矿井有害气体防治.ppt
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1、1,安徽理工大学 杨应迪 2011.12,矿井有害气体防治,2,矿井有害气体:井下由煤(岩)体涌出和生产过程中产生的各种不利于人体健康的气体的通称。CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2、CO2、CH4。1)中毒:典型代表CO。2)窒息:典型代表CO2、CH4。当氧气浓度达到 降到12%以下时,人就会因缺氧窒息死亡。3)爆炸:典型代表CH4。后果:中毒、窒息、灼烧、高压冲击等,3种事故现象,3,1、中毒或窒息事故产生的充要条件:1)有人(无防护装备);2)有过量的有害气体积聚;3)有一定时间的直接接触。2、气体爆炸事故的特点:1)爆炸气体浓度在爆炸界限内;2)混合气体中氧气浓度不低于12%
2、;3)有足够能量的点火源,即火源温度不低于650,一定的持续时间(爆炸感应期)。,思考几个问题,有明显不同于其它类型事故的特点透水、火灾、顶板、煤尘、瓦斯突出等,为什么会发生此类事故?,4,1 矿井空气成份氧气 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。煤矿安全规程中规定:采掘工作面的进风流中,按体积计算,氧气不得低于20%。,人体输氧量与劳动强度的关系,5,1 矿井空气成份氧气 O2,当空气中的氧浓度降低时,人体就可能产生不良的生理反应,出现种种不舒适的症状,严重时可能导致缺氧死亡。,6,1 矿井空气成份氧气 O2,
3、矿井空气中氧浓度降低的主要原因:人员呼吸;煤岩和其他有机物的缓慢氧化;煤炭自燃;瓦斯、煤尘爆炸;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。,7,矿井经常发生的事故中,误入不通风区域造成死亡的占很大比例,特别是缺氧窒息尤为严重。煤矿安全规程中规定:采掘工作面的进风流中,按体积计算,氧气不得低于20%。人们只重视了瓦斯的多少,二氧化碳的多少,一氧化碳的多少,有无硫化氢气体,而往往对氧气的含量多少不是很重视。煤矿安全规程中规定:矿长、矿技术负责人、爆破工、采掘区队长、通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工下井时,必须携带便携式甲烷检测仪。可是没有对氧气的日常测定进行规定。,
4、矿井缺氧窒息死亡事故的分析,8,1 为什么在矿井生产中会形成缺氧地带呢?矿井生产过程中,由于采掘、地质构造和停风、停电等原因,或少数长期不通风的巷道都会造成缺氧地带。煤采出后,产生了采空区,并且采后被封闭,采空区内存储的有限氧气很快因煤和其它有机物质氧化而消耗,因而形成了缺氧区。若采用抽出式通风,采空区内压力大于通风巷道中的压力,此时采空区就往外排放气体,在采空区密闭外及周围由于气体的溢出就形成缺氧区。此外,不通风的独头巷道也是缺氧区。,矿井缺氧窒息死亡事故的分析,9,1 矿井空气成份二氧化碳 CO2,1)主要性质:不助燃,不能供人呼吸,略带酸臭味,比空气重(1.52),在风速较小的巷道底板附
5、近浓度较大;在风速较大巷道中,能与空气均匀地混合。2)对人呼吸的影响:在抢救遇难者人工输氧时,在氧气中加入5%的CO2,刺激其呼吸机能。当空气中CO2的浓度过高时,也将使空气中的氧浓度相对降低,轻则使人呼吸加快,呼吸量增加,严重时也可能造成人员窒息。3)主要来源:煤和有机物的氧化;人员呼吸;碳酸性岩石分解;炸药爆破;煤炭自燃;瓦斯、煤尘爆炸等。,煤矿安全规程:进风流中二氧化碳浓度不得超过0.5;总回风流中不得超过0.75;当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5时,必须停工处理。,10,1 矿井空气成份-氮气N2,性质:一种惰性气体,是新鲜空
