《礦井通風與安全》課程實驗指導書

1、礦井通風與安全課程實驗指導書安 全 工 程 教 研 室實驗一 空氣中有害氣體濃度測定一、實驗目的 學習并掌握檢定管法測空氣中有害氣體濃度的原理和方法。二、實驗儀器 1、檢定管 檢定管為裝有某種檢測用試劑的玻璃管，待測氣體通過檢定管時與該試劑發(fā)生化學反 應，并呈現(xiàn)一定的顏色或變色長度，從而測出該氣體的濃度。根據變色深淺測定濃度的叫比色法檢定管。根據變色長短測定濃度的叫比長法檢定管。煤礦常用的有CO、CO2、H2S和SO2檢定管。本次實驗只用比長法檢定管測CO或H2S濃度。 （1）比長法CO檢定管 比長法CO檢定管（圖1-1）內裝有發(fā)煙硫酸及硅膠做載體吸收I2O5的指示劑，當CO與I2O5接觸時，

2、發(fā)生如下的反應：H2SO4 I205 + 5CO - 5CO2 + I2 碘與SO3作用成棕色化合物，它的長度與通過檢定管得空氣中CO濃度成正比。根據棕色化合物的長度由檢定管的刻度上可以直接讀出CO濃度。 1 2 3 4 5 6圖1-1比長式CO檢定管1堵塞物2活性碳3硅膠4消除劑5玻璃粉6指示劑（2）比長法H2S檢定管 管內裝有以陶瓷做載體吸附醋酸鉛和氯化鋇的白色指示劑。它與H2S發(fā)生下列化學反應： Pb(CH3COO)2(白色)+ H2S PbS(黑色) + 2CH3COOH 加入氯化鋇可生成一部分Pb2CI2S以增加色柱長度，提高測定精度。 2、取樣唧筒 唧筒用采取被測氣體試樣并將AQY

3、-50型CO檢定器唧筒。它由唧筒活塞4、吸氣口1、排氣口2和三通開關組成，活塞桿上有0-50毫升的刻度，可以控制取樣數量和送氣速度。三通開關用以控制氣流方向，當開關把手與吸氣口平行時，唧筒與吸氣口連通，它與排氣口平行時，則連通排氣口。位于兩者之間時（450），各路都不通。圖1-2 抽氣唧筒1-；-氣體入口；2-檢定管插孔；3-三通閥閥把；4-活塞柱；5-比色板；6-溫度計三、實驗方法和步驟 1、在測定地點將開關把手置于吸氣位置，并將唧筒往復推壓2-3次，以清洗唧筒，然后將活塞桿拉出，氣體試樣就被抽吸在唧筒內了。再將開關把手置于（450）封閉位置。 2、將檢定管兩端用小銼刀切斷，把進氣端插入唧筒

4、的排氣口上，再將開關把手置于排氣口位置，按照檢定管的使用說明書對送氣量和送氣時間的要求，使氣樣流過檢定管CO與指示膠起反應，產生棕色環(huán)。 3、讀數，由變色環(huán)上端指示的數字直接從檢定管上讀出CO濃度（PPM）。如果氣樣中CO含量超過檢定管測量上限，可減少通氣量，如通氣量為V mmL，則： 測定結果=檢定管（100V）（式中100指要求送氣量為100mmL檢定管）如果氣樣中CO含量低于檢定管測量下限，可增加通氣次數，如果通氣次數為N，則： 測定結果=檢定管讀數N實驗二 大氣壓、空氣濕度和空氣密度測定一、試驗目的 掌握測定大氣壓（P）和空氣濕度的常用儀表的構造、原理和使用方法，計算空氣密度。二、試驗

5、儀表： 1. 大氣壓測定常用的儀表有水銀氣壓計和空盒氣壓計。（1） 水銀氣壓計常用的水銀氣壓計有動槽式和定槽式兩種。動槽式水銀氣壓計的主要部件是一根倒置于可動水銀槽內的玻璃管，管的上端水銀面上是真空的，槽內液面則通向大氣，所以玻璃管內水銀柱高度就表示了大氣壓力（毫米汞柱或毫巴）。測定時，轉動底部調節(jié)螺絲4，使槽內水銀液面正好與象牙指針2觸及，然后轉動螺絲6，使游標1的下切口與水銀頂面相切，由刻度尺7和游標1讀出大氣壓的讀值（P讀），因為刻度是金屬的，熱脹冷縮，所以要進行讀值的溫度校正，由溫度計8讀出測定的溫度，從表21查出溫度校正值P溫，則實際的大氣壓：P0=P讀+P溫定槽式水銀氣壓計的下部水

