矿井有毒有害气体
在煤矿生产过程中,经常遇到的有毒有害气体有:甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、一氧化碳(CO、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)、氨气(NH1)等。矿井中由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体叫瓦斯。有时单独指甲烷。
1.甲烷(CH4)
甲烷是矿井瓦斯中的主要成分。它是一种无色、无味、无嗅的气体,微溶于水,对空气的相对密度为0.554因为它比空气轻,所以常积聚于巷道上部、独头上山巷道或冒落的高顶处。虽然甲烷无毒,但浓度较高时会因缺氧而引起人的窒息。
纯甲烷不燃烧也不爆炸,当它和适量的空气混合,达到爆炸极限5%~16%后,如遇到高温或明火,就会发生爆炸。甲烷的分子直径远小于煤或岩石的孔隙,所以能轻易从煤岩层穿过而进入井巷中。
按照规定,在采掘工作面进风流的瓦斯浓度不得超过0.5%,在采掘工作面和采区的回风流中,瓦斯浓度不得超过1%,在矿井和一翼的总回风流中,瓦斯浓度不得超过0.75%。
所以,尽管瓦斯具有窒息性、燃烧和爆炸性,只要将井下空气中的瓦斯含量控制在安全含量以下,并杜绝一切引燃引爆火源，媒矿瓦斯窒息、燃烧或爆炸事故是可以避免的。
2.二氧化碳(CO2)
二氧化碳是无色、略带酸臭味的气体,不助燃,也不供人呼吸,略有毒性,易溶于水,对空气的相对密度为1.52。由于它比空气重,常积聚于巷道底部、井筒和下山的据进迎头。
二氧化碳是空气中的成分之一,正常含量对人无影响。但如果煤(岩)层中有大量二氧化碳喷出,超过正常浓度,就会刺激人的呼吸系统,当二氧化碳浓度为1%时,呼吸急促,浓度增加到5%时,呼吸困难,同时有耳鸣和心跳加快的感觉,达到10%~20%时,使人发生昏迷失去知觉,当浓度高达20%以上时,人将中毒死亡。因此,《规程》规定:采掘工作面进风流中,按体积计算的CO2不得超过0.5%;总回风流中不得超过0.75%;工作面风流中CO2浓度不大于1.5%。
同时,对于瓦斯或二氧化碳的含量,《规程》明确规定,采区回风巷采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1%,或二氧化碳浓度超过15%时,必须停止工作,撤出人员,采取措施,进行处理。
3.氢气(H2)
氢气是一种无色、无味和无嗅的气体,对空气的相对密度为0.07,是最轻的气体,氢气难溶于水,不供呼吸,在空气中浓度达到4%~7%时具有爆炸性,因此,规定氢气的最高允许浓度为0.5%井下。氢气主要是蓄电池机车充电时所放出以及火灾或瓦斯爆炸事故时所产生,有时,地层内也可放出氢气。
4.一氧化碳(CO)
氧化碳是无色、无味、无嗅、有毒的气体。对空气的相对密度为0.97。微溶于水,能燃烧,浓度达到13%~75%时遇火能爆炸。由于一氧化碳的相对密度与空气接近,所以它能均匀地和空气混合,一氧化碳有强烈的毒性,对人体有较大的危害,人体血液中的血红素与一氧化碳的亲和力比它与氧的亲和力大250~300倍。
人体一氧化碳中毒程度取决与一氧化碳浓度、接触一氧化碳时间、呼吸频率和呼吸深度等,当空气中一氧化碳浓度为0.016%时,经数小时会出现头痛、心跳、耳鸣等轻微中毒症状,浓度达到0.048%时,1h即可引起上述症状,达到0.128%时,经0.5~1h,能严重中毒,意识迟钝,丧失行动能力;达0.4%时,短时间即可失去知觉、抽筋、休克,经过20-30min即死亡。
煤矿井下一氧化碳主要是由放炮、发生火灾及瓦斯煤尘爆炸而产生的。《规程》规定一氧化碳最高允许浓度为0.0024%。
5.二氧化氮(NO2)
二氧化氮是一种红褐色有强烈窒息性的气体,对空气的相对密度为1.57,易溶于水而产生有腐蚀性的硝酸,对人的眼睛,呼吸道及肺部组织有强烈的腐蚀作用,并能使血液中毒。
二氧化氮中毒后一般需要6h才会发作。当浓度达到0.004%时,即会出现喉咙受刺激、咳嗽、胸部发痛感觉,达到0.01%时短时间内会出现严重咳嗽、恶心、呕吐、腹痛等症状,当达到0.025%时,短时间内人会死亡。
煤矿井下空气中二氧化氮主要是炸药爆破产生大量一氧化氮和二氧化氮,而一氧化氮极不稳定,一遇空气即被氧化成二氧化氮,《规程》规定井下二氧化氮在空气中的浓度不得超过0.00025%
6.二氧化硫(SO2)
二氧化硫是一种无色、有强烈硫磺气味及酸味的有毒气体,相对于空气的密度为2.22,易溶于水。
二氧化硫同潮湿的表皮接触时能产生硫酸,能刺激眼及呼吸道黏膜。当浓度达到0.0005%时就有刺鼻感。当浓度达到0.05%时,就有致命的危险。
井下二氧化硫气体主要来自含硫矿物的氧化、燃烧,在含硫体中爆破以及从含硫矿层中涌出。常积聚于巷道底部或倾斜巷道的下部。《规程》规定它的最高允许浓度为0.005%。
7.硫化氢(H2S)
无色、微甜、有臭鸡蛋味的气体,对空气的相对密度为1.19,易溶于水,一般一个体积的水中能溶解25个体积的硫化氢,因此它常溶在井下巷道的积水中,受搅动能释放出来。
硫化氢有强毒性,对眼睛和呼吸系统有强烈的刺激作用,硫化氢气体具有燃烧和爆炸性,当空气中硫化氢浓度达到6%时,遇火就能爆炸。《规程》规定硫化氢的最高允许浓度为0.00066%。
8、氨(NH3)
氨气是一种无色、极毒的气体。有氨水的臭味,易溶于水,它对空气的相对密度为0.6,能刺激人的皮肤和上呼吸道,严重者可损伤眼睛。
氨气主要在矿井发生火灾或爆炸事故时产生。《规程》规定氨气的最高允许浓度为0.004%。
总之,矿井有毒有害气体的主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)等,要使有毒有害气体浓度控制在《规程》规定的范围之内,这就需要根据具体情况,依靠科技手段,采取综合措施加以治理,如加大通风量、局部抽放瓦斯、进行煤体注入石灰水、放炮采用水炮泥、注意喷雾洒水等。当发生火灾、爆炸、老空区突水、煤与瓦斯奕出等事故时,不仅氧含量不足,而且空气中的有毒有害气体也通常是致命的,应注意按正确的方法佩戴自救器,按避灾线路安全撤离。