6、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。氮气主要来源: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。,11,窒息事故-氮气N2,1、瓦斯检测仪器;2、比长式快速氧气检定管;,非连续的选点测定法,12,1 矿井空气成份,13,2 矿井空气中的有害气体,空气中常见有害气体:CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2、CO2、CH4。有害气体浓度表示方法:常用的有害气体浓度表示方法有两种:一种是质量、体积混合表示法,是以每立方米空气中某种
7、有害气体的毫克数表示,即mg/m3;一种是体积表示法,是指某种有害气体体积占空气采样体积的比,常用百分数(%)或百万分数(ppm)表示(1ppm即百万分之一,体积百分数浓度与体积百万分数浓度之间的关系是1%=10000ppm)。,14,2 矿井空气中的有害气体规程规定,矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大,因此,规程对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。,15,2 矿井空气中的有害气体规程规定,规程:二氧化碳(CO2)允许浓度的规定:1)采掘工作面的进风流中,CO2浓度不超过0.5%;2)矿井总回风巷中CO2浓度超过0.75%时,必须立即查明原因进行处理;3)采区回风巷、采掘工
8、作面回风巷风流中CO2浓度超过1.5%时,必须停止工作,撤出人员,采取措施进行处理。规程:瓦斯(CH4)允许浓度的规定:1)在采掘工作面进风流的瓦斯浓度不得超过0.5%;2)在采掘工作面和采区的回风流中,瓦斯浓度不得超过1%;3)在矿井和一翼的总回风流中,瓦斯浓度不得超过0.75%。规程:对氢气(H2)允许浓度的规定:井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气浓度,不得超过0.5%。,16,2 矿井空气中的有害气体一氧化碳CO,性质: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。能燃烧,当空气中CO浓度在1375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
9、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250300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”。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。,规程:报警值24ppm。,17,2 矿井空气中的有害气体一氧化碳CO,说明:CO在煤矿井下主要产生于煤的自然发火和坑木腐烂以及放炮的炮烟中。当发生煤尘、瓦斯爆炸时,将产生大量CO。瓦斯爆炸后,其浓度一般在2%3%;煤尘爆炸后,其浓度甚至高达8%左右。在煤矿井下监测CO浓度变化趋势,可作为判断煤层是否发生自然发火的指标。(乙烯、
10、乙烷、丙烯、丙烷等),中毒处理办法:对于中毒遇难人员,应立即将遇难者抬到新鲜风流的巷道或地面,根据中毒情况采取急救措施。一氧化碳中毒,呼吸浅而急促,失去知觉时面颊及身上有红斑,嘴唇呈桃红色。对中毒伤员可采用人工呼吸或用苏生器输氧。输氧时可渗入57的二氧化碳,以兴奋呼吸中枢,促进恢复呼吸机能。,18,2 矿井空气中的有害气体一氧化碳CO,CO中毒症状与浓度的关系,视频2,19,调查显示,该事故是煤矿在技改掘进巷道时与相邻旧巷道打通致使有害气体涌入所致。调查显示表明,该煤矿属于违法违规施工且管理极度混乱。该矿在2008年12月15日被准格尔旗煤炭局以违反安全施工规程为由勒令停工整改,但该矿在没有经
11、过当地煤炭监管部门复工验收和取得开工许可的情况下,从2009年3月1日起擅自入井进行巷道掘进,而且为了方便掘进,破坏了与旧巷道的密闭工程。根据矿方监测系统显示,从3月7日起,监测系统已经显示有害气体逐步升高,但矿方负责人没有查看记录,也没有派瓦斯检测员下井进行检测。事故发生前,通风主扇一直没有开启,井下人员一直在无风作业。当井下涌出大量有害气体,接到井下报警电话的井上负责人才匆忙开启通风主扇,这一做法反而加大了有毒气体的流入。同时,矿方没有给井下人员配备相应的自救器,致使被困人员逃生的可能大大降低。,CO中毒准格尔中毒事故原因,20,性质:硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味,当空气中浓度达到0
