矿内空气课件

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1、矿内空气1王德明王德明 秦波涛秦波涛能源与安全工程学院能源与安全工程学院 Mine Ventilation and Safety中国矿业大学教学多媒体课件中国矿业大学教学多媒体课件矿内空气矿内空气2矿井通风系统组成矿内空气矿内空气3第一章第一章 矿内空气矿内空气 依靠通风动力，将定量的新依靠通风动力，将定量的新鲜空气，沿着既定的通风路线不断地输入井鲜空气，沿着既定的通风路线不断地输入井下，以满足各用风地点的需要，同时将用过下，以满足各用风地点的需要，同时将用过的污浊空气不断地排出地面。这种对矿井不的污浊空气不断地排出地面。这种对矿井不断输入新鲜空气和排出污浊空气的作业过程断输入新鲜空气和排出污

2、浊空气的作业过程叫做叫做矿井通风。矿井通风。是为井下各工作地点提供足是为井下各工作地点提供足够的新鲜空气，使其中有毒有害气体、粉尘够的新鲜空气，使其中有毒有害气体、粉尘不超过规定值，并有适宜的气候条件。不超过规定值，并有适宜的气候条件。矿内空气矿内空气4 矿井通风系统通常被称为矿井的心脏与动矿井通风系统通常被称为矿井的心脏与动脉。矿井通风是保障矿井安全的最主要技脉。矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段之一。术手段之一。本章内容本章内容:矿内空气的主要成分矿内空气的主要成分井下常见的有害气体井下常见的有害气体矿井的气候条件矿井的气候条件矿内空气矿内空气51.1 矿内空气成分及其基本性质矿内空气

3、成分及其基本性质气体成份（分子式）体积百分比（%）质量百分比(%)氮气（N2）78.0975.55氧气（O2）20.9523.13二氧化碳（CO2）0.030.05氩气，其它稀有气体0.931.25矿内空气矿内空气6 地面空气进入矿井以后，由于受到污染，地面空气进入矿井以后，由于受到污染，其成分和性质要发生一系列的变化，如氧其成分和性质要发生一系列的变化，如氧浓度降低，二氧化碳浓度增加；混入各种浓度降低，二氧化碳浓度增加；混入各种有毒、有害气体和矿尘；空气的状态参数有毒、有害气体和矿尘；空气的状态参数（温度、湿度、压力等）发生改变等。一（温度、湿度、压力等）发生改变等。一般来说，将井巷中经过用

4、风地点以前、受般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新新鲜空气（新风）鲜空气（新风）；经过用风地点以后、受；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊空气（乏风）污浊空气（乏风）。矿内空气矿内空气矿内空气矿内空气7尽管矿井空气与地面空气相比，在性质尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但在新鲜空气中其主上存在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。在污要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。在污浊空气中含有大量有毒有害气体：一氧浊空气中含有大量有毒有害气体

5、：一氧化碳（化碳（CO）、二氧化氮（）、二氧化氮（NO2）、二氧）、二氧化硫（化硫（SO2）、硫化氢（）、硫化氢（H2S）等。）等。有毒有害气体成分有毒有害气体成分矿内空气矿内空气8氧气（氧气（O2）氧气是维持人体正常生理机能所需要的氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体。人类在生命活动过程中，必须不气体。人类在生命活动过程中，必须不断吸入氧气，呼出二氧化碳。人体维持断吸入氧气，呼出二氧化碳。人体维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人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。的体质、精神状态和劳动强度等。矿内空气矿内空气9人体需氧量与劳动强度的关系劳动强度呼吸空气量/Lm

6、in-1氧气消耗量/Lmin-1休息0.20.4轻劳动0.6.0中度劳动1.2.6重劳动1.82.4极重劳动2.53.0矿内空气矿内空气10人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系氧浓度（体积）/%主要症状17静止时无影响，工作时能引起喘息和呼吸困难15呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力降低，失去劳动能力1012失去理智，时间稍长有生命危险69失去知觉，呼吸停止，如有及时抢救几分钟内可能导致死亡当空气中的氧浓度降低时，人体就可能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。的症状，严重时可能导致缺氧死亡。矿内

