矿井通风与安全实验报告(√√√)

辽宁工程技术大学高教自考采矿工程专业（独立本科段）《矿井通风与安全》实验报告第18页共18页实验一矿井风流状态参数测定实验日期指导教师成绩一、实验目的学习使用测定矿井通风风流状态参数的各类仪器仪表，熟悉它们的原理、结构。加深在不同通风方式下，对全压、静压和速压及其相互关系的理解。掌握某断面的平均风速的测定方法，并计算风量。二、实验仪器、设备及工具空盒气压计空盒气压计(图1-1)是由一个波纹形金属真空盒和一套杠杆传动机构组成，(真空合内实际还有50-60毫米水银柱的压力)。（a）外形（b）结构示意1-金属盒；2-弹簧；3-传递机构；4-指针；5-刻度盘；6-链条；7-弹簧丝；8-固定支点图1-1空盒气压计外形和结构示意图干湿球温度计矿井空气的湿度一般用相对湿度来表示，测定相对湿度常用手摇湿度计(图1-2)和风扇式湿度计(图1-3)两种，它们的测定原理一样，湿度计是由两支温度计组成。一支为干温度计，一支为湿温度计(在温度计的水银球面上包裹湿纱布)。图1-3风扇式湿度计图1-3风扇式湿度计图1-2手摇湿度计图1-2手摇湿度计图1图1-3U形水柱计如图1-3所示，它是由一根内径相同的玻璃管弯成U型水柱。并在其中装入蒸馏水，在U形管中间有一刻度尺所组成，其测压原理是：在测压前U形管两端的水面处于水平位置，当一端加入较大的压力时，此端液面下降，另一端液面上升，此时两端液面的距离若为L毫米时，就表明水柱计的两端压力差为L毫米水柱。风表风表的种类有很多，本实验采用叶片式风表（图1-4）测量风速。叶轮式风表由叶轮、传动机构、表盘及外壳四部分组成。按其测风范围又可分为微速（0.3~5m/s）、中速（1~10m/s）、高速（1~30m/s）风表三种。1-叶轮；2-蜗杆轴；3-表盘；4-开关杆；5-回零杆；6-表壳图1-4卡它计卡它计（图1-5）是一种模拟人体表面在空气中的温度、湿度和流动速度三种因素综合作用下散热情况的仪器。它下端的圆形贮液器长约40mm，直径16mm，表面积约为22.6cm2，内贮酒精。仪器中部刻有38℃和35℃两个刻度，其平均值为36.5℃，恰好相当于人体温度。卡它计有干卡它计和湿卡它计两种，前者只能测出对流和辐射形式的散热效果，湿卡它计的贮液器用纱布包起来，能测出对流、辐射和蒸发的综合散热效果。三、实验原理、方法和手段1.空盒气压计当大气压变化时，真空盒面变形，变形值经杠杆传动机构放大，传动到盒面使指针发生偏转，使用前需要用固定水银气压计来校正，校正时用小螺丝刀微微调节盒侧面调节孔内的螺钉，使其指针指示值与水银气压计一致。2.干湿球温度计根据从温度计上分别读出的干温度t干和时温度t湿查气象常用表可得到相对湿度值ψ。绝对湿度可用下式计算：f=ψF饱式中：f—绝对湿度，（g/m3）ψ—相对湿度，（%）F饱——同一温度下的饱和水蒸气量，（g/m3）3.点压力测定（1）绝对压力测定图1-5卡它计就绝对压力而言，无论是抽出式还是压入式通风，其绝对全压均可用下式表示：pti=pi+hvi式中：pti——风流中i点的绝对全压，Pa；pi——风流中i点的绝对静压，Pa；hvi——风流中i点的动压，Pa。（2）相对压力测定就相对压力而言，则与通风方式有关，风流点压的相互关系如下：抽出式通风hti=hi+hvi（1）压入式通风hti=hi-hvi（2）式中：hti——风流中i点的相对全压，Pa；hi——风流中i点的相对静压，Pa；hvi——风流中i点的动压，Pa。本次实验的主要目的，就是对两公式进行验证。