矿井空气的主要成分、危害、来源
及其防治措施

• 的来源

井下空气的主要来源是地面空气，但地面空气进入井下以后，会发生一系列的物理变化和化学变化，因而井下空气的质量和数量都和地面空气有较大的区别。
而地面空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，称为湿空气。其中干空气是指完全不含有水蒸气的空气，主要由氧、氮、二氧化碳和一些微量元素组成的混合气体，其成分比较稳定。
表1 地面空气组成成分

气体成分	按体积计（%）	按质量计（%）
氧气（O2）	20.96	23.23
氮气（N2）	79	76.71
二氧化碳（CO2）	0.03	0.05
稀有气体	0.01	0.01

二、井下空气成分、性质和危害
地面空气进入井下后，因发生物理变化和化学变化，使其成分种类增多，各种成分的浓度发生改变。主要组成成分有：
1、氧气（O2）
（1）气体性质
在通常状况下，氧气是一种无色、无味、无臭的气体，是一种化学性质非常活泼的气体，它可以与金属、非金属、化合物等多种物质发生氧化反应能助燃。
同时，氧气是维持人体正常生理机能所需的气体，人体维持正常生命过程中所需的氧气量取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。通常情况下，人在休息时的需氧量为0.2L/min-0.4L/min；在工作时的需氧量为1L/min-3L/min。
（2）气体危害
空气中氧气浓度对人体健康和生命安全由直接影响，当空气中的氧浓度降低时，人体可能产生不良的生理反应，严重时可能导致缺氧死亡。《煤矿安全规程》规定新鲜风流中氧气浓度不得低于20%；人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系如下表2：
表2  人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系

氧气浓度（体积）%	人体主要症状
17	静止状态无影响，工作时会感到喘息、呼吸困难和强烈心跳
15	呼吸及心跳急促，无力进行劳动
10-12	失去知觉，昏迷，有生命危险
6-9	短时间内失去知觉，呼吸停止，可能导致死亡

 

1.  

井下盲巷、临时停风的掘进工作面。
2、一氧化碳（CO）
（1）气体性质
一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。与空气相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合;一氧化碳能燃烧，当矿井空气中一氧化碳体积浓度在13％～75％时，具有爆炸性。
（2）气体危害
一氧化碳有剧毒。血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞，人体血液中的血红素与一氧化碳的亲合力比它与氧气的亲合力大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，阻碍血红素与氧气的正常结合，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液缺氧引起窒息和中毒。一氧化碳的中毒程度与其浓度、中毒时间、呼吸频率和人的体质有关。《煤矿安全规程》规定一氧化碳最高允许浓度为：0.0024%。一氧化碳中毒程度与其浓度关系见下表3：
表3  一氧化碳的中毒程度与其浓度的关系

一氧化碳浓度(体积)/％	主要症状
0.048	1h可引起轻微中毒
0.08	40min内可引起头痛、眩晕和恶心等
0.128	0.5h～1h引起意识迟钝、丧失行动能力等严重中毒
0.32	5min-10min引起头痛、眩晕，30min引起昏迷，死亡

（3）易产生一氧化碳的地点
矿井空气中一氧化碳来源有：采掘工作面爆破工作和钻孔干式施工、矿井火灾、采空区煤炭自燃以及瓦斯煤尘爆炸事故等。

1. CO2）

（1）气体性质
二氧化碳是无色、略带酸臭味的气体，与空气的相对密度为1.52，比空气重，不助燃也不能供人呼吸，易溶于水。
（2）气体危害
在新鲜空气中含量约为0.03％的二氧化碳，对人身是无害的，但当空气中的二氧化碳浓度过高时，将使空气中的氧气含量相对降低，也会使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也能造成人员中毒或室息。《煤矿安全规程》规定:矿井总回风巷或一翼回风巷风流中的二氧化碳浓度不得超过0.75％;采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中的二氧化碳浓度不得超过1.5％。空气中二氧化碳浓度对人体的影响见下表4：
 
表4  空气中二氧化碳浓度对人体的影响

二氧化碳浓度(体积)/％	人体主要症状
1	呼吸加深，急促
3	呼吸急促，心跳加快，头疼，很快疲劳
5	呼吸困难，头疼，恶心，耳鸣
10	头痛，头昏，呼吸困难，昏迷
10-20	呼吸停顿，失去知觉，时间较长会死亡
20-25	短时间中毒死亡

（3）易产生二氧化碳的地点
井下二氧化碳最主要来源于井下各巷道坑木存放地点（腐朽变质）、煤炭及含碳岩层缓慢氧化；其中煤层中含有的二氧化碳、采掘工作面的爆破作业、人的呼吸和井下发生瓦斯、煤尘爆炸和火灾事故时也产生大量的二氧化碳。

1. CH4）

1.  

甲烷是无色、无味、无毒的气体。在1个标准大气压和温度20℃时，溶解度为3.5％。

1.  

甲烷虽无毒，当空气中CH4的浓度大于50％时，能使人缺氧而室息死亡。甲烷不助燃，但有爆炸性。《煤矿安全规程》规定:矿井总回风巷或一翼回风巷风流中的甲烷浓度不得超过0.75％;采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中的甲烷浓度不得超过1％。

1.  

井下在工作面回采、煤巷掘进工作面、钻孔施工和巷道揭煤过程中，均可产生甲烷涌出。
5、硫化氢（H2S）
(1)气体性质
硫化氢为无色、微甜、有浓烈臭鸡蛋味的气体，对空气的相对密度为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。
（2）气体危害
硫化氢能燃烧，当空气中硫化氢浓度达到4.3％～45.5％时具有爆炸性；硫化氢有剧毒，不但能阻碍生物氧化过程，使人体血液缺氧中毒，而且有强烈的刺激作用，能引起鼻炎、气管炎和肺水肿。《煤矿安全规程》规定硫化氢最高允许浓度为：0.00066%。硫化氢的中毒程度与浓度的关系见表5：
表5  硫化氢的中毒程度与浓度的关系

硫化氢浓度(体积)/％	人体主要症状
0.0001	有强烈臭鸡蛋味
0.01	流唾液和清鼻涕、瞳孔放大、呼吸困难
0.05	0.5h-1h严重中毒，失去知觉、抽筋、瞳孔变大，甚至死亡
0.1	短时间内死亡

（3）易产生甲烷的地点
采空区内坑木等有机物的腐烂；煤层中含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和旧巷积水中放出。
6、氮气（N2）

1.  

氮气是一种无色、无味、无臭的气体，在正常情况下，对人体无害，但当空气中氮气浓度增加时，会相应降低氧气浓度，造成人因缺氧窒息。

1.  

矿井中的氮气主要来源于井下采掘工作面爆破作业、有机物（坑木）的腐烂和从煤层裂隙中涌出等。
三、防止有毒气体危害的措施
（1）加强通风。用通风的方法将各种有害气体浓度稀释到《煤矿安全规程》规定的安全标准以下，这是目前防止有害气体危害的主要措施之一。
（2）加强对有害气体的检查。按照规定的检查制度，采用合理的检查方法和手段，及时发现存在的隐患和问题，采取有效措施进行处理。
（3）瓦斯抽放。对煤层或围岩中存在的大量瓦斯，可以采用抽放的方法加以解决，这既可以减少生产中的瓦斯涌出，减轻通风负担，抽到地面的瓦斯还能加以利用，变废为宝。
（4）放炮喷雾或使用水泡泥。喷雾器以及水泡泥爆破后产生的水雾能溶解炮烟中的二氧化氮、二氧化碳等溶水性好的有害气体，降低其浓度，且方法简单有效。
（5）加强对通风不良处和井下盲巷的管理。工作面采空区、盲巷等应及时封闭;临时停风的巷道要切断电源，设置栅栏和警标，需要进入时必须首先进行有害气体检查，确认无害时方可进入。
（6）井下人员必须随身佩带自救器。一旦矿井发生火灾、瓦斯煤尘爆炸等事故，人员可迅速使用自救器撤离危险区。
四、应急处置措施
井下有毒有害气体主要会对人员造成缺氧窒息或中毒等事故。当事故发生时，现场人员应及时进行急救。一般是先将伤员移到新鲜风流中，根据具体情况采取人工呼吸(H2S中毒除外)或其他急救措施。其中：

1. 窒息事故的伤员，当生命处于危急状态，必须迅速将伤员运送到空气新鲜的地方，给予氧气吸入，必要时做口对口的人工呼吸；
2. ；
3.  

除此之外，当井下事故发生时，必须立即汇报调度室，组织人员并进行救援，现场或者救援人员进入现场时，首先应改善环境，及时通风换气，断绝有毒有害气体的来源，同时将伤员迅速转移至空气新鲜处。