矿井空气与有害物

井下空气的主要来源是地面空气，但地面空气进入井下后，会发生物理和化学两种变化，因而井下空气和地面空气的成分有较大的区别。

1．1．1 物理变化

气体混入沼气（CH4）、二氧化碳（CO2）和硫化氢（H2S）等气体从地层中涌出到井下空气中。 多数矿井有沼气涌出。 各矿沼气涌出量的大小不同，有些矿井，瓦斯涌出量高达40～50m3／min；有些矿井还伴随瓦斯涌出氮气（N2）、二氧化硫（SO2）和氢气（H2）等气体。

固体混入——井下各种作业所产生的岩尘、煤尘和其他杂尘浮游在井下空气之中。

气象变化——主要是由于井下空气的温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。

以上物理变化的结果，不仅使得井下空气成分种类增多，而且各种成分的浓度也发生变化。

1．1．2 化学变化

井下的化学变化有：井下一切物质（煤体、岩石、坑木、电缆、电气设备等）的缓慢氧化、爆破作业、煤炭自燃发火区的氧化和人员的呼吸都会产生二氧化碳；井下的爆破工作、火区氧化和机械润滑油高温分解等都产生一氧化碳（CO）；井下火区氧化和含硫煤的水解都能产生硫化氢、二氧化硫；井下爆破工作能产生氧化氮（NO2及N2O5）；井下火区氧化能产生氨（NH3）。

以上化学变化的结果，不仅使井下空气的成分和浓度发生变化，而且各种化学变化都要消耗空气中的氧气而产生二氧化碳，使井下空气中的氧气量减少，二氧化碳量的增加。

在上述成分中，氧气是井下人员呼吸所必需的，必须保证足够的浓度，其余（水蒸汽除外）气体和粉尘，超过一定浓度时，对人体都是有害的，必须把它们的浓度降低到没有危害的程度。在这九种气体中CO、H2S、SO2和NO2（或N2O5）超过一定浓度时，还能使人体中毒。这九种气体为有害有毒气体，又称为矿井瓦斯，而狭义的矿井瓦斯则专指CH4。CH4是煤矿井下普遍存在的气体，在一定浓度范围内，CH4具有爆炸性，其爆炸界限为5％～16％，爆炸之前必然先燃烧，需要累积一定的热量才会爆炸，当CH4的浓度小于5％时，因空气中的CH4少氧气多，虽然能燃烧，但是热量不够，不足以引起爆炸，也不足以引起燃烧，但在高浓度的CH4和新鲜空气的接触面上，点火便可燃烧；CH4的浓度约为9．5％时，能起完全的化学反应，产生的热量最多，爆炸威力最猛。所以CH4是煤矿井下最危险的气体。煤矿井下经常出现且较多的气体是CH4和CO2，这是计算矿井所需风量的主要依据。

对人体有害的气体有五种。其中NO2是最毒的气体，它能强烈地刺激眼睛和呼吸系统，能和呼吸道上的水分化合形成硝酸（HNO3），可使肺浮肿而致命。且初期不易发觉，有时数小时后才有中毒征兆。SO2能较强地刺激眼睛和呼吸系统，使眼睛红肿，俗称害眼气体，此时，这种气体能和呼吸道上的水分化合成硫酸，使肺浮肿而致命。H2S能刺激眼睛和呼吸系统，且能使人体血液中毒致命。 CO能驱逐人体中血液中的氧气，使血液缺氧致命。 这是因为CO比氧气对血素的亲和力大250～300倍。一般煤气中毒就是CO中毒。NH3能刺激眼睛、皮肤和呼吸系统。

粉尘的危害性表现在空气中岩尘或煤尘的浓度超过一定的界限时，人们呼吸了这种含尘空气，经过一段时间，就会得尘肺病。 此外有些煤尘还具有爆炸性，其爆炸界限为30～2000g／m3。