不同通风方式下，风流中某点各种压力之间的相互关系如图1-6所示。pipiptihvihhvihihti真空（0）ptihvipip0hti(-)hvi0hi(-)真空（0）(a)(b)（a）压入式通风；（b）抽出式通风；图1-6不同通风方式风流中某点各种压力间的相互关系4.平均风速测定风流产生的压力作用在叶片上，使叶轮转动，叶轮通过一套齿轮传动机械带动指针转动。由于风速与叶轮转速成正比，因而也与指针的转速成正比，而且是线性关系，即：式中：——真实风速，m/s或m/min；——风表读数或称为表速，m/s或m/min（或格/秒、格/分）；、——风表校正系数。5.卡它度的测定取干、湿卡它计各一支，记下各自的卡它常数F，将卡它计下部贮液器置于热水瓶中，使酒精液柱水气泡完全排出。酒精液面上升到上端圆柱形空间内的1/2～1/3处取出，若为干卡它计，则用布将仪器檫干，如为湿卡它计则将下端贮液器纱布内过多的水分拧掉，将仪器置于测定地点，手持秒表，记录酒精液面由38℃下降到35℃的时间t（秒），按下式求出卡它度：W/（S·m2）式中：H——干或湿卡它度；F——卡它常数，其数值为温度从38℃降至35℃时每平方厘米贮液器表面所散失的热量，W/m2；t——酒精液面由38℃降至35℃所经过的时间，秒。四、实验内容本次实验主要测定的矿井通风风流状态参数有：①矿井干湿温度；②矿井大气压力；③矿井大气密度计算；④点压力；⑤平均风速；⑥卡它度。五、实验步骤1.测定矿井大气压力测定时，在测定地点将空盒气压计水平放置，并用手轻轻敲击合面数次，消除指针的蠕动现象，待20分钟左右可读数，读数值还需根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正。2、测定矿井干湿温度用风扇式湿度计测定时，用专用钥匙将小风扇的发条上紧，风扇转动，使空气以1.7～3.0m3、点压力测定步骤1）只将皮托管（—）与压差计连接，测定i点的相对静压；2）同时将皮托管的（+）、（—）接头连至压差计上，测定i点的相对动压；3）只将皮托管（+）与压差计连接，测定i点的相对全压。具体接法如图1-6所示。4、平均风速测定步骤1）测量前关闭开关板闸，使风轮转动而指针不动，压下回零杆，使大小指针均回归“0”位，准备好一块秒表，也使秒表回零，准备使用；2）为了克服风表运转部分的惯性抵抗力，将风表处于测风位置，在风吹动下空转20~30s，并调整风表的叶轮旋转面，尽量与风流方向垂直；3）开始测风时，应使风表开关板闸与秒表同时动作，并且又不要太用力导致风表抖动；4）按测风要求，移动风表并计时，到达规定时间、走完规定路径，即制动风表指针，从表盘上读取格数，再由校正曲线上查处对应的实际风速。风量计算：Q=V均×S式中：S——管道断面积，米2。六、数据处理1.测算记录表1-1干湿温度测定记录表测定次数干球温度（℃）湿球温度（℃）相对湿度备注12311.252022411.892032210.602042210.60202.计算空气密度精确计算公式： 式中：ρ—空气密度，Kg/m3P—测点空气的绝对静压，Pa； t—测点处空气的干温度，℃； —t、tw（湿温度）时空气的相对湿度，%； Pb—空气在t温度下的饱和水蒸气压力，Pa。七、注意事项井下用空盒气压计测大气压时，应使合面平行于风流方向以消除速压影响。用湿度计测定空气的相对湿度时，读数时应首先读湿温度计的示值，然后再读干温度计的示值。