《矿井通风与安全》实验指导书.docx
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《矿井通风与安全》实验指导书
安全科学与工程学院
《矿井通风与安全》
实验指导书
适用专业:
安全工程、采矿工程
程磊、樊小利、张学博编写
河南理工大学
1、实验前必须认真预习实验指导书及实验内容,明确实验目的、步骤、原理、回答实验教师的提问,回答不合要求者,须重新预习,才能进行实验。
2、对规定实验外确属需要的内容,可先提出实验原理和方法,经教师或实验技术人员同意后,方可进行实验。
3、做实验时必须严格遵守实验室的规章制度和仪器设备的操作规程,服从教师和实验技术人员的指导。
4、爱护仪器设备,节约使用材料,使用前详细检查,使用后要整理就位,发现丢失或损坏应立即报告,未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品,不准将任何实验室物品带出室外。
墙角数枝梅,凌寒独自开,遥知不是雪,为有暗香来。
5、实验时必须注意安全,防止人身和设备事故的发生,若发生事故应立即切断电源,及时向指导教师报告,并保持现场,不得自行处理,待指导教师查明原因并排除故障后,方可继续实验。
6、进入实验室后应保持安静,不得高声喧哗和打闹,不准抽烟,不准随地吐痰,不准乱抛纸屑杂物,要保持实验室和仪器设备的整齐清洁。
7、实验完毕后,经实验室工作人员检查仪器设备、工具、材料及实验记录后方可离开。
8、实验后要认真完成实验报告,包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表等。
对不合格要求的实验报告应退回重做。
9、对违反实验规章制度和操作规程、擅自动用与本实验无关的仅器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的肇事者必须写出书面检查,视情节轻重和认识程度按规定处理。
10、在进入实验室前,务必搞好个人卫生,不得将脏物带入室内,有净化要求的实验室,进室必须换拖鞋。
实验一矿井空气中主要有害气体浓度的测定1.
实验二矿井气候条件的测定5..
实验三风流点压力和平均风速的测定9..
实验四风表的校正1..4.
实验五摩擦阻力系数和局部阻力系数的测定1.7
实验六矿内空气中瓦斯浓度的测定及瓦斯爆炸演示2.0
实验七离心式风机性能测定2..5
实验八布袋式除尘器性能测定演示2..9
实验九矿井通风阻力测定3..2
实验十矿山救护演习3..9.
实验十一通风机特性测定4..3
实验十二局部通风技术测定4..5
实验一矿井空气中主要有害气体浓度的测定
实验类型:
验证性实验学时:
2实验要求:
必修
一、实验目的
1、学习比长式CO检定管的原理,并掌握其测定方法。
2、了解DQJD-1型多种气体检定器及AQY-50型唧筒的构造,并掌握其使用方法。
二、实验内容
1、比长式CO检定管
⑴原理:
比长式CO检定管(图1-1)内装发烟硫酸及硅胶作载体吸附I2O5的指示剂,当CO和I2Q
接触时,CO能使I2Q还原出游离碘。
图1-1
碘和SO3作用生成棕色化合物,反应式如下。
I2O5+5CO>5CO2+I2
I2+S03棕色化合物
其变色长度与通过管内的CO浓度成正比,因此可从刻度上直接读出CO的浓度。
⑵规格:
西安煤矿安全仪器厂生产的CO检定管按其测定范围分为三种规格,即C1D型(0.0005〜
0.01%),ClZ型(0.005〜0.1%),C1G型(0.05〜1%),供测定不同浓度的CO选用。
鹤壁矿
务局安全仪器厂生产的CO检定管按其测定范围不同分五种规格:
即一型0.0005〜0.005%;
二型0.001〜0.05%;三型0.01〜0.5%;四型0.2〜5%;五型0.5〜15%。
2、DQJD-1型多种气体检定器
如图1-2所示,DQJD-1型多种气体检定器是由内弹簧的波纹形皮囊构成,皮囊的一侧
有进气阀并与进气口相通,另一侧装有排气阀。
测定时将检定管插入进气口,用压缩皮囊,
皮囊内的空气从排气口排出。
然后将手松开,皮囊在弹簧作用下以一定的速度均匀张开,吸
入待测气体,多种气体检测器与比长式CO检定管可配套使用。
图1-2
3、AQY-50型唧筒
AQY-50型唧筒(图1-3)与比长式检定管配套使用,唧筒可抽取被测气体样品,并均匀送
入检定管内,它由唧筒活塞④,吸气口①,排气口②和三通开关③组成,活塞杆上有0—50
