《矿井通风》采矿实验指导书DOC.docx
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《矿井通风》采矿实验指导书DOC
太原理工大学
《矿井通风学》实验指导书
太原理工大学安全工程系
二〇一一年四月
前言
实验课是《矿井通风学》课程重要的教学环节之一。
为了适应教学工作需要，加深学生对课堂教学内容的理解，培养学生的科学工作态度和独立工作能力，为将来担负矿山安全生产的重要责任奠定坚实基础。
根据教学大纲及实验大纲的要求，参照《通风管道实验指导书》和相关院校编写的矿井《通风实验指导书》，编写此实验指导书。
本实验指导书适用于采矿工程专业《矿井通风学》课程使用，也可作为矿山通风和安全煤矿工程技术人员参考。
实验前，要求学生提前预习指导书，做到心中有数；实验时，认真按照实验要求去做；爱护一切实验仪器和设备，按时完成实验报告。
指导书在编写过程中得到了各级领导及老师的支持和帮助，在此一并感谢，由于水平有限，缺点在所难免，敬请批评指正。
安全工程系
目录
实验一矿井气候条件测定1
实验二矿井空气中主要有害气体浓度的测定5
实验三风表测量风速及风表校正9
实验四通风压力的测定18
实验五通风阻力测定29
实验六主要通风机性能鉴定33
实验一矿井气候条件测定
一、实验目的
1．掌握测定大气压P、空气湿度的方法、测定原理及测试仪表的结构、使用方法。
2．计算湿空气密度ρ。
二、实验原理与实验仪表
1.大气压测定
大气压测定仪表有两类，一类是水银气压计，一般用于室内测量，精度较高，另一类是空盒气压计，井下测定使用这种仪表。
（1）水银气压计
水银气压计有动槽式和定槽式两种。
动槽式水银气压计（图1-1）的主要部件是一根倒置于可动水银槽内的玻璃管，管的上端水银面上是真空的，槽内液面则通向大气，根据托理拆利实验原理，可知玻璃管内水银柱高度就表示了大气压力（毫米汞柱或毫巴）。
1－气压计标尺；2-玻璃罐封闭端；1-水银表面；2-指针；3-玻璃罐；
3-温度计；4-玻璃罐开口端4-螺钉；5-水银池；6-游标旋钮
图1-1
（1）定槽式水银气压计图1-1
（2）动槽式水银气压计
测定时，转动底部调节螺丝4，使槽内水银液面正好与象牙指针2触及，然后转动螺丝6，使游标1的下切口与水银顶面相切，由刻度尺和游标1读出大气压的读值（P读）。
因为刻度尺是金属的，热胀冷缩，所以要进行读值的湿度校正，由温度计5读出测定的温度，从表1-1查出温度校正值ΔP温，实际大气压Po=P读+ΔP温
定槽式水银气压计的下部水银槽是固定不动的，除不必调节槽内液面高低外，其余使用方法与动槽式相同。
黄铜刻度尺换算到8℃时温度校正值（ΔP温）（表1-1）
当实测温度值与表中温度不符时，可用插值法求得温度校正值。
（2）空盒气压计
空盒气压计结构如图1-2所示，它是由一个波纹状金属真空盒和杠杆转动机构组成。
大气压变化时，盒面变形值随之发生变化。
变形值经杠杆机构传动并放大，带动盒面指针转动指出大气压值。
图1-2空盒气压计
空盒气压计使用前应当用水银气压计校正。
校正时用小螺丝刀拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致。
测定时，将气压计水平放置，否则会产生误差，仪器完全垂直放置误差可达0.3mmHg，读数前，还应用手指轻轻敲击盒面数下，以消除因摩擦引起的滞后现象，一般应等待数分钟之后读数，读数应根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正。
例如某空盒气压计读数为770mmHg，查得其刻度校正值为ΔP刻=-0.1mmHg，温度校正为P温=-0.03mmHg/℃×15℃=-0.45mmHg，则实际大气压P计算如下：
表1-1气压计温度校正值
温度℃
气压计读值（P读）
740
750
760
770
780
10
-1.21
-1.22
-1.24
-1.26
-1.27
15
-1.81
-1.83
-1.86
-1.89
-1.91
20
-2.41
-2.44
-2.48
-2.51
-2.54
20
-3.01
-3.05
-3.09
-3.13
-3.17
30
-3.61
-3.26
-3.71
-3.75
-3.80
P=P读+ΔP刻+ΔP温+ΔP补=770-0.1-0.45+0.6=770.05mmHg
2.空气相对湿度的测定
煤矿井下空气相对湿度常用手摇湿度计和风扇湿度计测定。
它们都由两支水银温度计组成，其中一支为干温度计（又叫干球）另一支水银球上包着纱布，叫做湿温度计（又叫湿球）（图1-3）
图1-3
（1）风扇湿度计图1-3
（2）手摇湿度计
1-干球温度玻璃罐；2-湿球温度玻璃罐；1-干球温度玻璃罐；2-湿球温度玻璃罐；
3-湿球3-湿球
测定时，先将湿球上的纱布用清水蘸湿，用手摇温度计时，手摇摇把以每分钟150转的速度旋转1-2分钟，立即读出两支温度计的读数（读数时注意勿受人体体温的影响）湿球因其水蒸气吸热，它的示数低于干球，湿度愈高，蒸发吸热愈多，干湿球温差也愈大，根据干（或湿）温度计（t℃）及温差（Δt℃）即可查出空气的相对湿度。
用风扇湿度计测定时，用仪器小风扇上的钥匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度（1.7-3.0m/s）流经干、湿温度计的水银球周围1-2分钟后，两支温度计示数稳定后即可读数。
三、实验内容
1.分别用水银气压计和空盒气压计测大气压P。
2.分别用手摇湿度计和风扇湿度计测空气的相对湿度，计算绝对湿度。
3.计算湿空气密度。
四、实验报告
班级__________姓名___________
仪器名称及型号_____________________
测定地点___________________________
测定日期______年_____月_____日。
测定数据填入以下表格中，并计算：
表1-2大气压测定数据计算结果一览表
序
号
水银气压计
空盒气压计
读数
mbar
大气压
Pa
读数
mbar
温度
℃
刻度
校正
mbar
温度
校正
mbar
补充
校正
mbar
大气压
Pa
1
2
3
平均
表1-3相对湿度测定计算结果一览表
测定次数
干温度
读数
℃
订正后值
℃
湿温度
读数
℃
订正后值
℃
干湿温
度差
℃
相对湿度
%
1
2
3
平均
实验二矿井空气中主要有害气体浓度的测定
一、实验目的
通过实验，使学生掌握测定CO、H2S、CO2等气体的方法，认识CO、H2S、CO2等有害气体的危害。
同时，提高学生的实验技能，增加其感性认识，加深对理论知识的理解。
二、实验要求
1．掌握AQY-50型手动采样器的构造、原理和使用方法。
2．掌握比长式检测管测定CO、H2S、CO2浓度的原理及方法。
三、实验内容及方法
（一）AQY-50型手动采样器的构造、原理和使用方法
图2-1AQY-50型圆筒形压入式手动采样器结构示意图
1—气嘴；2—接头胶管；3—阀门把；4—变换阀；
5—垫圈；6—活塞筒；7—拉杆；8—手柄
采样器由变换阀和活塞筒等部分组成。
活塞筒6用来抽取气样，变换阀4则可以改变气样流动方向或切断气流。
当阀门把手3处于垂直位置时，活塞筒与接头胶管2相通；当阀门把手顺时针方向旋转水平位置时，活塞筒与气嘴1相通；阀们把手处于45°位置时，变换阀将活塞筒与外界气体隔断。
在活塞拉杆7上刻有标尺，可以表示出手柄拉动到某一位置时吸入活塞筒的气样体积（ml）。
使用时先将阀门把手转到水平位置，在待测地点拉动活塞拉杆往复抽送气2～3次，使待测气体充满活塞筒，再将把手扳至45°位置；将检测管两端用小砂轮片打开，按检测管上的箭头指向插入胶管接头；将把手扳至垂直位置，按检测管上规定的送气时间（一般100s）把气样以均匀的速度送入检测管，然后，拔出检测管读数。
如果被测环境空气中有害气体的浓度很低，用低浓度检测管也不易测出，可以采用增加送气次数的方法进行测定。
测得的浓度值除以送气次数，即为被测对象的实际浓度。
若被测环境气体浓度大于检测管的上限（即气样未送完检测管已全部变色），在优先考虑测定人员的防毒措施后，可先将待测气体稀释后再进行测定，但测定结果要根据稀释的倍数进行换算。
（二）用比长式检定管测定CO和H2S的浓度
1．CO浓度的检测
（1）原理
比长式一氧化碳检定管如图1-3所示。
它是以活性硅胶为载体，吸附化学试剂碘酸钾和发烟硫酸充填于细玻璃管中制成。
测量时，含有CO气体通过检定管，CO与指示胶所载化学试剂反应，有碘生成，形成以个棕色环，随气流通过，棕色环前移，而移动的距离与被测环境空气的CO含量成正比关系。
于是，通过色环所走距离，便可测知矿井空气中CO的含量。
检定管测定范围有三种规格，即C1D型（0.0005~0.01%）；C1Z型（0.005~0.1%）；C1G型（0.05~1%）。
供测定不同浓度的CO时选用。
与检定管配套使用的为吸气泵，其结构见图1-4所示。
气泵一次动作的吸气体积为50
1.5毫升，CO通过检定管的时间为90秒。
当温度在10℃~30℃范围内时，其测定结果不受温度的影响。
（2）测定方法和步骤
按下述方法（如图1-5）制备CO，并由实验员（或教师）先测定容器中CO浓度，以给学生选定使用那种规格的鉴定管。
测定时，将鉴定管两端打开，按箭头指示方向插入DQJD-1型气泵的吸气口中；检定管另一端插入连接盛CO容器的胶皮管上。
如图1-5所示。
打开弹簧夹，手握气泵至完全压缩为止，放松气泵开始计算时间到90秒钟后，拔出鉴定管，即可读数。
将测定结果填入实验报告中。
2.H2S的测定
（1）原理
比长式H2S鉴定管外形与CO检定管相同，管内装有以素陶瓷做载体，吸附醋酸铅[Pb（CH3COO）2]和氯化钡（BaCl2）的指示剂。
当含有H2S的气体通过检定管时，形成褐色硫化铅（PbS）。
其变色长度与浓度成正比。
其反应式如下：
Pb（CH3COO）2+H2S
PbS+COOH
（2）测定方法和步骤
制备H2S的设备如图1-5。
在长颈漏斗中改盛盐酸，圆底烧杯中改盛硫化亚铁。
其反应式如下：
FeS+2HCl=FeCl2+H2S
测定方法与测定CO的方法相同。
检定管测定范围：
S1D型（0.0005~1%）。
当被测环境空气中，硫化氢含量很低，用S1D型低浓度检定管也不易测出，可以增加吸气泵动作次数。
最后，硫化氢实际含量为：
（三）用比色式检定管测定CO浓度
1．原理
比色式CO检定器，由检定管与唧筒组成。
检定管是一个长16厘米两端封闭的玻璃管，管内装以硅胶为载体，吸附酸铵和硫酸钯的混合溶液而成为黄色的指标胶。
当CO和指示胶接触后，在硫酸钯的催化下，酸铵为CO还原成钼蓝，随CO浓度增加，指示胶颜色由黄变成黄绿、绿黄、绿、蓝绿、蓝。
其反应式如下：
PdSO4+CO+H2O
Pd+CO2+H2SO4
4Pd+（NH4）4[Si（MO2O7）8]+6H2SO4
4MO3O8+H2SiO3+2（NH4）2SO4+4PdSO4+7H2O
上述反应进行较慢，在温度一定时，指示胶变色程度与通气时间及CO浓度的乘积成正比。
由于测定地点气体成分不同，CO检定管分为A、B、C三种。
如图1-6所示。
A型管适用于被测空气不含乙烯和氧化氮的场所。
B型管第一段黄色保护胶为排除乙烯和炭氢化合物的干扰。
C型管第一段橙黄色保护胶为排除硫化氢及氧化氮气体的干扰，第二段黄色保护胶同B型管。
唧筒由三通开关，比色板和温度计组成。
如图1-7所示，其容积为50毫升。
比色板装在熔封得玻璃管中，如图1-8所示。
2.测定方法和步骤
（1）采样，将三通开关置水平位置，拉动活塞几次，将唧筒中余气排除，然后将进气口与CO容器的胶皮管连接，拉动活塞，含CO的气体进入唧筒中。
将开关置于45o位置，防止漏气。
（2）送气：
将检定管两端切开，按进气方向将检定管插入唧筒的出气口中（勿漏气）。
然后将开关置于垂直位置，以30秒钟送30~50毫升的送气速度均匀地推动活塞。
同时记下温度计的温度。
（3）比色：
送气结束后，将检定管拔下，等待2分钟，与比色板比较，看和哪一段颜色相同。
然后读数。
（4）校正：
因指示胶的变色程度不仅与送气速度有关，而且与测定时的温度也有关。
因此，比色板上的读数要根据表1-2进行校正。
（四）CO、CH4、CO2的测定将在安全实验指导书中写出。
四、实验报告
班级__________姓名___________
仪器名称___________________________
取样地点___________________________
测定日期______年_____月_____日。
表1-2比色板读数温度校正表
温度
比色
板读数
实际浓度（%）
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
0.01
0.015
0.01
0.007
0.005
0.004
0.003
0.002
0.02
0.03
0.02
0.014
0.010
0.007
0.005
0.004
0.03
0.04
0.03
0.02
0.015
0.010
0.008
0.006
0.06
0.09
0.06
0.04
0.03
0.02
0.015
0.012
0.10
0.15
0.10
0.07
0.05
0.033
0.025
0.020
测定数据填入表1-3，并计算有害气体在矿井空气中的含量。
表1-3有害气体含量测定结果一览表
测定气体
第一次读数（%）
第二次读数（%）
平均含量（%）
CO（比长）
O2
H2S
实验三风表测量风速及风表校正
一、实验目的
1.学习使用不同类型风表（叶片式、杯式）测量风速的方法；学习MSF--Ⅰ电子翼轮式风速计、EY3—2A电子微风仪测量风速的方法。
2.学习风动式风表校正仪校正风表的方法。
二、实验要求
了解不同类型风表（叶片式、杯式）、测风仪的构造及原理。
熟悉掌握用风表测量巷道断面平均风速的方法；并计算巷道断面通过的风量。
掌握风动式风表校正仪校正风表的方法。
三、实验内容与方法
（一）叶片式与杯式风表测量风速
1.原理与结构
叶片式风表如图3-1所示；杯式风表如图3-2所示。
图3-1DFA-
型风速标传动系统示意图
1-个位指针；2-回零桃；3-回零闸4-回零推杆；5-离合闸板；
6-个位轮；7-风轮叶片；8-风轮轴；9-蜗轮；10-蜗轮轴；
11-离合小托板；12-百位轮；13-中间轮；14-百位指针
这两种风表都是由铝制叶片或杯形风车与计算机构组成。
风车在风流的吹动下回转，经过计算机构把转数记录下来。
如果在t秒钟内计算的读数为m，则每秒钟的读数为：
V表=m/t（m/s），我们称V表指标风速，将V表查风表校正曲线表表<每台风速表有一张校正图>如图3-3所示：
纵坐标表示V真（m/s），横坐标表示V表（m/s）。
图3-3风速校正曲线
本实验选用风表为DFA型，该风表又分为高速、中速、低速三种不同型号。
根据煤矿井下风速分类的范围：
高速-平均风速大于10米/秒，（如总回风道、风、风筒等）。
中速-平均风速大于、等于0.5米/秒并小于10米/秒。
低速-平均风速小于0.5米/秒。
选择不同类型的风速表进行测定。
本试验以中速测量为例，说明测定平均风速的方法。
2.测定方法
选择中速叶片风表，右手中指由上至下勾住风表的提环，食指抵在表头与护壳联接的右侧，拇指顶在护壳的左边，小指伸直在下部抵住护壳，无名指弯曲。
食指用于抵住离合闸板，将提好的风表置于测风地点。
先按动回零装置，使个位针、百位针、千位针同时回零。
打开离合闸板，三指针转动，再打开开关的同时，右手开动秒表，以记录指针转动的时间（一般使指针转动一分钟）。
一定时间后，同时关闭风表的开关和秒表的开关。
这样用秒表所读的时间t（秒）去除风表读数m（米）。
即V表=m/t（米/秒）
查校正图表得V真，这是巷道断面内任意一点的风速。
为了求得巷道断面上的平均风速，在侧风时应按以下几种方法进行：
（1）按风表移动的方法分为两种测风法：
路线法：
一般风表移动的路线有以下几种，如图3-4所示。
风表移动时要注意于时间的配合，在一定时间内要均匀移动路线的全长。
图3-4测风法（路线法）
点法：
根据测风地点断面的大小，将巷道分成如干格，在每个内均停留一段时间，测出一个表速，最后算出其算术平均值。
如图5-5所示。
图3-5测风法（点法）图3-6迎面测风法
（2）按测风员与风表的相对位置，又分两种测风法：
迎面法：
如图3-6所示。
测风员面对风流，一手拿风表伸向前方，按侧风路线移动风表。
此法因人体挡住部分风流，故减少风表所在处的风速。
因此，应将测出之速乘上校正系数KC（KC=1.14）。
即V表=V｀表·KC（米/秒）。
侧身法：
侧风时测风员背向巷道壁，拿风表的手垂直风流伸出，使风表和测风员身体均在同一断面内。
然后均匀移动风表，如图3-7所示。
在移动风表的过程中，需要转身，即手举风表过于头部上边，身体反转180°方向，转身时应保持风表仍应垂直风流且移动均匀。
图3-7侧身测风法
由于测风员立于巷道内，故过风断面减小，风速加大。
所以也应乘以校正系数KC（KC＜1），即V表=V｀表·KC（米/秒），式中：
KC=S-0.4/S
S-被测巷道断面（米2）
0.4-人体侧面断面积（米2）
此外，还有一种改进的侧身法，在实际使用中发现以上两种方法还有缺点，使用不太方便。
所以将侧身法加以改进后，为测风员立于巷道内，背向巷道壁，手向侧面伸出，风表距人身不得小于0.6-0.8米，并放在向着风流的前侧约0.2米。
测量时按一定路线均匀移动，用此法测出之风速受人体影响小，可不再乘校正系数。
这种是目前普遍使用的方法。
3.注意问题
①风表定期校正。
②侧风时应保持风表与风流方向垂直。
③在每个断面上最少要测量三次（每次木差不超过5%）
④一般每次测量时间为60-100秒。
⑤禁止用口吹动风表以及用手触动风表叶片。
⑥测风时最好站在测风站，如无测风站时，应选择巷道没有扩大、缩小、拐弯且巷道周壁光滑平整的地点。
杯式风表一般用于测定巷道中的高速风流，其测定方法与注意问题与叶式风表基本相同。
（二）翼轮式风速计与电子微风仪测量风速
1、电子微风仪测量风速
①原理与结构
电子微风仪面板结构见图3-8.本仪器根据加热物体在气流中被冷却，其工作温度为风速函数这一原理制成。
主要有风速探头及测量指示仪表组成，见图3-9.风速探头的热敏感部件，当以恒定电流流过其加热线圈时，其敏感部件内，气温度升高并与静止空气中达到一定数值。
此时，其内测量原件热电偶产生相应的热电势，并被传送至测量指示系统，此热电势与基准反电势电路产生之电势互相抵消使输出型号为零仪表指针为零。
当风速探头暴露于空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱信号，此信号被测量指示仪表部分放大，并推动电表由指针指示出其风速值。
图3-9仪器原理方框图
②测量方法
1）将仪器水平放好，使直键开关处于原位（向上）。
2）调节表针于零点。
3）将探头测杆垂直向上放置。
使其热敏感部件全部按入测杆内，并将风速探头之插头插入“探头”捕座。
4）按入“电源”直键（左起第一）调节“放大器零点”，使表针指示零点。
5）按下“校正”漫度直键开关（左起第二）调节“满度微调”，使表针指示满度。
6）按下“校准”零点直键开关（左起第三），调节“零点微调”使表针指于零点。
7）予热二十分钟，并复述上述步骤，方可进行测量。
8）低风速段，经二十分钟予热、校准后，可将风速探头端部热敏感部件拉出使暴露于被测气流中。
注意使测杆垂直，并使其有顶丝一面对准风流吹来方向。
9）高风速度段，风速超过1m/s时，按下“测量”直键开关即可读数。
（不需再调零点）
③注意问题
1）电池安装见图3-10
2）应避免在强电场环境工作。
3）该仪器适用于地面环境监测。
1、翼轮风速计测量风速。
（MSF型）
图3-10
①结构与原理
该机主要由翼轮与主机部分组成，翼轮由八枚叶片组成。
翼轮由宝石轴承支撑。
构成了风速计的检测部分。
在翼轮两对称叶片上设置了两个铁片，它们随翼轮一起转动。
在翼轮部分的外壳上设有传感线圈，它将翼轮的传动次数变换为信号输入主机，其工作原理见图5-11.。
主机部分由转换时基、门、计数及自动回零等线路组成，它接受送来的信号，在时基的控制下，实现记录在一分钟的翼轮转动的次数并显示出来，显示与实际风速成正比，查校正曲线即可得到实际风速。
图3-11MSF风速计原理方框图
②测定方法
测风时，把翼轮部分置于测量点，让风轮正常转动5-10秒钟即可开启电源，按规定路线移动到一分钟时，仪器自动停止计数即可读取测量值。
此外，该仪器属煤矿用安全火花型电气设备，风速测量范围为0.5-25米/秒
（三）风洞式风标校正仪校正风表
风洞式风标校正仪如图3—12所示，它由实验室、扩散段、收缩段、稳定段、动力部分及调速控制系统等组成。
校正风表时，首先将风表置于试验段内，试验段内流场稳定，，各点的流速可视为相等，同时将皮托管固定在试验段静压孔上，用胶管与微压计相连接。
此时关好正面侧壁上的活动密封门，开启电源按钮，选择定点或无极调速，使风速改变7—10次，分别测出V表1、V表2。
同时用微压计的读数由公式：
可计算出V真1，V真2……
最后，有上述几组相对应的数值，以横坐标为表速，纵坐标表示真风速，绘出风表校正曲线。
四、实验报告
班级__________姓名___________
设备名称及型号_____________________
实验日期______年_____月_____日。
将实验数据分别填入下表，整理并计算；绘制风表校正曲线图。
1．风速测量及风量计算
表3-1
测量次数
仪器名称
表盘
读数
m
（米）
秒表读数
t
（秒）
V表
米/秒
V真
米/秒
校正后风速
V真Kc
平均
风速
V均
米/秒
巷道断面
S
风
量
Q
1
2
3
2.风表校正曲线测定表
表3-2
调速次数
1
2
3
4
5
6
7
表型号
V表i
V真i
3．根据表3-2数据，绘制风表校正曲线图。
实验四通风压力的测定
一、实验目的
1.通过学习用U型压差计、单管倾斜压差计、补偿式微压计测定压力，使学生理解和掌握绝对全压和速压的关系；理解在正
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