风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准；风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差；按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差；有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测；同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值。实验二风流点压力测定实验日期指导教师成绩一、实验目的熟悉风压测定仪表的构造和使用方法。掌握测定点风压和点风流的方法。通过实验更好地理解压人式通风和抽出式通风时风流任一点的全压、静压和动压的相互关系，以及风流某一断面上的风速分布。二、实验设备和仪表扇风机管网系统，皮脱管，U型压差计，单管压差计，空盒气压计，胶皮管。1.扇风机管网系统如图2-1所示。图2-1扇风机和管网系统图2-2皮托管2.皮托管如图2-2所示，它是传递风流压力的仪器，由内外两根细金属管组成，内管前端中心有孔与标有“+”号的管脚相同。外管前端封闭，在其管壁开有4~6个小孔与标有“-”号的管脚相同，测定时使管嘴与风流平行，中心孔正对风流传递测点风流的绝对全压（绝对静压与动压之和），而管壁上的小孔则只传递测点的绝对静压。3.U型压差计如图2-3，有一根弯成U型的玻璃管1（其中装如蒸馏水或酒精），刻度尺2和支撑板组成，测定时，用胶皮管将风流压力接引（传递）到玻璃管内，垂直U型管的两液面差乘以工作液（U形管内所装液体）的比重，即为测定的压差h（mmH2O），如为倾斜U形压差计，它的压差为：H＝LδsinαmmH2O式中：L——U形管内的液面高差（mm）；α——U形管的倾角（°）；δ——工作液比重。4.单管压差计单管压差计工作原理如图1-4所示。它是由一个具有大断面的容器A（面积为F1）与一个小断面的倾斜管B（面积为F2）互相连通，并在其中装有适量酒精的仪器。若在P1与P2压差作用下，具有倾斜度α的管子B内的液体在垂直方向升高了一个高度Z1，而A容器内的液面下降了Z2，这时仪器内液面的高差为：Z=Z1+Z2由于A容器液体下降的体积与B管液体上升的体积相等，即：Z2F1=LF2则：Z2=LF2/F1并Z1=Lsinα把Z1与Z2代入上式，得：Z=Z1+Z2=L（sinα+F2/F1）故用此压差计测得P1与P2之压差h为：h=Zδ=Lδ(sinα+F2/F1)式中：δ——酒精的比重；令：K=δ(sinα+F2/F1)则：h=KLmmH2O式中：K——仪器的校正系数；L——倾斜管上的读数，mm。图2-3U型压差计图2-4单管倾斜压差计测压原理图2-5a，是Y-61型倾斜微压计的结构图，在三角形的底座1上装设容器2与带刻度的玻璃3，并用胶皮管4将其连通。容器2的顶盖上有注液孔螺丝5，三通旋塞6及调零螺丝7，仪器的底座上有水准泡8和调平螺丝9。玻璃管3的倾角可借弧形板10与销钉来调节。为了读数准确，玻璃管3上装有活动游标11。零位调整螺丝下部是一个浸入液体的圆拄体，若转动螺丝就可改变圆柱体浸入液体的深度。三通旋塞如图4-5b所示，当反时针方向转动其旋钮至极限位置（图2-5b左）时玻璃管3借胶皮管12与容器2连通，并经三通旋塞孔与大气相通，而标有“+”、“-”两管接头则被隔断，此时为调整零位位置，当顺时针方向转动其旋钮至极限位置（图2-5b右）时，管接头“+”端与容器2相通，标有“-”管接头借胶皮管12通向玻璃管液面，此时三通旋塞孔与大气的通路则被隔断，此即为测压位置。