矿井大气指地面下矿井内部各处的空气环境，又称为“矿内空气”。主要由自然和机械通风引入的地表的清洁空气和地下矿井开采过程中产生的各种气体混合组成。

与地面大气相比，矿井大气含氧量较低，有害气体（如二氧化碳、一氧化碳、甲烷、二氧化硫、硫化氢及氧化氮等）含量较高，并有矿尘混入，湿度通常较大1。

与地面大气的区别矿井大气与地面大气不同之处在于：

①氧气含量较低并增加了有害气体，如CO、CO2、CH4、SO2、H2S、及NO等。这些有害气体因爆破、氧化，自矿体泄出而产生，且因井下地质构造不同，而在种类、浓度等方面变化较大。

②矿尘混入：粉尘含量明显高于地面大气，粉尘的化学成分因矿物组成不同而异，常含有不同程度的游离二氧化硅。

③湿度较高：可因矿井深度、矿层含水量及矿物氧化状况而异。

④CH4、煤尘易爆物遇明火时可引起火灾和爆炸事故。

组成地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。干空气是指完全不含有水蒸汽的空气，由氧，氮，二氧化碳，氩，氖和其他一些微量气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。

新鲜空气：井巷中用风地点以前，受污染程度较轻的进风巷道内的空气。

污浊空气：通过用风地点以后，受污染程度较重的回风巷道内的空气。

1.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。

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。

人体输氧量与劳动强度的关系

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矿井空气中氧浓度降低的主要原因有：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；此外，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。

2.二氧化碳（CO2）

二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略带酸臭味。二氧化碳比空气重（其比重为1.52），在风速较小的巷道中底板附近浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。

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；炸药爆破；煤炭自燃；瓦斯，煤尘爆炸等。

3.氮气（N2）

氮气是一种惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，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。

矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。

质量标准采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20%；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。

气体分析硫化矿山需要分析的主要气体是SO2、H2S、O2等，如果开采的矿体与碳质有关时，还要分析CO、CO2气体。气体分析最重要的是取样，如何取到有代表性的气体是个关键。其内容包括：

（1）矿井大气的取样，在风流中取样时，必须注意测点位置，在可以进入的巷道内，取样地点必须位于能够取得所需气体的地方。对污风流的下方位置，取样地点距离最少应有18m。但如其他地点较为有利或需要取得特定的资料时，可不受此限。在处于停滞或流动缓慢的空气中以及空气有可能形成层流形态时，取样点必须固定在三个高度上，即顶板下方的特定距离处，巷道中间附近的特定高度处，底板上方的特定距离处。各取样点需要在间隔不大的时间内重复取样而加以比较，而且各取样点必须保证各次试样均在同一地点采取。另外，也可用管子固定于所需要的某一点并放在风流下风侧，管子长度不少于1m。

（2）在密闭区内取样，密闭区内的取样地点一般必须固定在距每一密闭墙内侧最少4.5m处，在所有情况下通入的管子均应达到这一长度而且应位于密闭墙的一半高度以上。如果密闭区将来准备打开，管子应伸到密闭墙以外20m的距离；在某些情况下，需要把取样管通到距火源更近的地点比较适宜，如果密闭墙是筑在倾斜巷道内时，新鲜风流可能沿着底板流下而造成漏风。在这种情况下，最好在不同高度上取样，而且在建筑密闭墙时就要按上述的办法在三个水平上分别安装取样管使之穿过密闭墙。

（3）取样方法，使用的取样法有：直接取样法，即采用注射器、塑料袋、取样瓶、球胆等直接取样；富集取样法，即采用溶液吸收的方法，一般用双氧水吸收SO2和氢氧化钡吸收二氧化碳等，这种方法必须配备流量计和抽气动力装置；远距离自动取样法，即在地面通过管束自动取样，自动化验分析2。

矿井大气湿度是指矿井大气中所含水蒸汽量[2]。

矿井大气的湿度矿内空气湿度是指矿内空气中所含水蒸汽量3。

湿度的表示方式空气的湿度表示空气中所含水蒸气量的多少或潮湿程度，表示空气湿度的方法有绝对湿度、相对湿度和含湿量三种。

绝对湿度 指单位容积或单位质量湿空气中含有水蒸汽的质量，用表示。其单位与密度的单位相同，其数值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密度。在温度不变的条件下，单位体积空气所能容纳的水蒸汽分子数是有一定限度的，超过这一限度，多余的水蒸汽就会凝结出来。这种含有最大限度水蒸汽量的湿空气叫做饱和空气；其所含水蒸汽量叫饱和湿度，用表示，此时的水蒸汽分压力叫做饱和水蒸汽压力，用Ps表示。

影响湿度的因素（1）地面湿度随季节变化较大，阴雨季节湿度较大，夏季相对湿度较低，但气温较高，冬季相对湿度较大，但气温较低，绝对湿度并不太高。地面湿度除受季节影响外，还与地理位置有关，我国湿度分布，沿海地区较高（平均为70～80%），向内陆逐渐降低，西北地区达最低值（平均为30～40 %）。

