矿井通风与安全课程实验指导书

1、矿井通风与安全课程实验指导书安 全 工 程 教 研 室实验一 空气中有害气体浓度测定一、实验目的 学习并掌握检定管法测空气中有害气体浓度的原理和方法。二、实验仪器 1、检定管 检定管为装有某种检测用试剂的玻璃管，待测气体通过检定管时与该试剂发生化学反 应，并呈现一定的颜色或变色长度，从而测出该气体的浓度。根据变色深浅测定浓度的叫比色法检定管。根据变色长短测定浓度的叫比长法检定管。煤矿常用的有CO、CO2、H2S和SO2检定管。本次实验只用比长法检定管测CO或H2S浓度。 （1）比长法CO检定管 比长法CO检定管（图1-1）内装有发烟硫酸及硅胶做载体吸收I2O5的指示剂，当CO与I2O5接触时，

2、发生如下的反应：H2SO4 I205 + 5CO - 5CO2 + I2 碘与SO3作用成棕色化合物，它的长度与通过检定管得空气中CO浓度成正比。根据棕色化合物的长度由检定管的刻度上可以直接读出CO浓度。 1 2 3 4 5 6图1-1比长式CO检定管1堵塞物2活性碳3硅胶4消除剂5玻璃粉6指示剂（2）比长法H2S检定管 管内装有以陶瓷做载体吸附醋酸铅和氯化钡的白色指示剂。它与H2S发生下列化学反应： Pb(CH3COO)2(白色)+ H2S PbS(黑色) + 2CH3COOH 加入氯化钡可生成一部分Pb2CI2S以增加色柱长度，提高测定精度。 2、取样唧筒 唧筒用采取被测气体试样并将AQY

3、-50型CO检定器唧筒。它由唧筒活塞4、吸气口1、排气口2和三通开关组成，活塞杆上有0-50毫升的刻度，可以控制取样数量和送气速度。三通开关用以控制气流方向，当开关把手与吸气口平行时，唧筒与吸气口连通，它与排气口平行时，则连通排气口。位于两者之间时（450），各路都不通。图1-2 抽气唧筒1-；-气体入口；2-检定管插孔；3-三通阀阀把；4-活塞柱；5-比色板；6-温度计三、实验方法和步骤 1、在测定地点将开关把手置于吸气位置，并将唧筒往复推压2-3次，以清洗唧筒，然后将活塞杆拉出，气体试样就被抽吸在唧筒内了。再将开关把手置于（450）封闭位置。 2、将检定管两端用小锉刀切断，把进气端插入唧筒

4、的排气口上，再将开关把手置于排气口位置，按照检定管的使用说明书对送气量和送气时间的要求，使气样流过检定管CO与指示胶起反应，产生棕色环。 3、读数，由变色环上端指示的数字直接从检定管上读出CO浓度（PPM）。如果气样中CO含量超过检定管测量上限，可减少通气量，如通气量为V mmL，则： 测定结果=检定管×（100÷V）（式中100指要求送气量为100mmL检定管）如果气样中CO含量低于检定管测量下限，可增加通气次数，如果通气次数为N，则： 测定结果=检定管读数÷N实验二 大气压、空气湿度和空气密度测定一、试验目的 掌握测定大气压（P）和空气湿度的常用仪表的构造、原

5、理和使用方法，计算空气密度。二、试验仪表： 1. 大气压测定常用的仪表有水银气压计和空盒气压计。（1） 水银气压计常用的水银气压计有动槽式和定槽式两种。动槽式水银气压计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，所以玻璃管内水银柱高度就表示了大气压力（毫米汞柱或毫巴）。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7和游标1读出大气压的读值（P读），因为刻度是金属的，热胀冷缩，所以要进行读值的温度校正，由温度计8读出测定的温度，从表21查出温度校正值P温，则实际的大气压：P0

6、=P读+P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，其余使用方法同上。表2-1 黄铜刻度尺换算到0时的温度校正值温度大气压计数值（P读）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） 空盒气压计如图2-1所示，空盒气压计由一个波纹状金属真空盒和一套杠杆机构组成。大气压变化时盒面变形值经杠杆机构放大，带动