12、.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。相对密度为1.19,易溶于水,1体积的水可溶解约4体积的硫化氢。硫化氢能燃烧,空气中硫化氢浓度为4.345.5时有爆炸危险。另外,煤层一定区域的鸡窝煤内存在硫化氢,落煤时逸出,可使靠近落煤地点的采煤工发生中毒。硫化氢气体较空气重,易积聚于低凹处。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。一旦扰动这些积水常有大量硫化氢逸出。地层中天然存在硫化氢,在煤矿岩层或煤层中有涌出或喷出现象。,2 矿井空气中的有害气体硫化氢H2S,规程:最高允许浓度0.00066%。,21,2 矿井空气中的有害气体硫化
13、氢H2S,主要危害:剧毒,属于化学性窒息性气体,有强烈的刺激作用,急性中毒时可引起肺水肿和中毒性脑病。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。,22,2 矿井空气中的有害气体硫化氢H2S,说明:煤炭资源生产过程中瓦斯内的硫化氢气体异常(瓦斯中H2S气体的浓度0.01%)也时有显现。在煤巷掘进过程中,因巷道开拓的煤量有限,且热化学分解、硫酸盐热化学还原作用导致煤矿瓦斯中H2S气体异常的浓度一般小于0.01%,当闻到强烈的臭鸡蛋气味时,掘进面或工作面要封闭,目前暂不开采。因此,煤矿生产中未出现重大伤亡事故。若存在岩浆成因带
14、来的无机H2S气体,将会对煤矿安全生产构成极大危害。,中毒处理办法:对于中毒遇难人员,应立即将遇难者抬到新鲜风流的巷道或地面,根据中毒情况采取急救措施。硫化氢中毒除施行人工呼吸或苏生器输氧外,可将浸以氯水溶液的棉花团、手帕等放入口腔内,氯是硫化氢的良好解毒物。,23,2 矿井空气中的有害气体硫化氢H2S,事故预防:H2S比空气重,故地势低处危险性比高处大;下风向硫化氢浓度大,上风向则浓度低;在突发事故中用湿毛巾等捂嘴鼻、向高处避毒、向上风向撤离等均可避免或减轻伤亡。1)独立的通风系统;2)改变采煤方法;3)设专职检测员;4)放炮时必须用湿泥填满炮眼及工作面端头有可能储气的洞穴。放炮后,用大量的
15、水冲刷煤壁,尽量稀释溶解H2S,降低其浓度。,24,2 矿井空气中的有害气体二氧化氮NO2,性质:二氧化氮是一种褐红色的气体,有强烈的刺激气味,二氧化氮的毒性是氧化氮的45倍。二氧化氮的分子量是46.01,密度为2.054kg/m3,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。可达呼吸道深部的细支气管和肺泡,对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用,可引起支气管炎和肺水肿等。主要来源:井下爆破工作,矿井空气中的氮氧化物主要产生于用硝铵炸药爆破的炮烟中。,25,2 矿井空气中的
16、有害气体二氧化氮NO2,中毒症状与浓度关系表,中毒处理办法:对于中毒遇难人员,应立即将遇难者抬到新鲜风流的巷道或地面,根据中毒情况采取急救措施。二氧化氮中毒最突出的特征是指尖、头发变黄,还有咳嗽、恶心、呕吐等症状。因为二氧化氮中毒时,会使伤员发生肺浮肿,因而不能采用人工呼吸,若必须用苏生器苏生时,在纯氧中不能掺二氧化碳,避免刺激伤员肺脏。最好是在苏生器供氧的情况下,使伤员能进行自主呼吸。,26,炮烟中毒与防治案例,事故发生的特点:1)主要发生在井巷掘进爆破时;2)井巷作业空间狭小,通风条件较差,容易造成有毒气体浓度超标。据有关统计资料表明,在国内外的爆破工程中,炮烟中毒的死亡事故占整个爆破事故
17、的28.3%。炮烟中有毒气体的主要成分及危害性 在炸药爆炸生成的炮烟中,有毒气体的主要成分为一氧化碳和氮氧化物。如果炸药中含有硫或硫化物时,爆炸过程中,还会生成硫化氢和亚硫酐等有毒气体。这些气体的危害性极大,当人体吸入一定量的有毒气体之后,轻则引起头痛、心悸、呕吐、四肢无力、昏厥、重则使人发生痉挛、呼吸停顿,甚至死亡。,27,炮烟中毒与防治案例,有毒气体的防治措施炸药方面 1)优选炸药品种和严格控制一次起爆药量 如工作面积水时,应选用抗水型炸药。对于低温冻结井施工,应选用防冻型炸药。爆破产生的有毒气体量与炸药用量成正比,严格控制起爆药量。2)控制炸药的外壳材料重量 限定每100g炸药的纸壳重量