毫升的刻度,可控制取样数量和送气速度,三通开关用以控制气流方向,当开关把手与进气
口平行时,唧筒与吸气口连接。
当开关把手与排气口平行时,唧筒与排气口连通,位于两者
之间(45°)时,被测气体被封闭在唧筒内。
1-气体入口;2-检定管插孔;3-三通阀把;4-变换阀;5-垫圈;6-活塞筒;7-拉杆;
8-—手柄
图1-3
三、仪器设备
唧筒、多种气体检定器、酒精灯等。
四、所需耗材
一氧化碳检知管、酒精。
五、实验原理、方法和手段
见上。
六、实验步骤
比长式co检定管测定法
1、采取空气试样:
用唧筒取样时,在测定地点应该先将活塞往返抽送2-3次,使筒内
原来存在的气体完全被试样气体所代替。
(注:
实验室CO的制取如图1-4所示)
图1-4
2、送入气体试样:
把检定管两端打开,将检定管所标注(进气方向箭头)进气一端插
入唧筒排气插孔中,按检定管要求的推送时间均匀的把唧筒内50毫升试样气体送入检定管,
此时将产生一棕色环。
3、读值:
棕色环所指的刻度即为CO的浓度。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
1、检定管应放置在阴凉处,两端切勿碰坏,使用时也不要过早打开两端。
以防影响测定效果。
2、比长式检定管的推送时间应根据厂家标定的标准时间均匀推送。
如鹤壁矿务局生产
的检定管推送时间为100秒,西安煤矿仪器厂生产的检定管推送时间为90秒。
3、高浓度CO的测定
测定前应首先作好测量人员的防毒措施,然后按下述方法进行测定:
如果被测气体的浓
度大于检定管最大刻度时,可以抽取一部分空气试样,然后用新鲜空气冲淡2〜10倍,最后
将所测结果乘以冲淡的倍数,即为所测CO的实际浓度。
其计算式如下:
CO真=检定管指示值X稀释的倍数
4、微量CO浓度的测定
50ml的倍
当所测CO浓度低于检定管最小示值时,可采用延长推送时间或连续送气(
数)的方法来测定,其结果要除以时间延长的倍数(与标准时间相比)或连续送气的次数,即可得出CO的真实浓度值。
其计算如下:
CO真=检定管指示值/时间延长的倍数或送气的次数。
九、预习与思考题
1、测定CO含量时,棕色环并没有出现,或者棕色环超过检定管最大量程,这是怎么回事?
请解释。
2、如果测量环境空气的一氧化碳浓度较大或特小,如何利用比长式检测管测定其浓度?
十、实验报告要求
无。
实验_二矿井气候条件的测定
实验类型:
验证性实验学时:
2实验要求:
必修
一、实验目的
1、学习空盒气压计、干湿球温度计等测定气候条件常用仪表的原理、构造,并掌握其使用方法。
2、掌握空气密度和卡他度的测算方法。
二、实验内容
略。
三、仪器设备
1、空盒气压计
空盒气压计(图2-1)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)。
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。
(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2-1
2、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2-2)和风扇
式湿度计(图2-3)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)。
用手摇湿度计测定时,手握摇把以每分钟约150转的速度旋转1-2分钟后,立即读取两支温度计的读数(先读湿度计度数)。
湿球因其纱布上的水份蒸发吸热,它的示数值偏低,温度越低,蒸发吸热越多,干湿温度计数值差别越大。
根据干温度计(或湿温度计)读值(tC)及干湿温度计差值(△tC)查(通风
Hr
安全学)附录三即可计算出空气的相对湿度(①)。
图2-2图2-3
58
图2-4
3、卡他温度计及气候条件测量
气候条件是空气的温度、湿度和风速三者的综合结果,气候条件的优劣
不能单从某个方面去衡量,必须测出其综合结果,测定气候条件一般采用卡
他温度计。
卡他计(图2-4)是一种模似人体表面在空气温度、湿度及风速综合作用
下散热情况的仪器。
它的下端为长圆形贮液球,长约40mm直径为16mm表
面积为22.6cm2,内贮有色酒精,中部刻有38C和35C两个刻度,其平均值
为36.5C,恰似人体温度。