7、盒面指针转动指出大气压值。空盒气压计使用前应用水银气压计校正，校正时用小螺丝刀微微拧转盒背面（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，将其水平放置，用手指轻轻敲击盒面数次，消除指针的蠕动现象，等待数分钟后再读值，读值应根据仪器所附检定证进行刻度和温度的补充校正。例如，某空盒气压计读值为770mmHg，查取它的刻度校正值为-0.1 mmHg，温度校正为-0.03（mmHg /×15）=-0.45 mmHg，补充校正为+0.6 mmHg，则实际大气压为770-0.1-0.45+0.6=770.05 mmHg。 1-金属盒；2-弹簧；3-指针图2-1 空盒气压计2.空

8、气相对湿度测定如图2-2风扇湿度计，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），另一支的水银球上包着纱布，叫湿温度计（又叫湿球）。测定前将湿球上的纱布用清水润湿。用风扇湿度计测定时，用小风扇罩上的锁匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度（1.73.0m/s）流经干、湿温度计的水银球周围，12分钟，两支温度计示数稳定即可读取。三、实验内容1、分别用水银气压机和空盒气压计测大气压。2、风扇湿度计测空气的相对湿度，计算绝对湿度。 图2-2 风扇湿度计3、以水银气压计和风扇湿度计的测定结果计算空气的密度。实验三 微气候状态测定一、 实验目的掌握用卡它计测微气候状态的原理和方法。二、

9、 实验仪器卡它计、热水瓶、秒表、温度计、风速计卡它计（图3-1）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、 实验内容和方法图3-1 卡它计用干、湿卡它计分别测定室内的干、湿卡它度各二次，取其平均值，并测出这时的空气温度、湿度和速度。评述在该微气候状态下的自我感觉。

10、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园柱形空间内的1/21/3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。实验四、 风流点风压和点风速测定一、 实验目的1 熟悉风压测定仪表的构造和使用方法；

11、2 掌握测定点风压和点风流的方法；3 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4-1所示。图4-1 扇风机和管网系统图4-2 皮托管2、 皮托管如图4-2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46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

12、递测点的绝对静压。图4-3 U型压差计3、 U型压差计如图4-3，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：HLsin mmH2O式中：LU形管内的液面高差（mm）；U形管的倾角（°）；工作液比重。4、 单管压差计 单管压差计工作原理如图4-4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

13、下，具有倾斜度的管子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并且 Z1=Lsin把Z1与Z2代入上式，得： Z=Z1+Z2=L（sin+F2/F1）故用此压差计测得P1与P2之压差h为： h=Z=L(sin+F2/F1)式中： 酒精的比重；令： K=(sin+F2/F1)则： h=KL mmH2O式中： K仪器的校正系数； L倾斜管上的读数，mm。 图4-5 Y-61型倾斜微压计图4-5a，是Y-61型倾斜微压计的结构图，在三角形的底座

14、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4-5b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4-5b右）时，管接头“+”端与容器2相通，标有“-”管接头借

15、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。 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

16、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

17、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4-6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4-1。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

18、积环数； 风筒直径，mm； 风筒半径，mm。表4-1 等面积环数查用表风筒直径D（）300400500600等面积环的数目n（i）23344556通常皮托管是从风筒一侧插入到测点的（如图4-7），由可以算得皮托管插入深度。图4-6 图4-7 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

19、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/s Kv=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。实验五 风道的风阻摩擦阻力系数和局部阻力测定一、实验目的掌握风道的摩擦风阻（R摩）、摩擦阻力系数()和局部阻力系数()的测定方法，通过测定加深理解能量方程在通风中的应用。二、实验设备及仪器扇风机和管网系统（图5-1）、单管压差计、皮托管、空盒气压计、湿度计、胶皮管、皮尺、小钢尺、酒精、液体比重计。图5-1三、实验内容和实验方法（1）摩擦风阻（R摩）和摩擦阻力系数()测定：风道的摩擦阻力h摩：式中：hf风道的摩擦阻力，Pa；R摩