18、和涂蜡量分别不超过2g和2.5g。3)保证炮孔堵塞长度和堵塞质量4)采用水封爆破或放炮喷雾5)在条件允许的情况下,采用反向起爆方式,28,炮烟中毒与防治案例,有毒气体的防治措施局部通风:1)必须保证局部通风机正常运转,必须保证供给掘进工作面足够的风量;因检修、停电等原因停风时,必须撤出人员,切断工作面里一切设备电源,必须装有风电闭锁装置;2)未恢复通风之前,不得送电,进入工作;恢复通风前,必须检查瓦斯,局部通风机及开关地点附近10m以内风流中瓦斯浓度都不超过0.5%时,方可人工开动局部通风机。3)压入式局部通风机和启动装置,必须安装在进风巷道中,距回风口不得小于10m,以免发生循环风。4)局部
19、通风机的开动或停止,必须专人负责,其他人员不经允许,不准去开动或停止局部通风机。5)风筒必须吊挂在巷道一侧顶帮,在巷道里架棚、推车、搬运材料设备不要刮坏风筒,放炮时也不能崩坏风筒。,29,2 矿井空气中的有害气体二氧化硫SO2,性质: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:主要是通过呼吸道吸入而产生中毒,其次是皮肤、粘膜的接触吸收。SO2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。浓度达0.002时,眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激;达0.05时,短时间内即有致命危险。因SO2具有特殊的臭味和对粘膜
20、强烈的刺激作用,所以由于吸入高浓度SO2而致死的中毒事故极为少见。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。,中毒处理办法:应立即将遇难者抬到新鲜风流的巷道或地面,根据中毒情况采取急救措施。由于二氧化硫遇水生成硫酸,对呼吸系统有强烈的刺激作用,严重时可能灼伤,所以除了施行人工呼吸或苏生器输氧外,应给中毒伤员服牛奶、蜂蜜或用苏打溶液漱口,以减轻刺激。,30,2 矿井空气中的有害气体氨气NH3,性质: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:对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用,引起喉头水肿。低浓度氨对眼和上呼吸道粘膜有刺
21、激作用。吸入高浓度的NH3会引起支气管炎症及中毒性肺炎、肺水肿。空气中氨浓度大于2%时可引起皮肤和眼结膜、角膜的灼伤。主要来源:爆破工作,注凝胶、水灭火等;岩层中也涌出。我国某些矿井岩层中有天然氨涌出,如铁法矿区和峰峰矿区的万年矿等。,31,2 矿井空气中的有害气体氢气H2,性质:无色、无味、无毒,密度为0.0899kg/m3,相对密度为0.07。氢气能自燃,其点燃温度比沼气低100200,主要危害:低浓度时对人无害,但在高浓度和低O2浓度条件下,可使人窒息而死。H2具有极强的易燃性,当空气中氢气浓度为474时有爆炸危险。主要来源:有些中等变质的煤层中也有氢气涌出。井下蓄电池充电时可放出氢气,
22、若通风不良,可造成H2积聚。在煤炭开采过程中,H2主要来源于炮烟和煤岩层瓦斯涌出。煤的自燃发火区和火区密闭中也存在少量H2。,32,2 矿井空气中的有害气体二氧化碳CO2,主要危害:CO2主要经呼吸道吸入人体内,高密度时有显著毒性作用,主要是对呼吸中枢的毒性作用。低浓度时呼吸中枢兴奋,如浓度达3%时,呼吸加深;高密度时抑制呼吸中枢,如浓度达8%时,呼吸困难,频率增加。主要来源:CO2主要存在于煤层和煤块内,在采煤过程中与瓦斯一道排出。此外,坑木腐烂、人员呼吸、煤自然发火以及爆破等也可产生CO2。由于CO2密度大,多积聚于巷道低处及通风不良的废巷中。个别煤层或岩层中会出现大量CO2异常涌出现象,
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