7、空气矿内空气11人员呼吸人员呼吸煤岩和其他有机物的缓慢氧化煤岩和其他有机物的缓慢氧化煤炭自然煤炭自然瓦斯、煤尘爆炸瓦斯、煤尘爆炸煤岩和生产过程中产生的各种有害气体煤岩和生产过程中产生的各种有害气体矿内空气中氧浓度降低的主要原因矿内空气中氧浓度降低的主要原因 在井下通风不良的地点，如果不经检查在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入，就可能引起人员的缺氧窒息。而贸然进入，就可能引起人员的缺氧窒息。我国煤矿安全规程规定，矿内空气中氧我国煤矿安全规程规定，矿内空气中氧含量不得低于含量不得低于20%。矿内空气矿内空气12氮气（氮气（N2）氮气是一种惰性气体氮气是一种惰性气体,是新鲜空气中的主要是新

8、鲜空气中的主要成分成分,它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但空气中若氮气浓度升高，势必造成氧浓但空气中若氮气浓度升高，势必造成氧浓度相对降低，从而也可能导致人员的窒息度相对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正因为氮气为惰性气体，因此又性伤害。正因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和生物腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。生物腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。矿内空气矿内空气13二氧化碳（二氧化碳（CO2）二氧化碳是无色、略带酸臭味的气体

9、，二氧化碳是无色、略带酸臭味的气体，比比重为重为1.52，是一种较重的气体，很难与空，是一种较重的气体，很难与空气气 均匀混合，故常积存在巷道的底部，均匀混合，故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不助然也不能供人呼吸，易溶于水，生成不助然也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。在新鲜空气中含有微量粘膜有刺激作用。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的，但如果空气的二氧化碳对人体是无害的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼中完全不含有二氧化碳，

10、则人体的正常呼吸功能就不能维持。吸功能就不能维持。矿内空气矿内空气14在抢救遇难者进行人工输氧时，往在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入往要在氧气中加入5%的二氧化碳，的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能。以刺激遇难者的呼吸机能。但当空气中二氧化碳的浓度过高时，但当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，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，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。严重时也可能造成人员中毒或窒息。二氧化碳对人呼吸的影响二氧化碳对人呼吸的影响矿内空气矿内空气15 二氧化碳中毒症状与浓度的关系二氧化碳浓度（体积）

11、/%主 要 症 状1呼吸加深，但对工作效率无明显影响3呼吸急促，心跳加快，头痛，人体很快疲劳2呼吸困难，头痛，恶心，呕吐，耳鸣6严重喘息，极度虚弱无力79动作不直协调，大约十分钟可发生昏迷911数分钟内可导致死亡矿内空气矿内空气16矿井空气中二氧化碳的主要来源是：煤和有矿井空气中二氧化碳的主要来源是：煤和有机物的氧化；人员呼吸；碳酸性岩石分解；机物的氧化；人员呼吸；碳酸性岩石分解；炸药爆破；煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。炸药爆破；煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然出二氧化碳，有的甚至能与煤

12、岩粉一起突然大量喷出，给矿井带来极大的危害。大量喷出，给矿井带来极大的危害。规程规定规程规定:进风流中二氧化碳不得大于进风流中二氧化碳不得大于0.5%；总回风流中总回风流中,二氧化碳不超过二氧化碳不超过1%。矿内二氧化碳的主要来源矿内二氧化碳的主要来源矿内空气矿内空气17一氧化碳（一氧化碳（CO）CO是一种无色、无味、无臭的气体，相是一种无色、无味、无臭的气体，相对密度为对密度为0.97,微溶于水微溶于水,能与空气均匀地能与空气均匀地混合。混合。CO能燃烧，浓度在能燃烧，浓度在13%75%时时有爆炸的危险；有爆炸的危险；CO与人体血液中血红素与人体血液中血红素的亲合力比氧大的亲合力比氧大250