a.b.图4-5Y-61型倾斜微压计5.仪器的使用（1）注入酒精，将调整螺丝7置于中间位置，拧开注液孔螺丝5，把配置好的酒精（比重0.81）漫漫注入容器2内，直到玻璃内酒精液面在“0”附近为止。（2）调平仪器，将玻璃管按所测压力大小固定到合适位置，用调平螺丝9将仪器调平，转动三通旋塞6至“调零”位置，玻璃管液面如不在“0”刻度上，则调整零位调整螺丝7使液面恰好位于“0”刻度上。（3）测压；将高压接到仪器的“+”接头上，将低压接到仪器的“-”接头上，然后转动三通旋塞到“测压”位置，管内液面上升，待液面稳定后，即可读数，记作L，将其乘以玻璃管所在位置的校正系数K，即为测得的压差。三、实验内容与方法（1）熟悉实验用仪表的构造和使用方法。用比重计测酒精比重后（0.81），注入压差计内，将压差计调平、对零，检查皮托管，用嘴在皮托管的管脚上吹气，从管咀尖端出气的那个管脚为传递全压的“+”管脚，另一则为传递静压的“-”管脚。（2）测风流中任一点的风压。在风道的平直段选定一个断面，将皮托管插入风道内，管嘴位于断面的中心并正对风流方向。开动扇风机，作压人式通风，用胶皮管将皮托管的相应管脚与压差计连接，测该点的相对全压，相对静压和动压。此外，将皮托管沿风道断面垂直上下移动，观察相对静压有无变化。将皮托管转动180°，开动扇风机，作抽出式通风，测相对全压、测相对静压和动压。用空盒气压计或水银气压计测大气压力。用坐标图分析比较压人式和抽出式通风时，测点的绝对全压、绝对静压、动压和相对全压、相对静压、动压之间的关系。（3）测定风道的断面风速分布。测点布置：为了准确测得断面风速分布，必需合理的布置动压测点。通常是将圆断面分成若干等面积环，并在各等面积的面积平分线上布置测点，如图2-6所示为三等面积环的测点布置。如速度场纵横对称，也可以只在纵向（或横向）上布置测点。等面积环数越多，测点越多，则测试精度越高。一般都按风筒直径大小确定等面积环数，可参考表2-1。各测点距风筒中心的Ri用下式计算：mm式中：——从风筒中心算起的等面积环的编号数；——等面积环数；——风筒直径，mm；——风筒半径，mm。表2-1等面积环数查用表风筒直径D（㎜）300400500≥600等面积环的数目n（i）2~33~44~55~6通常皮托管是从风筒一侧插入到测点的（如图2-7），由可以算得皮托管插入深度。图2-6图2-7风速分布测定，在测定断面直径上，按三个等面积环布置七个测点，测各点的动压，计算各点的风速。m/s式中：——点的风速，m/s；——点的风流动压，Pa；——空气密度，kg/m3以纵坐标表示测点位置，横坐标表示风速，用坐标纸按一定的比例绘制该断面的风速分布图。计算断面平均风速：V均式中：——分别为1、2、…n号测点动压测值，Pa；n——测点总数。注意；求平均风速时，中心点的风速不应参与平均。计算断面的风量Q和风速分布系数Kv；Q=S*V均m3/sKv=V均/V中式中：S——风筒断面积，m2；V——平均风速，m/s；V中——中心点风速，m/s。 实验三矿尘浓度测定实验日期指导教师成绩一、实验目的1.粉尘测定的主要目的是为了了解生产环境空气中矿尘对人体健康的危害情况，它对防止矿尘的危害，搞好预防工作，以及鉴定防尘措施的卫生效果提供了科学依据。2.学习使用矿用采样器和扭力天平。3.学习滤膜测尘的方法、步骤，了解测定矿尘的其它仪器。二、实验仪器KBC型矿用隔爆兼安全火花型采样器、扭力天平、矿尘发生箱以及其它矿尘测试仪器三、实验内容1.掌握滤膜测尘的原理、方法、和步骤。