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煤矿井下为什么要进行通风

◎ 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院 李成武 伦敦大学学院社会研究所 李卓朗

在煤矿生产过程中,必须从地面不断为井下供给新鲜空气。煤炭行业有一个专业叫矿井通风,其研究的内容就是如何把新鲜的空气输送到煤矿井下的各个生产工作面。为什么要对煤矿井下进行通风?仅仅是因为防止井下人员缺氧窒息吗?下面我们进行简要分析。

矿井需要通风最主要的原因是供给井下作业人员生存所需要的氧气,特别是人员进行繁重体力劳动时,所需要的氧气更多。人在休息的时候,每分钟的耗氧量为0.2~0.4 升;从事中度劳动时,每分钟的耗氧量为1.2~1.6 升;而在从事重体力劳动时,每分钟的耗氧量为2.5~3.0 升。如果井下没有充足的供风,则会造成作业人员缺氧,缺氧的后果是比较严重的。正常情况下,空气中氧气的比例约占21%,井下缺少供风或供风不足,则空气中氧气的含量就会降低。当空气中的氧气含量降低到15%时,人就会出现呼吸及心跳急促、耳鸣目眩、感知和判断能力降低的现象,从而失去劳动能力;当空气中的氧气含量降低到10%时,人会逐渐失去意识,时间稍长则会有生命危险。所以矿井通风最主要的作用就是供给氧气。

矿井通风的第二个作用是稀释和排出有毒有害气体,防止人员因为吸入有毒有害气体造成身体上的伤害,甚至一些有害气体在达到一定的浓度时可能会发生爆炸。通过矿井通风使其在达到爆炸的浓度时之前就排出到地面,降低其爆炸发生的危险性。井下的有毒有害气体种类很多,常见的有一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、氨气(NH3)、氢气(H2)等。另外,浓度较高的二氧化碳(CO2)也是一种有害气体。

开采过程中会产生大量粉尘

一氧化碳的毒性很大,当一氧化碳浓度达到0.32%时,人员在5~10 分钟内就会出现头痛、眩晕的现象,半小时内可能出现昏迷甚至死亡。而井下很容易产生一氧化碳,如井下爆破、采空区遗留煤自燃、可燃物的燃烧,煤尘或瓦斯的爆炸等等。硫化氢也是一种毒性很强的气体,当井下硫化氢浓度达到0.02%时,现场人员会感到恶心、呕吐、头晕、四肢无力、出现反应迟钝的现象,同时眼睛及呼吸道会出现强烈刺激症状;当硫化氢浓度超过0.06%时,会很快造成人员昏迷、甚至死亡。井下产生硫化氢的条件较多,如有机物腐烂、含硫矿物的水解、矿物氧化和燃烧、老空区和旧巷积水中排放、甚至山西等省份一些矿区煤层中本身就含有硫化氢,开采时就会涌出。井下风流中也含有少量的二氧化硫、二氧化氮和氨气,其对人的主要危害是对眼睛及呼吸系统黏膜有强烈的刺激作用,可引起喉炎和肺水肿。它们主要来源于井下的爆破,有的含硫煤层的氧化会产生二氧化硫、有些氨气甚至煤岩层中本身就少量存在。当井下二氧化碳浓度较高时,其就形成了有害气体,浓度超过3%的二氧化碳气体会使人呼吸急促、心跳加快、头痛、很快感到疲劳,超过9%的二氧化碳气体会使人很快中毒甚至死亡。氢气在井下的含量较少。

通风可有效改善井下作业环境

矿井通风第三个作用是排出生产作业时产生的粉尘。在煤矿的生产过程中,需要把煤从煤壁中剥离下来,然后通过工作面运输系统运到采区煤仓,再由矿车或皮带经由大巷运输到井底煤仓最后提升到地面。把煤从煤壁中剥离的过程,无论是机械割煤还是爆破落煤都会产生大量的粉尘,包括煤的装卸和转运时,同样也会产生较大的粉尘,有些粉尘的颗粒较大,在采掘空间中漂浮一段时间后,由于重力的作用逐渐落下,但有些粉尘由于颗粒较小,其悬浮在空气中时间较长,甚至漂浮在空气中不再落下,这些粉尘如果不及时排出,被人员吸入身体中,就会产生尘肺病。如何把这些粉尘降下来,喷雾洒水是一个有效的手段,但是对于颗粒小的粉尘,通风除尘是必不可少的。通过向井下作业地点进行通风,用新鲜的空气把作业地点原来带有粉尘的空气携带走,使其运移到回风系统中,就降低了粉尘的危害。

矿井通风的第四个作用是调节井下采掘空间的温湿度,使井下人员在作业时有一个舒适的作业环境。试想一下,如果在一个封闭的空间进行作业,作业人员肯定会感到很热。人体本身进行新陈代谢就会产生热量,再加上人员作业时身体运动消耗能量,就会产生更多的热量,同时井下煤岩体本身温度就比较高,原始煤岩体温度可以超过40 摄氏度,这些热量源源不断地向外界散发,就会造成一个很热的作业环境,人员在这样的一个高热的环境中进行工作会很不舒服。同时由于井下煤岩层中含有水,采掘作业时也会用到水,如果井下作业空间是一个密封的空间,则作业地点湿度就会很大,作业人员长期处于潮湿的环境中,可能会产生呼吸系统疾病、湿疹、风湿类疾病,对人的身体健康带来严重危害。因此,通过矿井通风,把煤岩体向外辐射的热量、人体排放的热量、作业环境中的水分等通过风流带走,排到地面环境中,使井下处于一个舒适的作业环境,提高工作人员的作业效率。《煤矿安全规程》对井下各作业场所的温度都有了明确的规定,其目的是保障井下有一个良好的作业环境,这需要矿井通风来实现。

总之,矿井通风的目的主要有四个方面,分别是为作业人员提供氧气,稀释和排出有毒和有害气体,排出粉尘,调节作业地点的温湿度、改善井下的作业环境。矿井通风还会有其他的一些作用,这里不再赘述。

(责任编辑:韩瑜)