13、300倍（血红素是倍（血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞）。一旦细胞）。一旦CO进入人体后，首先就与进入人体后，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，从而造成人体血液氧的功能，从而造成人体血液“窒息窒息”。矿内空气矿内空气18一氧化碳中毒症状与浓度的关系一氧化碳中毒症状与浓度的关系一氧化碳浓度（体积）/%主 要 症 状0.0223小时内可能引起轻微头痛0.0840分钟内出现头痛,眩晕和恶心。2小时内发生体温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗

14、，可能出现昏迷。0.32510分钟内出现头痛，眩晕。半小时内可能出现昏迷并有死亡危险。1.28几分钟内出现昏迷和死亡。矿内空气矿内空气19一氧化碳对人的生理作用一氧化碳对人的生理作用矿内空气矿内空气20空气中一氧化碳的主要来源有：井下爆空气中一氧化碳的主要来源有：井下爆破；矿井火灾；煤炭自然以及煤尘、瓦破；矿井火灾；煤炭自然以及煤尘、瓦斯爆炸事故等。斯爆炸事故等。规程规定规程规定:矿内空气中矿内空气中CO浓度不得浓度不得超过超过0.0024%。矿内矿内CO的来源与允许浓度的来源与允许浓度矿内空气矿内空气21二氧化硫二氧化硫(SO2)二氧化硫是一种无色二氧化硫是一种无色,有强烈硫磺味的气体有强烈

15、硫磺味的气体,易溶易溶于水于水,在风速较小时在风速较小时,易积聚于巷道的底部易积聚于巷道的底部.对眼睛对眼睛有强烈刺激作用有强烈刺激作用.二氧化硫与水后生成都市硫酸二氧化硫与水后生成都市硫酸,对呼吸器官有腐对呼吸器官有腐蚀作用蚀作用,使用喉咙和支气管发炎使用喉咙和支气管发炎,呼吸麻痹呼吸麻痹,严重时严重时引起肺病水肿引起肺病水肿,当空气中含二氧化硫为当空气中含二氧化硫为0.0005%时时,嗅觉器官能闻到刺激味。嗅觉器官能闻到刺激味。0.002%时时,有强烈的刺有强烈的刺激激,可引起头痛和喉痛。可引起头痛和喉痛。0.05%时，引起急性支气时，引起急性支气管炎和肺水肿，短期间内即死亡。管炎和肺水肿

16、，短期间内即死亡。规程规定：空气中二氧化硫含量不得超过规程规定：空气中二氧化硫含量不得超过0.0005%。矿内空气矿内空气22二氧化氮二氧化氮(NO2)二氧化氮是一种褐红色的气体二氧化氮是一种褐红色的气体,有强烈的刺激有强烈的刺激气味气味,相对密度为相对密度为1.59,易溶于水易溶于水.二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,对对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。二氧化氮中腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无明显感觉，毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无

17、明显感觉，还可坚持工作。但经过还可坚持工作。但经过624小时后发作，中小时后发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。头痛、呕吐甚至死亡。矿内空气矿内空气23二氧化氮中毒症状与浓度的关系二氧化氮（体积）/%主 要 症 状0.00424小时内可出现咳嗽症状。0.006短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸疼。0.01短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹，严惩咳嗽，恶心，呕吐。0.025短时间内可能出现死亡。矿内空气矿内空气24矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破工作。爆破工作。规程规定，氮氧化合物不得超过

18、规程规定，氮氧化合物不得超过0.00025%。二氧化氮的来源与允许浓度二氧化氮的来源与允许浓度矿内空气矿内空气25硫化氢（硫化氢（H2S）硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到中浓度达到0.0001%即可嗅到即可嗅到,但当浓度较高时但当浓度较高时,因嗅觉神经中毒麻痹因嗅觉神经中毒麻痹,反而嗅不到。硫化氢相对反而嗅不到。硫化氢相对密度为密度为1.19,易溶于水易溶于水,在常温、常压下一个体积在常温、常压下一个体积的水可溶解的水可溶解2.5个体积的硫化氢个体积的硫化氢,所以它可能积存所以它可能积存于旧巷的积水中于旧巷的积水中.硫化氢能燃烧硫化