（2）当矿井涌水量较大或滴水较多，由于水珠易于蒸发，则井下比较潮湿，一般金属矿山井下湿度在80~90%左右。在盐矿，涌水较小，且盐类吸湿性较强，相对湿度一般为15～25 %。

矿山大气污染扩散污染物质在矿山大气中传播和稀释的过程。矿山大气污染扩散分矿区大气污染扩散和矿井大气污染矿散两种。

矿区大气污染扩散影响矿区大气污染扩散的因素有气象动力因子、气象热力因子和地形。

气象动力因子主要有风和湍流。风在不同时刻有着相应的风速和风向，它对污染物质起输送和迁移的作用。在近地表的大气层中，风速是时快时慢的，这一特点称为风的阵性；风向也是忽上忽下忽左忽右变动的，风的这种阵性和变动就叫做大气湍流。湍流对污染物质起稀释和再分配的作用。实践表明，风速越大，地表面越粗糙，湍流就越强，污染物质扩散的速度也就越快。因此，风和湍流是决定污染物质扩散稀释的最直接和最本质的因素，其他气象因素都通过二者而起作用。

当地表风通过露天矿坑的边缘时，由于露天矿坑的存在，风流扩大变形，形成自由湍流。在自由湍流的边界面上，纵向风流速度为零；边界面上方，纵向风流保持原风向；边界面下方，纵向风流反转180°。边界面的法向风流，其前部分（远离矿坑边缘）通过该边界面流向下方；其后部分（靠近矿坑边缘）则流向上方；其中间部位某点（线），边界面的法向风速为零。这样构成穿越该边界面的环流流动，称为复环流。坑内污染物质就是通过复环流进行扩散交换的，并为边界面上方的纵向风流带出坑外。

气象热力因子主要有温度层结。温度层结是指地球表面上方，大气温度随高度而变化的情况，以气温垂直递减率γ表示，即每升高100m气温下降的摄氏度数。当γ0，其值超过干绝热温度梯度。（2）逆温对流扩散露天矿坑外围的空气，沿边坡流入坑内，稀释后的污染空气垂直向上流出。产生逆温对流扩散的充分和必要条件是，垂直温度梯度为负值，邻接地表的边坡面对其附近空气进行辐射冷却。由于辐射逆温妨碍地表上空污染物质的进一步扩散，往往造成矿区大气污染，因此，无论出现何种逆温，露天矿都不宜进行大爆破作业。

地形大气污染物质随风运行时，碰到了高的丘陵和山地，在迎风面发生沉降作用，引起附近地区的污染；如越过丘陵，则在背风面出现涡流，造成污染物质聚集。在山间谷地和盆地地区，大气中污染物质不易扩散，常在谷地上和坡地上回旋。在夜间，由于底谷平静，冷空气下沉，暖空气上升，易出现逆温，妨碍污染物质的扩散。位于沿海和沿湖的矿山，受海风和湖风的影响，白天污染物质随海风和湖风运行，在陆地上形成“污染带”，如碰到山丘，将产生回流，在迎风面造成污染4。

矿井大气污染扩散影响矿井大气污染扩散的主要因素有通风风流的速度、空气与岩壁的温差和污染物的密度梯度等。污染物的重力分离、吸附、吸收、氧化和还原等也都不同程度影响着矿井大气污染扩散。

通风风流的速度风流对矿井大气污染起着对流扩散和自由湍流扩散的作用。在井巷中，风流一般属于湍流管流，污染物是按湍流速度分布规律为风流所运载而排除的。这种排除机理称对流扩散；当井巷中的风流流入硐室时，在硐室中形成自由湍流，硐室中的污染物质与进入的新鲜风流混合稀释后，再由回风道排出。这种排除机理称自由湍流扩散。在其他条件相同时，风速越大，污染物的扩散速度也就越快，是诸因素中的最重要者。

空气与岩壁的温差在独头巷道中，空气与周围岩壁接触而发生热交换，造成温度分布的不平衡，引起独头巷道中空气的自由对流，使得污染空气与新鲜空气互相混合而稀释。这种排除机理称自由对流扩散。自由对流扩散的强度，除取决于空气与岩壁的温差外，还与独头巷道的倾角有关。由于自由对流扩散的速度慢且不稳定，故在现代化矿井中很少单独利用它来通风。

污染物的密度梯度在非均质气体中，气体分子从高密度区向低密度区运动的速率大于从低密度区向高密度区的速率，因此呈现出气体宏观的质量迁移运动。这种质量迁移运动称分子扩散，其速度取决于气体密度梯度的大小。在封闭容器中，分子扩散只能使各部分气体的成分和密度均匀化。在无人工通风的独头巷道中，工作面的污染空气向巷道出口方向扩散。当污染源为有限源时（例如放炮后的炮烟），只要扩散时间相当长，便可依靠分子扩散来排除污染空气。但由于分子扩散速度非常低，在正常作业循环的场所无法利用4。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学