2.了解测定矿尘浓度方法和个体粉尘采样器的使用。四、实验原理我国规定采用重量法来表示空气中的含尘量，即每立方米空气中含有多少毫克的矿尘。因此，测定方法均采用重量法，其原理是用抽气装置作动力，抽取一定量的含尘空气使其通过装有滤料的采样器，滤料将矿尘截留，然后根据滤料所增加的重量和通过的空气量计算出矿尘浓度。本次实验就是根据上述原理设计而成的。五、实验步骤1.虑膜称重，用镊子取下虑膜两面的衬纸，将虑膜在分析天平上称重后装入虑膜夹。2.装虑膜，扭下虑膜夹的固定盖，将虑膜中心对准虑膜夹的中心，铺于锥形环上，套好固定盖，将虑膜夹紧，倒转过来将螺丝底座拧入固定盖，放入样品盒中备用。3.取样，将虑膜夹放入采样漏斗1内（图3-1），盖好顶盖2，拧紧。按图3-2所示，将采样器连接于流量计和抽气装置，采样器应置于产尘箱采料口（在现场，采样器的高度应在人的呼吸带内距底板1.3～1.5米）。取出虑膜夹，使受尘面向上装入样品盒内，准备称重。为了保证测尘精度，要求在同一测定以相同流量平行采取两个试样，两者之差不得超过20％。本实验只采取单独试样。4.称重，仔细地将虑膜由夹内取出，将含尘一面向里折2～3折。一般情况下，虑膜先放在干燥器内干燥30分钟后在称量，如虑膜表面有小水珠，则置于干燥箱内。每隔30分钟称重一次，直到相邻两次称重差不超过0.2mg。5.计算空气中矿尘浓度。用下式计算矿尘浓度：式中：——虑膜的增重，mg；——通过虑膜的空气量，L/min；——采样时间，min。两个平行样品分别计算之后，其偏差小于20%时，方属合格。平行样品的差值按下式计算：P=2ΔG/（G1+G2）×100%式中：ΔG——平行样品计算结果之差；G1、G2——分别为两个平行样品计算结果。合格的两个平行样品，用他们计算结果的平均值，作为测点的矿尘浓度。图3-1采样器软管软管采样器流量计抽气装置尘箱图3-2粉尘采样系统实验四有毒有害气体检测（甲烷浓度检测）实验日期指导教师成绩一、实验目的学习并掌握光学瓦斯检定器的构造，原理和使用方法。二、实验原理煤矿井下普遍使用AQG-1型光干涉式瓦斯检定器测CH4和CO2的浓度，它的外形和内部构造见图4-1。图4-1AQG-1型光干涉式瓦斯检定器检定器根据光干涉原理制成，它的关学原理如图4-2所示。灯泡1发出的一束白光，经光栅2和透镜3变成一束平行光射到平行平面镜4后，分成两束光线。其中一束自平面镜的a点反射，经右空气室，大三棱镜和左空气室回到平行平面镜，再经镜底反射镜面的b点，另一束在a点折射进入镜底后反射出来，往返经过瓦斯室也回到平面镜，于b点反射后与第一束光一同进入三棱镜6再经90度反射进入望远镜。这两束光由于光程差（光程为光线通过的路程和所遇过的介质的折射率的乘积），在透镜7的焦点平面上就白色光特有的干涉条纹（通常称“光谱”）条纹中有两条黑纹和若干条彩纹。光通过气体介质的折射率与气体密度有关，如果以空气和瓦斯室都充满新鲜空气时干涉条纹的位置为基准（即为零点），当含CH4的空气进入瓦斯室时由于气体密度的变化，光程也随之发生变化，于是干涉条件产生位移，位移量的大小与CH4浓度的高低成线性关系。所以根据干涉条纹中任一条纹（通常为黑色条纹）的移动距离的大小，就能直接测出空气中的CH4浓度。三、仪器的使用方法仪器使用前要进行下列准备：（1）充填吸收剂水分吸收管中装入氯化钙（或硅胶），二氧化碳吸收管中装入石灰，吸收剂颗粒过大不能充分起吸收作用，过小则阻塞气路，吸收管两端填以脱脂棉，以免煤尘及吸收剂进入仪器内部，吸收剂变质时应及时更换。（2）气密性检查，堵住进气口，用手捏扁吸气球，然后放松，球体不起表明仪器不漏气，放开进气口，球体即膨起，表明气路畅通可以使用。（3）光路系统检查，装好电池后，按下光源电门8，由目镜观察并转动目镜筒，调整到分划板刻度清晰时，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰可转动光源电门7，由微读数观测窗看微读数电源是否接通。 5 12 11 10 9 14 8 13 13 ` 7 6 4 3 6 2 1图4－2检定器的光学系统1－光源2－光栅3－透镜4－平行平面镜5－大三棱镜6－三棱镜7－物镜8－测微玻璃9－分划板10－场镜11－目镜12－目镜保护玻璃13－空气室14－瓦斯室四、CH4浓度测定首先，在新鲜风流中对零：按压微读数电门7，逆时针转动微调螺旋3，将微读数调到零点，捏放橡皮球5～6次，使瓦斯室内充满新鲜空气，按压下光源电门8，由目镜观察干涉条纹的同时，转动主调螺旋2，使条纹中的某一黑线正对分划板的零点，盖紧主调螺旋盖15，就可以进行测定了。测定时，在测定地点捏放橡皮球5～6次，将待测气体吸入瓦斯室，按下光源电门8，读出黑基线位移后的整数值，再转动微调位螺旋3，使黑线遇到和该读数重合，由微调读数盘上读数读出小数，例如，位移的整数为2，微读数为0.46，则CH4浓度为2.46％。该仪器还可以用来测定其它气体，但是必须加装专门的吸收管并进行测定结果校正。CO2浓度的测定，空气中同时存在CH4和CO2时，先测出CH4浓度浓度，然后取下吸收管，测出CH4浓度和CO2的混合浓度。因为CO2的折射率（1.000418）与CH4浓度的折射率（1.000411）相差不大，一般测定时，后一读数减去前一读数即为CO2浓度。精度测定时，还要乘以校正系数k，kCO2＝0.952。五、实验内容和方法在掌握了仪器的构造，原理和使用方法以后，分别由瓦斯缸内取样测缸内浓度各二次，取其平均值。实验五标准状态下煤的自燃发火期测试实验日期指导教师成绩一、实验目的通过实验了解煤的自然发火期测定方法，掌握煤自然发火从流变到突变的原因和条件。二、实验仪器北京东西电子研究所煤自燃性测定仪，型号ZRJ-1。三、仪器介绍1.ZRJ-1型煤自燃倾向测定仪是煤矿安全分析仪器定点产品，国家《煤矿安全规程》规定使用的“煤自燃倾向性色谱吸氧法”的专用仪器。煤炭系统百项推广项目之一。2.利用双气路流动色谱吸氧法，测定煤低温吸附流态氧的特性，根据煤在既定条件下的吸氧量值，对煤进行自燃倾向性等级进行分类。3.执行标准：MT/T707-1997《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》、MT/T708-1997《煤自燃性测定仪技术条件》。4.特点：①仪器设计专用性强，结构紧凑、稳定性好、操作简单；②采用抗氧化热丝元件和恒定热丝平均温度桥路供电方式；③四路样品同时处理系统，测试效率高；④微机控制，自动恒温，自动打印分析结果，并按照标准规定自动分类。测量范围吸氧量0.05-4ml(毫升)/g(煤)测量误差≤5%基线漂移≤0.6mv/hr灵敏度≥10mv/ml(N2载气，O2峰高)电源220V±20%，50Hz±0.5，500W。四、煤的自燃倾向性鉴定方法1.着火点鉴定法着火点法实际上就是利用煤炭经过氧化后（空气或者其他氧化剂）其着火点温度相对降低的原理来进行分类的。煤炭经过一定氧化后其着火温度降低的越多越易自燃，而且不随氧化剂而变。我国20世纪50年代依照此原理建立了煤自燃倾向性