19、氢能燃烧,空气中硫化氢浓空气中硫化氢浓度为度为4.3%45.5%时有爆炸危险时有爆炸危险.硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水肿；而且还能阻碍生物的氧化炎、气管炎和肺水肿；而且还能阻碍生物的氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时过程，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。体迅速昏迷或死亡。规程规定硫化氢的允许浓度为规程规定硫化氢的允许浓度为0.00066%矿内空气矿内空气26氨气（氨气（NH3）氨气是一种无色、有浓烈臭味的气

20、体，氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，比重为比重为0.596,易溶于水易溶于水,空气浓度中达空气浓度中达30%时有爆炸危险。时有爆炸危险。氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。可引起喉头水肿。矿内空气中氨气的主要来源：爆破工作，矿内空气中氨气的主要来源：爆破工作，用水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。用水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。规程允许浓度为规程允许浓度为0.004%。矿内空气矿内空气27氢气（氢气（H2）氢气无色、无味、无毒，相对密度为氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能自燃，其点燃温度比甲烷低氢气能自燃，其点燃温度比甲烷低10

21、0200，当空气中氢气浓度为，当空气中氢气浓度为4%74%时有爆炸危险。时有爆炸危险。井下空气中氢气的主要来源：井下蓄电井下空气中氢气的主要来源：井下蓄电池充电时可放出氢气；有些中等变质的池充电时可放出氢气；有些中等变质的煤层中也有氢气涌出。煤层中也有氢气涌出。矿内空气矿内空气28矿内空气温度矿内空气温度是影响矿内气候条件的重要因素。矿内空气温度是影响矿内气候条件的重要因素。气温过高或过低，对人体都有不良的影响。最适气温过高或过低，对人体都有不良的影响。最适宜的矿内空气温度是宜的矿内空气温度是1520。1影响矿内空气温度的主要因素影响矿内空气温度的主要因素1)岩石温度岩石温度岩层温度的三带岩层

22、温度的三带 变温带变温带 随地面气温的变化而变化的地带随地面气温的变化而变化的地带 恒温带恒温带 地表下地温常年不变的地带地表下地温常年不变的地带 增温带增温带 恒温带以下地带恒温带以下地带 12 矿内气候条件矿内气候条件矿内空气矿内空气29增温带岩石温度的计算增温带岩石温度的计算不同深度处的岩层温度可按式计算：不同深度处的岩层温度可按式计算：tt0+G(ZZ0)式中式中 t0恒温带处岩层的温度，恒温带处岩层的温度，；G地温梯度，即岩层温度随深度变化地温梯度，即岩层温度随深度变化率，率，/m，常用百米地温梯度，即常用百米地温梯度，即/100m；Z岩层的深度；岩层的深度；Z0恒温带的深度。恒温带

23、的深度。矿内空气矿内空气302)空气的压缩与膨胀空气的压缩与膨胀 空气向下流动时，由于空空气向下流动时，由于空气柱的增加，空气受到压缩而产生热量，一般垂气柱的增加，空气受到压缩而产生热量，一般垂深每增加深每增加100米，其温度升高米，其温度升高1；相反，空气向；相反，空气向上流动时，则又因膨胀而降温，平均每升高上流动时，则又因膨胀而降温，平均每升高100米，温度下降米，温度下降0.80.9。3)氧化生热氧化生热 矿井内的有机矿物、坑木、充填材矿井内的有机矿物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化发热。例如，经氧化料、油垢、布料等都能氧化发热。例如，经氧化生成生成2克二氧化碳时，可使克二氧化碳时