6、銀槽是固定不動的，除不必調節(jié)槽內液面高低外，其余使用方法同上。表2-1 黃銅刻度尺換算到0時的溫度校正值溫度大氣壓計數值（P讀）mmHg74075076077078010-1.21-1.22-1.24-1.26-1.2715-1.81-1.83-1.86-1.89-1.9120-2.41-2.44-2.48-2.51-2.5425-3.01-3.05-3.09-3.13-3.1730-3.61-3.66-3.71-3.75-3.80（2） 空盒氣壓計如圖2-1所示，空盒氣壓計由一個波紋狀金屬真空盒和一套杠桿機構組成。大氣壓變化時盒面變形值經杠桿機構放大，帶動盒面指針轉動指出大氣壓值?？蘸袣鈮河?/p>

7、使用前應用水銀氣壓計校正，校正時用小螺絲刀微微擰轉盒背面（或側面）的調節(jié)螺絲，使指針所示氣壓值與水銀氣壓計一致。測定時，將其水平放置，用手指輕輕敲擊盒面數次，消除指針的蠕動現(xiàn)象，等待數分鐘后再讀值，讀值應根據儀器所附檢定證進行刻度和溫度的補充校正。例如，某空盒氣壓計讀值為770mmHg，查取它的刻度校正值為-0.1 mmHg，溫度校正為-0.03（mmHg /15）=-0.45 mmHg，補充校正為+0.6 mmHg，則實際大氣壓為770-0.1-0.45+0.6=770.05 mmHg。 1-金屬盒；2-彈簧；3-指針圖2-1 空盒氣壓計2.空氣相對濕度測定如圖2-2風扇濕度計，它們都由兩支

8、水銀溫度計組成，其中，一支為干溫度計（又叫干球），另一支的水銀球上包著紗布，叫濕溫度計（又叫濕球）。測定前將濕球上的紗布用清水潤濕。用風扇濕度計測定時，用小風扇罩上的鎖匙將發(fā)條上緊，風扇轉動，使空氣以一定速度（1.73.0m/s）流經干、濕溫度計的水銀球周圍，12分鐘，兩支溫度計示數穩(wěn)定即可讀取。三、實驗內容1、分別用水銀氣壓機和空盒氣壓計測大氣壓。2、風扇濕度計測空氣的相對濕度，計算絕對濕度。 圖2-2 風扇濕度計3、以水銀氣壓計和風扇濕度計的測定結果計算空氣的密度。實驗三 微氣候狀態(tài)測定一、 實驗目的掌握用卡它計測微氣候狀態(tài)的原理和方法。二、 實驗儀器卡它計、熱水瓶、秒表、溫度計、風速計卡

9、它計（圖3-1）是一種模擬人體表面在空氣中的溫度、濕度和流動速度三種因素綜合作用下散熱情況的儀器。它下端的圓形貯液器長約40mm，直徑16mm，表面積約為22.6cm2，內貯酒精。儀器中部刻有38和35兩個刻度，其平均值為36.5，恰好相當于人體溫度?？ㄋ嬘懈煽ㄋ嫼蜐窨ㄋ媰煞N，前者只能測出對流和輻射形式的散熱效果，濕卡它計的貯液器用紗布包起來，能測出對流、輻射和蒸發(fā)的綜合散熱效果。三、 實驗內容和方法圖3-1 卡它計用干、濕卡它計分別測定室內的干、濕卡它度各二次，取其平均值，并測出這時的空氣溫度、濕度和速度。評述在該微氣候狀態(tài)下的自我感覺?？ㄋ鹊臏y定：取干、濕卡它計各一支，記下各自的卡

10、它常數F，將卡它計下部貯液器置于熱水瓶中，使酒精液柱水氣泡完全排出。酒精液面上升到上端園柱形空間內的1/21/3處取出，若為干卡它計，則用布將儀器檫干，如為濕卡它計則將下端貯液器紗布內過多的水分擰掉，將儀器置于測定地點，手持秒表，記錄酒精液面由38下降到35的時間t（秒），按下式求出卡它度： W/（Sm2）式中：H干或濕卡它度；F卡它常數，其數值為溫度從38降至35時每平方厘米貯液器表面所散失的熱量，W/m2；t酒精液面由38降至35所經過的時間，秒。實驗四、 風流點風壓和點風速測定一、 實驗目的1 熟悉風壓測定儀表的構造和使用方法；2 掌握測定點風壓和點風流的方法；3 通過實驗更好地理解壓人

11、式通風和抽出式通風時風流任一點的全壓、靜壓和動壓的相互關系，以及風流某一斷面上的風速分布；二、 實驗設備和儀表扇風機管網系統(tǒng)，皮脫管，U型壓差計，單管壓差計，空盒氣壓計，膠皮管。1、 扇風機管網系統(tǒng)如圖4-1所示。圖4-1 扇風機和管網系統(tǒng)圖4-2 皮托管2、 皮托管如圖4-2所示，它是傳遞風流壓力的儀器，由內外兩根細金屬管組成，內管前端中心有孔與標有“+”號的管腳相同。外管前端封閉，在其管壁開有46個小孔與標有“-”號的管腳相同，測定時使管嘴與風流平行，中心孔正對風流傳遞測點風流的絕對全壓（絕對靜壓與動壓之和），而管壁上的小孔則只傳遞測點的絕對靜壓。圖4-3 U型壓差計3、 U型壓差計如圖4

12、-3，有一根彎成U型的玻璃管1（其中裝如蒸餾水或酒精），刻度尺2和支撐板組成，測定時，用膠皮管將風流壓力接引（傳遞）到玻璃管內，垂直U型管的兩液面差乘以工作液（U形管內所裝液體）的比重，即為測定的壓差h（mmH2O），如為傾斜U形壓差計，它的壓差為：HLsin mmH2O式中：LU形管內的液面高差（mm）；U形管的傾角（）；工作液比重。4、 單管壓差計 單管壓差計工作原理如圖4-4所示。它是由一個具有大斷面的容器A（面積為F1）與一個小斷面的傾斜管B（面積為F2）互相連通，并在其中裝有適量酒精的儀器。若在P1與P2壓差作用下，具有傾斜度的管子B內的液體在垂直方向升高了一個高度Z1，而A容器內的

13、液面下降了Z2，這時儀器內液面的高差為：Z=Z1+Z2由于A容器液體下降的體積與B管液體上升的體積相等，即： Z2F1=LF2則 Z2=LF2/F1并且 Z1=Lsin把Z1與Z2代入上式，得： Z=Z1+Z2=L（sin+F2/F1）故用此壓差計測得P1與P2之壓差h為： h=Z=L(sin+F2/F1)式中： 酒精的比重；令： K=(sin+F2/F1)則： h=KL mmH2O式中： K儀器的校正系數； L傾斜管上的讀數，mm。 圖4-5 Y-61型傾斜微壓計圖4-5a，是Y-61型傾斜微壓計的結構圖，在三角形的底座1上裝設容器2與帶刻度的玻璃3，并用膠皮管4將其連通。容器2的頂蓋上有注

14、液孔螺絲5，三通旋塞6及調零螺絲7，儀器的底座上有水準泡8和調平螺絲9。玻璃管3的傾角可借弧形板10與銷釘來調節(jié)。為了讀數準確，玻璃管3上裝有活動游標11。零位調整螺絲下部是一個浸入液體的圓拄體，若轉動螺絲就可改變圓柱體浸入液體的深度。三通旋塞如圖4-5b所示，當反時針方向轉動其旋鈕至極限位置（圖4-5b左）時玻璃管3借膠皮管12與容器2連通，并經三通旋塞孔與大氣相通，而標有“+”、“-”兩管接頭則被隔斷，此時為調整零位位置，當順時針方向轉動其旋鈕至極限位置（圖4-5b右）時，管接頭“+”端與容器2相通，標有“-”管接頭借膠皮管12通向玻璃管液面，此時三通旋塞孔與大氣的通路則被隔斷，此即為測壓

15、位置。 儀器的使用（1） 注入酒精，將調整螺絲7置于中間位置，擰開注液孔螺絲5，把配置好的酒精（比重0.81）漫漫注入容器2內，直到玻璃內酒精液面在“0”附近為止。（2） 調平儀器，將玻璃管按所測壓力大小固定到合適位置，用調平螺絲9將儀器調平，轉動三通旋塞6至“調零”位置，玻璃管液面如不在“0”刻度上，則調整零位調整螺絲7使液面恰好位于“0”刻度上。（3） 測壓；將高壓接到儀器的“+”接頭上，將低壓接到儀器的“-”接頭上，然后轉動三通旋塞到“測壓”位置，管內液面上升，待液面穩(wěn)定后，即可讀數，記作L，將其乘以玻璃管所在位置的校正系數K，即為測得的壓差。三、 實驗內容與方法1).熟悉實驗用儀表的構

16、造和使用方法。用比重計測酒精比重后（0.81），注入壓差計內，將壓差計調平、對零，檢查皮托管，用嘴在皮托管的管腳上吹氣，從管咀尖端出氣的那個管腳為傳遞全壓的“+”管腳，另一則為傳遞靜壓的“-”管腳。2).測風流中任一點的風壓；在風道的平直段選定一個斷面，將皮托管插入風道內，管嘴位于斷面的中心并正對風流方向。開動扇風機，作壓人式通風，用膠皮管將皮托管的相應管腳與壓差計連接，測該點的相對全壓，相對靜壓和動壓。此外，將皮托管沿風道斷面垂直上下移動，觀察相對靜壓有無變化。將皮托管轉動180，開動扇風機，作抽出式通風，測相對全壓、測相對靜壓和動壓。用空盒氣壓計或水銀氣壓計測大氣壓力。用坐標圖分析比較壓人

17、式和抽出式通風時，測點的絕對全壓、絕對靜壓、動壓和相對全壓、相對靜壓、動壓之間的關系。3).測定風道的斷面風速分布；測點布置：為了準確測得斷面風速分布，必需合理的布置動壓測點。通常是將圓斷面分成若干等面積環(huán)，并在各等面積的面積平分線上布置測點，如圖4-6所示為三等面積環(huán)的測點布置。如速度場縱橫對稱，也可以只在縱向（或橫向）上布置測點。等面積環(huán)數越多，測點越多，則測試精度越高。一般都按風筒直徑大小確定等面積環(huán)數，可參考表4-1。各測點距風筒中心的Ri用下式計算： mm式中：從風筒中心算起的等面積環(huán)的編號數； 等面積環(huán)數； 風筒直徑，mm； 風筒半徑，mm。表4-1 等面積環(huán)數查用表風筒直徑D（）

18、300400500600等面積環(huán)的數目n（i）23344556通常皮托管是從風筒一側插入到測點的（如圖4-7），由可以算得皮托管插入深度。圖4-6 圖4-7 風速分布測定，在測定斷面直徑上，按三個等面積環(huán)布置七個測點，測各點的動壓，計算各點的風速。 m/s式中點的風速，m/s；點的風流動壓，Pa； 空氣密度，kg/m3以縱坐標表示測點位置，橫坐標表示風速，用坐標紙按一定的比例繪制該斷面的風速分布圖。計算斷面平均風速。 V均 式中：分別為1、2、n號測點動壓測值，Pa； n測點總數。注意；求平均風速時，中心點的風速不應參與平均。計算斷面的風量Q和風速分布系數Kv； Q=S*V均 m3/s Kv=

19、V均/V中式中： S風筒斷面積，m2； V平均風速，m/s； V中中心點風速，m/s。實驗五 風道的風阻摩擦阻力系數和局部阻力測定一、實驗目的掌握風道的摩擦風阻（R摩）、摩擦阻力系數()和局部阻力系數()的測定方法，通過測定加深理解能量方程在通風中的應用。二、實驗設備及儀器扇風機和管網系統(tǒng)（圖5-1）、單管壓差計、皮托管、空盒氣壓計、濕度計、膠皮管、皮尺、小鋼尺、酒精、液體比重計。圖5-1三、實驗內容和實驗方法（1）摩擦風阻（R摩）和摩擦阻力系數()測定：風道的摩擦阻力h摩：式中：hf風道的摩擦阻力，Pa；R摩摩擦風阻，NS2/M7；Q通過風道的風量，m3/s；S風道的凈斷面，m2；U風道的周

20、界，m；風道的摩擦阻力系數，kg/m3由（5-1）式可見，只要測出一段風道的摩擦阻力（hf）和風量（Q）就可以求出這段風道的摩擦風阻（R摩）。如果同時測量出這段風道的長度、凈斷面和周長，就可以求出測定時的摩擦阻力系數（），再按式（5-2）換算成標準空氣密度下（kg/m3）的摩擦阻力系數；式中：測定時的空氣密度，kg/m3。測定方法：在圖5-1所示的管網系統(tǒng)中，在鐵風道（或木風道）內選擇A、B兩個測點，將單管壓差計調平，A、B在兩測點放置皮托管，用膠皮管將測點的靜壓分別接到壓差計，測A、B兩斷面風流的勢能差（h測AB），再用皮托管和壓差計分別測出兩端面的平均風速，用皮尺和小鋼尺量出間的距離和它們

21、的周長。根據風流的能量方程： （5-3）式中：AB段風道的通風阻力，Pa；AB段風道的勢能差，Pa；、 分別為A和B斷面的平均風速，m/s； 、分別為A和B斷面的空氣密度，kg/m3。又如果AB段漏風較大，則（5-1）式中的Q為A、B兩端面的風量的平均值，即根據測定結果，計算鐵風筒或木風筒的R摩和。（2）局部阻力系數的測定在鐵風筒直角轉彎前后選擇兩個測定斷面C、D（圖5-1）測CD段通風阻力h阻CD和平均風速。 （5-6）又 （5-7）式中：測定的AB段鐵風筒風阻，NS2/M7；AB段長度，m；CD段長度，m；測定的鐵風筒摩擦阻力系數，kg /m3。 根據測定結果計算90角轉彎的局部阻力系數。

22、實驗六 扇風機特性測定一、 實驗目的掌握扇風機特性測定方法，通過測定加深理解扇風機風量和風壓、功率與效率的關系。二、 實驗設備與儀表5.5KW軸流式風機、風筒、調節(jié)閘門、皮托管、U形壓差計、單管壓差計、電度表(或功率表、或電壓表、電流表與功率因數表)、秒表、空盒氣壓計、濕度計、膠皮管、酒精、皮尺、轉速計（本實驗不測風機轉速）。三、 實驗方法和計算實驗按圖6-1所示布置，用調節(jié)閘門由全開到全閉調節(jié)風機工況79點，測定每一工況時的風量、風壓和電動機功率，經過計算，繪制該扇風機的特性曲線。（1）風量測定在扇風機入風側斷面I處用單管壓差計測得相對靜壓his后按下式計算風量Q： m3/s （6-1） m

23、/s （6-2）式中：I斷面的平均風速，m/s； I斷面的面積，m2； 測定時的空氣密度，kg/m3；K 集流器系數，經標定，本實驗所用集流器系數為0.95I斷面的相對靜壓，Pa。（2）扇風機風壓測定因今所以又因III斷面風筒很短，其阻力可略去，故式中：扇風機的全風壓，Pa；扇風機的靜風壓，Pa；扇風機所克服的通風阻力，Pa；， ， 扇風機出口，風筒I斷面、II斷面的平均動壓，Pa；，I、II斷面的相對靜壓，Pa。由上式可知，只要測得I、II斷面的相對靜壓（，）即可算出扇風機的風壓和靜壓。（3）電動機功率測定本實驗采用三相功率表讀出其表指針偏轉格數n后，用下式計算電動機輸入功率N電。N電0.0

24、4n（4）扇風機效率計算扇風機全壓效率扇風機靜壓效率（5）空氣密度測定用空盒氣壓計測大氣壓，用濕度計測濕度，計算空氣密度。（6）測點斷面積測算（7）繪制扇風機特性曲線以風量為橫坐標，扇風機的靜壓、功率、效率為縱坐標，分別繪制QHs、QN電、Qs的關系曲線。注：1.轉速測定可參閱教材的有關部分；2.壓力讀數為mmH2O，應換算為Pa帶入公式計算。試驗七 礦內空氣中沼氣和二氧化碳濃度測定一、 試驗目的學習并掌握光學瓦斯檢定器的構造，原理和使用方法。二、 試驗原理煤礦井下普遍使用AQG-1型光干涉式瓦斯檢定器測CH4和CO2的濃度，它的外形和內部構造見圖7-1。檢定器根據光干涉原理制成，它的關學原理

25、如圖7-2所示。燈泡1發(fā)出的一束白光，經光柵2和透鏡3變成一束平行光射到平行平面鏡4后，分成兩束光線。其中一束自平面鏡的a點反射，經右空氣室，大三棱鏡和左空氣室回到平行平面鏡，再經鏡底反射鏡面的b點，另一束在a點折射進入鏡底后反射出來，往返經過瓦斯室也回到平面鏡，于b點反射后與第一束光一同進入三棱鏡6再經90度反射進入望遠鏡。這兩束光由于光程差（光程為光線通過的路程和所遇過的介質的折射率的乘積），在透鏡7的焦點平面上就白色光特有的干涉條紋（通常稱“光譜”）條紋中有兩條黑紋和若干條彩紋。光通過氣體介質的折射率與氣體密度有關，如果以空氣和瓦斯室都充滿新鮮空氣時干涉條紋的位置為基準（即為零點），當含

26、CH4的空氣進入瓦斯室時由于氣體密度的變化，光程也隨之發(fā)生變化，于是干涉條件產生位移，位移量的大小與CH4濃度的高低成線性關系。所以根據干涉條紋中任一條紋（通常為黑色條紋）的移動距離的大小，就能直接測出空氣中的CH4濃度。儀器的使用方法：儀器使用前要進行下列準備：（1）充填吸收劑水分吸收管中裝入氯化鈣（或硅膠），二氧化碳吸收管中裝入石灰，吸收劑顆粒過大不能充分起吸收作用，過小則阻塞氣路，吸收管兩端填以脫脂棉，以免煤塵及吸收劑進入儀器內部，吸收劑變質時應及時更換。（2）氣密性檢查，堵住進氣口，用手捏扁吸氣球，然后放松，球體不起表明儀器不漏氣，放開進氣口，球體即膨起，表明氣路暢通可以使用。（3）光

27、路系統(tǒng)檢查，裝好電池后，按下光源電門8，由目鏡觀察并轉動目鏡筒，調整到分劃板刻度清晰時，再看干涉條紋是否清晰，如不清晰可轉動光源電門7，由微讀數觀測窗看微讀數電源是否接通。5121110914813137643621圖72檢定器的光學系統(tǒng)1光源2光柵3透鏡4平行平面鏡5大三棱鏡6三棱鏡7物鏡8測微玻璃9分劃板10場鏡11目鏡12目鏡保護玻璃13空氣室14瓦斯室CH4濃度測定：首先，在新鮮風流中對零：按壓微讀數電門7，逆時針轉動微調螺旋3，將微讀數調到零點，捏放橡皮球56次，使瓦斯室內充滿新鮮空氣，按壓下光源電門8，由目鏡觀察干涉條紋的同時，轉動主調螺旋2，使條紋中的某一黑線正對分劃板的零點，蓋緊主調螺旋蓋15，就可以進行測定了。測定時，在測定地點捏放橡皮球56次，將待測氣體吸入瓦斯室，按下光源電門8，讀出黑基線位移后的整數值，再轉動微調位螺旋3，使黑線遇到和該讀數重合，由微調讀數盤上讀數讀出小數，例如，位移的整數為2，微讀數為0.46，則CH4濃度為2.46。該儀器還可以用來測定其它氣體，但是必須加裝專門的吸收管并進行測定結果校