.0025～0.003　　　　 有强烈臭味

0.005～0.01　　　　　12小时内出现眼及呼吸道刺激症状，臭味“减弱”或“消失”

0.015～0.02　　　　　出现恶心，呕吐，头晕，四肢无力，反应迟钝。眼及呼吸道有强烈刺激症状

0.035～0.045　　　　 0.5～1小时内出现严重中毒，可发生肺炎，支气管炎及肺水肿，有死亡危险

0.06～0.07　　　　　 很快昏迷，短时间内死亡

6. 二氧化氮（NO2）

二氧化氮是一种褐红色的气体，有强烈的刺激气味，相对密度为1.59，易溶于水。

主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%出现严重中毒。

NO2中毒症状与浓度的关系

NO2浓度（体积）/%　　主要症状

0.004　　　　　　　　　2～4小时内出现咳嗽症状

0.006　　　　　　　　　短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸痛

0.01　　　　　　　　　 短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹，严重咳嗽，恶心，呕吐

0.025　　　　　　　　　短时间内可能出现死亡

主要来源：井下爆破工作。

7. 二氧化硫(SO2)

二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达到0.0005％即可嗅到。其相对密度为2.22，易溶于水。

主要危害：遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水肿。当浓度达到 0.002％时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激；浓度达0.05％时，短时间内即有致命危险。

主要来源：含硫矿物的氧化与自燃；在含硫矿物中爆破；以及从含硫矿层中涌出。

8. 氨气(NH3)

无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.596，易溶于水。空气浓度中达30％时有爆炸危险。

主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。

主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。

9. 氢气(H2)

无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能自燃，其点燃温度比沼气低100～200℃。

主要危害：当空气中氢气浓度为4～74％时有爆炸危险。

主要来源：

井下蓄电池充电时可放出氢气；

有些中等变质的煤层中也有氢气涌出、或煤氧化。

四、矿井空气中有害气体的安全浓度标准

《规程》中规定CO的最高允许浓度为其轻微中毒（0.048%）的1/20，NO2的最高允许浓度为其危险中毒浓度（0.025%）的1/100。可见只要严格遵守《规程》规定，就可避免有害气体对人体的危害。

主要有害气体中：CO、H2S、NH3、H2等有爆炸危险性。

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