24、，可使1 3米空气升温米空气升温14.5。在煤层中的采准巷道，暴露煤面氧化产生的热量在煤层中的采准巷道，暴露煤面氧化产生的热量较大，故回采工作面是通风系统中温度最高的区较大，故回采工作面是通风系统中温度最高的区段。段。矿内空气矿内空气314)水分蒸发水分蒸发 水分蒸发时从空气中吸收热水分蒸发时从空气中吸收热量，使空气温度降低。每蒸发一克水可量，使空气温度降低。每蒸发一克水可吸收吸收0.585千卡的热量，能使千卡的热量，能使1米米3空气降空气降温温1.9，可见水的蒸发对降低气温起着，可见水的蒸发对降低气温起着重要的作用。重要的作用。5）通风强度）通风强度(指单位时间进入井巷的风指单位时间进入井巷

25、的风量量)温度较低的空气流经巷道或工作面温度较低的空气流经巷道或工作面时，能够吸收热量，供风量越大，吸收时，能够吸收热量，供风量越大，吸收热量越多。因此，加大通风强度是降低热量越多。因此，加大通风强度是降低矿井温度的主要措施之一。矿井温度的主要措施之一。矿内空气矿内空气32 6)地面空气温度的变化地面空气温度的变化 地面气温对井下气温地面气温对井下气温有直接影响，尤其是较浅的矿井，矿内空气有直接影响，尤其是较浅的矿井，矿内空气温度受地面气温的影响更为显著。温度受地面气温的影响更为显著。7)地下水的作用地下水的作用 矿井地层中如果有高温热泉，矿井地层中如果有高温热泉，或有热水涌出时，能使地温升高

26、，相反，若或有热水涌出时，能使地温升高，相反，若地下水活动强烈，则地温降低。地下水活动强烈，则地温降低。)其它因素其它因素 如机械运转以及人体散热等都对如机械运转以及人体散热等都对井下气温有一定影响。特别是随着机械化程井下气温有一定影响。特别是随着机械化程度的不断提高，机械运转所产生的热量不能度的不断提高，机械运转所产生的热量不能忽视忽视矿内空气矿内空气33矿内空气温度的变化规律矿内空气温度的变化规律 在进风路线上矿内空气的在进风路线上矿内空气的温度与地面气温相比，有温度与地面气温相比，有冬暖夏凉冬暖夏凉的现象。回采工的现象。回采工作面的气温在整个风流路作面的气温在整个风流路线上，一般是最高的

27、区段。线上，一般是最高的区段。在回风路线上，因通风强在回风路线上，因通风强度较大，水分蒸发吸热，度较大，水分蒸发吸热，气流向上流动而膨胀降温，气流向上流动而膨胀降温，使气温略有下降，但基本使气温略有下降，但基本上常年变化不大。上常年变化不大。矿内空气矿内空气34矿内空气的湿度矿内空气的湿度矿内空气湿度矿内空气湿度是指矿内空气中所含水蒸汽量。是指矿内空气中所含水蒸汽量。绝对湿度绝对湿度指每指每1m3或或1kg的湿空气中所含水的湿空气中所含水蒸汽量的克数。蒸汽量的克数。相对湿度相对湿度指湿空气中实际含有水蒸汽量与指湿空气中实际含有水蒸汽量与同温度下的饱和水蒸汽量之比的百分数。同温度下的饱和水蒸汽量

28、之比的百分数。式中式中 w空气中所含水蒸汽量空气中所含水蒸汽量(即绝对湿度即绝对湿度)，g/m3；s在同一温度下空气中的饱和水蒸在同一温度下空气中的饱和水蒸汽量，汽量，g/m3。空气中饱和水蒸汽量的大小取决。空气中饱和水蒸汽量的大小取决于空气的温度。于空气的温度。,%100ws矿内空气矿内空气35井下空气湿度的变化规律井下空气湿度的变化规律 进风线路有可能出现进风线路有可能出现冬干夏冬干夏湿湿的现象。进风井巷有淋水的现象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘工作面的情况除外。在采掘工作面和回风线路上，气温长年不和回风线路上，气温长年不变，湿度也长年不变，一般变，湿度也长年不变，一般都接近都接近10