其上端也有长园形的空间,以便在测定时容纳上
升的酒精,卡他计全长为200mm
卡他计分为干卡他计和湿卡他计两种,前者只测出对流和辐射下的散热
效果,后者是在卡他计的贮液球上包裹上湿纱布,能测出对流,辐射和蒸发的综合散热效果。
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
1、空盒气压计
测定时,在测定地点将其水平放置,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。
空盒气压计是一种携带式气压计,一般用于井上下非固定地点测大气压。
2、干湿球温度计
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
3.0m/s的流速经过干湿温度计的水银球面周围,待1〜2分钟,两支温度计示数稳定后即可读值计算。
3、卡它计
测定时,将干卡它计先放在60-80C的热水里使酒精上升至仪器的上部空间1/3处左右,取出抹干,将仪器置于测定地点用秒表记录酒精面从38C下降到35C所需要的时间t,可
用下式计算卡他度:
H干=F(毫卡/厘米2秒)
t
式中:
H干一一干卡他度,毫卡/厘米2秒;
F――卡他常数,其值为温度从38C下降到35C时每厘米2贮液球表面所散失的热量,毫卡/厘米2;
t――从38C下降到35C所经过的时间,秒。
如果测定对流、辐射和蒸发三者的综合散热效果,可采用湿卡他计测量,用纱布将干卡他计的贮液球包起来按上述方法进行,其计算公式如下:
H湿=
式中符号意义同前。
对于从事井下中等劳动强度的工作人员,比较舒适的干、湿卡他度分别为8-10毫卡/
厘米2秒和25-30毫卡/厘米2秒。
六、实验步骤
略。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
1、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。
2、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。
3、使用手摇湿度时应注意摇把螺丝的松动,防止摇动脱落损坏。
4、沾水时应用加水器加水,水要充分沾湿但不要滴水。
5、卡他计的酒精切勿充满上部的空间(只充到上部空间1/3),防止内部压力过大将贮液
球爆裂。
九、预习与思考题
1、空盒气压计的读数为何要进行校正?
2、为什么说卡他计是检查气温、湿度及风速综合作用的一种仪器?
十、实验报告要求
无。
实验三风流点压力和平均风速的测定
实验类型:
验证性实验学时:
2实验要求:
必修
一、实验目的
1、验证h全h静h速,p全p静p速,以巩固在不同的通风方式下三种压力的相互关系。
2、掌握某断面的平均风速的测定方法,并计算风量。
二、实验内容
(一)点压力测定
1、首先熟悉管网系统的风流方向,观看皮托管是否正对风流并量管道中心位置。
了解
胶皮管与U形水柱计的接头是否正确,明确每台U形水柱计测哪一种压力。
(压入式与抽
454.
出式通风系统的测压布置如图3-3所示)
图3-3
2、点压力测定
全都检查无误并明确管网系统的布置方式,此时可开动风机待风机运转正常压、速压同
时读出,填入表格,用空盒气压计或水银气压计测定大气压并填入表格。
3、验证
就相对压力而言:
抽出式h全h静h速
压入式h全h静h速
就绝对压力而言:
注:
压入式通风:
抽出式通风
P全=巳
h全
136
Pa
h静
136
13.6
h全
136
卩静=巳―
h静
136
h速
P速速速
13.6
为迎面法和侧身法两种。
迎面法需将测得的真风速乘以
1.14的校正系数。
侧身法校正系数
(二)断面平均风速测定
K由下式计算:
K3
S
式中S――测风站的断面积,m2;
严
线路法测风
定点法测风
m2。
0.4――测风员阻挡风流的面积,
图3-4
、仪器设备
矿山通风安全仿真实验系统、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风表、秒表。
1、U形水柱计:
U形水柱计如图3-1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。
2、风表:
风表的种类有很多,本实验本实验采用叶片式风表(图
3-2)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。