20、摩擦风阻，NS2/M7；Q通过风道的风量，m3/s；S风道的净断面，m2；U风道的周界，m；风道的摩擦阻力系数，kg/m3由（5-1）式可见，只要测出一段风道的摩擦阻力（hf）和风量（Q）就可以求出这段风道的摩擦风阻（R摩）。如果同时测量出这段风道的长度、净断面和周长，就可以求出测定时的摩擦阻力系数（），再按式（5-2）换算成标准空气密度下（kg/m3）的摩擦阻力系数；式中：测定时的空气密度，kg/m3。测定方法：在图5-1所示的管网系统中，在铁风道（或木风道）内选择A、B两个测点，将单管压差计调平，A、B在两测点放置皮托管，用胶皮管将测点的静压分别接到压差计，测A、B两断面风流的势能差（h测

21、AB），再用皮托管和压差计分别测出两端面的平均风速，用皮尺和小钢尺量出间的距离和它们的周长。根据风流的能量方程： （5-3）式中：AB段风道的通风阻力，Pa；AB段风道的势能差，Pa；、 分别为A和B断面的平均风速，m/s； 、分别为A和B断面的空气密度，kg/m3。又如果AB段漏风较大，则（5-1）式中的Q为A、B两端面的风量的平均值，即根据测定结果，计算铁风筒或木风筒的R摩和。（2）局部阻力系数的测定在铁风筒直角转弯前后选择两个测定断面C、D（图5-1）测CD段通风阻力h阻CD和平均风速。 （5-6）又 （5-7）式中：测定的AB段铁风筒风阻，NS2/M7；AB段长度，m；CD段长度，m；

22、测定的铁风筒摩擦阻力系数，kg /m3。 根据测定结果计算90°角转弯的局部阻力系数。实验六 扇风机特性测定一、 实验目的掌握扇风机特性测定方法，通过测定加深理解扇风机风量和风压、功率与效率的关系。二、 实验设备与仪表5.5KW轴流式风机、风筒、调节闸门、皮托管、U形压差计、单管压差计、电度表(或功率表、或电压表、电流表与功率因数表)、秒表、空盒气压计、湿度计、胶皮管、酒精、皮尺、转速计（本实验不测风机转速）。三、 实验方法和计算实验按图6-1所示布置，用调节闸门由全开到全闭调节风机工况79点，测定每一工况时的风量、风压和电动机功率，经过计算，绘制该扇风机的特性曲线。（1）风量测定在

23、扇风机入风侧断面I处用单管压差计测得相对静压his后按下式计算风量Q： m3/s （6-1） m/s （6-2）式中：I断面的平均风速，m/s； I断面的面积，m2； 测定时的空气密度，kg/m3；K 集流器系数，经标定，本实验所用集流器系数为0.95I断面的相对静压，Pa。（2）扇风机风压测定因今所以又因III断面风筒很短，其阻力可略去，故式中：扇风机的全风压，Pa；扇风机的静风压，Pa；扇风机所克服的通风阻力，Pa；， ， 扇风机出口，风筒I断面、II断面的平均动压，Pa；，I、II断面的相对静压，Pa。由上式可知，只要测得I、II断面的相对静压（，）即可算出扇风机的风压和静压。（3）电动

24、机功率测定本实验采用三相功率表读出其表指针偏转格数n后，用下式计算电动机输入功率N电。N电0.04×n（4）扇风机效率计算扇风机全压效率扇风机静压效率（5）空气密度测定用空盒气压计测大气压，用湿度计测湿度，计算空气密度。（6）测点断面积测算（7）绘制扇风机特性曲线以风量为横坐标，扇风机的静压、功率、效率为纵坐标，分别绘制QHs、QN电、Qs的关系曲线。注：1.转速测定可参阅教材的有关部分；2.压力读数为mmH2O，应换算为Pa带入公式计算。试验七 矿内空气中沼气和二氧化碳浓度测定一、 试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、 试验原理煤矿井下普遍使用AQG-1型光

25、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7-1。检定器根据光干涉原理制成，它的关学原理如图7-2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

26、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。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

27、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。5121110914813137643621图72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56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56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