29、0，随着矿井排，随着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地内带走数吨甚至上百吨的地下水。下水。矿内空气矿内空气36131空气的密度、比容单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号表示。空气可以看作是均质气体，故：表示。空气可以看作是均质气体，故：式中式中 M空气的质量，空气的质量，kg V空气的体积，空气的体积，m3 ；空气的密度，空气的密度，kgm3；一般地说，当空气的温度和压力改变时，其体积会发一般地说，当空气的温度和压力改变时，其体积会发生变化。所以空气的密度是随温度、压力而变化的，生变化。所以空气

30、的密度是随温度、压力而变化的，从而可以得出空气的密度是空间点坐标和时间的函数。从而可以得出空气的密度是空间点坐标和时间的函数。如在大气压如在大气压P0为为101 325Pa、气温为、气温为0(27315K)时，时，干空气的密度干空气的密度0为为1293kgm3。VMVMVMVMVM 13矿内空气的热物理参数矿内空气的热物理参数矿内空气矿内空气37湿空气的密度是湿空气的密度是lm3空气中所含干空气质空气中所含干空气质量和水蒸气质量之和：量和水蒸气质量之和：式中式中 1m3湿空气中干空气的质量，湿空气中干空气的质量，kg；1m3湿空气中水蒸气的质量，湿空气中水蒸气的质量，kg vdvdvdvddd

31、v矿内空气矿内空气38由气体状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气的密度计算公式：式中P空气的压力，Pa；t空气的温度，；Ps温度t时饱和水蒸气的分压，Pa；相对湿度，用数表示。空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，用符号(m3kg)表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式。则：PPtPs378.01273003484.01MV矿内空气矿内空气391.3.2 空气的比热、内能、焓一比热一比热 在分析热力过程时，常涉及到气体的内能和焓的计算，在分析热力过程时，常涉及到气体的内能和焓的计算，这些计算都要用到气体的比热。这些计算都要用到气体的比热。单位物量的物质在单位温度变化时所

32、吸收或放出的热量单位物量的物质在单位温度变化时所吸收或放出的热量称为比热。称为比热。定义式为定义式为 比热的单位取决于热量单位和物量单位。表示物量的单比热的单位取决于热量单位和物量单位。表示物量的单位不同，比热的单位也不同。通常采用的物量单位位不同，比热的单位也不同。通常采用的物量单位：质：质量量(kg)、标准容积、标准容积(Nm3)和千摩尔和千摩尔(kmo1)。因此，相应。因此，相应的就有质量比热、容积比热和摩尔比热之分。的就有质量比热、容积比热和摩尔比热之分。xdTqc矿内空气矿内空气40二空气的内能 气体的内能是指气体内部分子热运动的动能和气体的内能是指气体内部分子热运动的动能和由分子间

33、相互吸引力所产生的位能的总和，即由分子间相互吸引力所产生的位能的总和，即）（U）（U（u）pk分子力所形成的势能分子动能内能 井下空气可视为理想气体，而理想气体是没井下空气可视为理想气体，而理想气体是没有分子间相互吸引力的气体。因此气体分子的有分子间相互吸引力的气体。因此气体分子的内能决定于气体的绝对温度内能决定于气体的绝对温度T，即即 uf（T）矿内空气矿内空气41三焓焓是一个组合的状态参数，表示气体热焓是一个组合的状态参数，表示气体热力状态的总能量。单位质量物质的焓称力状态的总能量。单位质量物质的焓称为比焓（有时也将比焓简称为焓），即为比焓（有时也将比焓简称为焓），即有有ppvumHhkg

34、J/矿内空气矿内空气421.3.3 空气的粘性当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力内摩擦力)以阻止相对运动，以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。流体具有的这一性质，称作流体的粘性。由牛顿内摩擦定律得：由牛顿内摩擦定律得：式中 F-内摩擦力，N；S-流层之间的接触面积，m2；-动力粘度(或称绝对粘度)，Pa.s。dyduSF当流体处于静止状态或流层间无相对运动时，dudy=0，则F=0。在矿井通风中还常用运动粘度，用符号 (m2s)表示：矿内空气矿内空气43矿内空

35、气矿内空气441.4 矿内空气的热力变化过程矿内空气的热力变化过程 矿井空气热力学和自然风压计算等课题都要求矿井空气热力学和自然风压计算等课题都要求对井下空气的状态变化给予具体分析。对井下空气的状态变化给予具体分析。141等容过程等容过程 就是在比容保持不变的情况下所进行的热力变就是在比容保持不变的情况下所进行的热力变化过程。当化过程。当v=常数，由气体状态方程可知：常数，由气体状态方程可知：上式表明：等容过程是上式表明：等容过程是v不变而绝对压力和绝不变而绝对压力和绝对温度成正比变化的过程。对温度成正比变化的过程。因因v不变，即不变，即dv=0，则，则Pdv=0,热力学第一定律热力学第一定律

36、得：得：常数vRTPuuqd0dd矿内空气矿内空气45上式表明：在这个过程中，空气不对外做功，空气所吸收戍放出的热量等于内能的增加或减少。因 不变，空气密度 也不变，则通风常用的积分式的变化(即压能变化)为：vv,/1vv,/1vv,/1vpppppdp121221/vppppdp121221/矿内空气矿内空气46142 等压过程当P=常数时，则vT=RP=常数。表明等压过程是P不变而v和T成正比变化的过程。对外界作功为热量变化为：vPvvPdvPPdv211221vPduPdvdudq21矿内空气矿内空气47上式表明：在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空气焓的增加或减少。因 ，故压能变化

37、为：0dp021dp矿内空气矿内空气48143 等温过程当T=常数时，则 表明等温过程是T不变而P和v成反比变化的过程。因 ,则对外作功为：因T不变，则内能u不变，故热量变化为：。RTPv常数vRTP/21122121lnlnPPRTvvRTvdvRTdvvRT2121lnln0dPPRTPPRTq矿内空气矿内空气49上式表明：在此过程中，空气从外界获得的热量，等于空气对外界作出的功；或者说空气向外界放出的热量，等于空气从外界获得的功。因 故压能变化为：1,1111PvPvvpPv121121lnPPPdp矿内空气矿内空气50144 绝热过程 绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下 ，所进行

38、的膨胀或压缩的过程，空气的 T、v都发生变化，而且变化规律很复杂。前人分析得出：在此过程中空气对外界作出的功等于空气内能的减少；空气从外界获得的功等于空气内能的增加。其状态变化规律为：式中 K绝热指数，对于空气，K=1.41则压能变化为:0dqP、常数kkvPPv11112211222111vPvPkkPPkkdp0dq0dq0dq0dq0dq矿内空气矿内空气511.4.5 多变过程这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为:式中 n多变指数，可以是任何实数，不同的n值决定不同的状态变化规律，描述不同的变化过程例如，当n=0时，P=常数，表示等压过程；n=1时，Pv=常数，表示等温过程；n=K时，Pvk=常数，表示绝热过程；n=时，v=常数，表示等容过程。因，则压能变化为：常数nPv112211222111vPvPnnPPnndp矿内空气矿内空气521.5 实际气体的状态方程 实验证明：只有在低压下，气体的性质才近似符合理想气体状态方程式，在高压低温下，任何气体对此方程都出现明显的偏差，而且压力愈大，偏离愈多。实际气体的这种偏离，通常采用与RT的比值来说明这个比值称为压缩因子，以符号Z表示，定义式为：（1-5-1）显然，理想气体的Z1，实际气体的Z一般不等于1，而是Z1或Z1。Z值偏离1的大小，是实际气体对理想气体性质偏离程度的一个度量。RTpvZ