风表的叶轮是风速感受部分,它在风流的作用下转动。
为了减少风轮轴与轴承之间的摩擦阻力、提高轴承寿命,轴承内镶有宝石。
叶片与旋转轴之垂直平
面呈一定角度,常为45。
左右。
风表的传动机构加上表盘、开关杆、回零杆等就形成了风表、机芯及计数部分。
为了减
少传动摩擦阻力,使风表启动风速低、机械传动部分转动平稳,风表中采用了修正摆线齿形,其轮轴上装有指针,以便与表盘配合读出读数,这套齿轮传动由离合器控制,使之在规定时
间内记录下叶轮转动的次数。
机械传动机构的传动比为1:
3600,即叶轮转动3.6圈,大针
转动1小格;大针转动100小格,小针转动1小格。
指针指示的总格数除以从合上到打开的时间(通常为1分钟,用秒表计时),即得风表读数(格/分或格/秒)。
1-叶轮;2-蜗杆轴;3-表盘;4-开关杆;5-回零杆;6-表壳
图3-2
四、所需耗材
五、实验原理、方法和手段
风表工作原理:
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:
V真abV表
V
式中:
真——真实风速,m/s或m/min;
V表风表读数或称为表速,m/s或m/min(或格/秒、格/分);
a、b——风表校正系数。
上述方程代表的直线成为风表校正曲线,每块风表都要通过实际校正得出该风表的校正曲线和曲线方程。
六、实验步骤
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。
执风表方法有两种:
一种为中指由下向上勾住提环,食指伸开抵住风表壳体右侧,无名
指和小指并扰托住壳体左侧,起动、制动、回零全由拇指拨动离合闸板或推动回零杆来完成;另一种是中指由上向下勾住提环,食指抵在表头与壳体联接的右侧,拇指顶在壳体左侧,小指伸直在下部抵住壳体,无名指弯曲,食指用以打开离合闸板,拇指推顶回零压杆和制动离合闸板。
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XS
式中:
S——管道断面积,米2。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
1、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;
2、风表不能距离人体和巷道壁太近,否则会引起较大误差;
3、风表叶轮平面要与风流方向垂直,偏角不得超过10°,在倾斜巷道中测风时尤其要
4、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;
5、秒表和风表的开关要同步,确保在1min内测完全线路(或测点);
6、有车辆或行人时,要等其通过后风流稳定时再测;
7、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。
九、预习与思考题
1、从U型垂直压差计上如何判断风机的工作方法?
十、实验报告要求
无。
实验四风表的校正
实验类型:
设计实验学时:
2实验要求:
必修
一、实验目的
1、了解风洞测试系统,风表校正仪的构造、原理并掌握其操作方法。
2、掌握风表校正的一般步骤和方法。
二、实验内容
略。
三、仪器设备
风洞测试系统、风表、秒表、皮托管等。
1、风洞测试系统(图4-1)
(1)技术特征
A、检定范围:
0.1〜40m/s,在检定范围内,风速可任意调节;
B、外型尺寸:
总长9.05m,宽为4.24m,占地约38.37m2。
洞体采用4mm及8mm的钢板焊接而成。
(2)构造
风洞洞体由稳定段(包括蜂窝器和阻尼网)、收缩段、试验段、扩散段、拐角、过渡
段组成,总收缩比为16。
从保证流场品质的角度出发,将两个试验段串列在一侧,这样流
经两个试验段的气流都处于连续收缩状态,有益于保证流场品质和测试精度。
图4-1
动力系统由6片风扇桨叶、5片止旋片、头整流罩、尾整流罩和电机组成,电机转速为
1000Rpm,轴功率4KW。
A、稳定段:
对气流起稳定作用,为收缩段提高品质良好的入流条件。
由等直管道、
蜂窝器和两层阻尼网组成。
B、收缩段:
其作用是将进风口流来的气流加速,使工作段获得实验时所需要的速度,
同时能够降低气流的纵向和横向湍流度。
因此,此段面由大逐渐变小,一般要求其大小断面
积之比(收缩比)不小于4。
C、扩散段:
对气流起减速作用,将动压能转换为静压能,减小能量损失。
D、拐角:
对气流起转向和导向作用,使气流沿洞体回转360°
E、实验段:
实验段为封闭的,且镶有玻璃窗,以供检定时直接观察,为了将风表方
便的安置在实验段内,还开有一活动玻璃窗,以便打开进行操作。
本风洞测试系统由两个试验段。
2、皮托管
皮托管(图4-2)是由内外两小管组成。
内管前端有中心孔与标有“+号的管脚相通,夕卜管前端不通,在其管壁上开有4-6个小孔与标有一'的管脚相通。
内外管之间互不相通,使用时使管嘴与风流平行,中心孔正对风流。
此时,中心孔接受风流的点静压和点速压(即点全
压),而管壁上的小孔只接受风流的点静压。
e
图4-2
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
校正原理:
首先在实验段安设待校正的风表和皮托管;然后,利用风洞控制系统设定风
速V真1,待电压稳定风机运转正常时,开启待校正的风表,读取风表表速V表1。
然后利通
过风洞控制系统分别设定不同的风速V真1、V真2,V真3……,按上述同样方法分别测出
V表2,V表3
最后用上述几组对应值,以表速为横坐标,真风速为纵坐标,绘出风表校正曲线,并根据校正曲线计算出风表的校正公式。
六、实验步骤
1、校正前仔细检查风机螺丝是否松动,实验段密闭性是否完好,所使用风表、秒表、皮托管是否正常。
2、皮托管距风洞壁不能小于4分之1工作段半径。
皮托管的测头要与风洞轴线平行。
3、启动风机,按风表的最大风速范围,均匀地确定数个测点(一般为六个),改变风机
转速,待风流稳定后依次读出结果,每次最好读两次求出其平均值。
4、计算测定结果,绘制校正曲线,并根据校正曲线计算出风表的校正公式。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
1、要保证风洞测试系统试验段风流稳定时,方可进行实验。
2、改变风机转速时,要从小到大。
3、待校正风表要放在合适的试验段。
九、预习与思考题
无。
十、实验报告要求
无。
实验五摩擦阻力系数和局部阻力系数的测定
实验类型:
设计实验学时:
2实验要求:
必修
一、实验目的
1学习测算摩擦阻力系数和局部阻力系数的方法。
2、掌握测定通风阻力,求算风阻,等积孔并绘制风阻特性曲线的方法。
二、实验内容
略。
三、仪器设备
轴流式风机及管网系统,皮托管、空合气压计、温度计、胶皮管、三通、倾斜U形水
柱计,垂直U形水柱计。
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
1摩擦阻力系数a的测定
《矿井通风与安全)第三章第二节可知,对某一段风道(实验室为管道)的摩擦阻力可按
下式计算:
式中:
h摩摩擦阻力,mmH2O;
a摩擦阻力系数,kg?
W/m4;
L——风道长度,m;
S――风道断面积,m2;
Q通过风道的风量,m3/s。
由5-1式可知,若要测出某段风道的摩擦阻力系数a,只要测出这段风道的摩擦阻力(h
摩)和通过的风量(Q),同时把风道的长度(L)周边长(U)和净断面积(S)量出来,可计算出风道的
摩擦阻力系数a。
(1)h摩的测定
根据风流的能量方程可知:
1—2=RZ111BZ22
2g
本次实验风道水平布置位压差为零(5-2)式改为:
空气重率,由下式求出:
P0.461T
式中:
p空气密度(kg/m3);
P大气压,毫米汞柱;
T——绝对温度,(273+tC)
风量取1和2两点的平均风量:
(4)摩擦阻力系数a的计算:
h摩1一2S
ULQ2
换算到标准状态下的a值:
=1.2
标—测
测
2、局部阻力系数E的测定
由于风流的速度和方向突然发生变化,导致风流本身产生剧烈的冲击,形成极为紊乱的涡流,从而损失能量,造成这种冲击涡流的阻力就叫局部阻力,可由下式求出
2
v
p
(5-4)
2g毫米水柱
1点距拐弯处4—6倍的管道直径,2点距拐弯处12-14倍的管道直径。
在小型管道拐弯的前后选择三个测点1、2、3。
测出1、3两点的通风阻力h阻1-3。
I摩2-3l
L2-3
—3=
P—P
L2-3
L—3
(5-5)
h阻1—3=h阻1—3+h局弯
h阻1-3=(P1-P3)+(Z1p1—Z3p)+(h速1—h速3)
因为管道直径相等又不漏风并水平位置,故位压差速压差均为零,因此
(P1-P2)、(P2-P3)分别由U形水柱计测出
2gh局
W2—则: