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通风安全实验指导书
乌鲁木齐煤矿技工学校
矿井通风与安全
实训指导书
(2010-2011学年第二学期)
适用班级:
采矿093班
学制:
三年
入学文化:
高中
实习周数:
二周
乌煤技校教务科
2010年12月
简要说明
《矿井通风与安全》实验(实训)指导书是根据采矿工程本科专业培养计划,结合该专业必修课程《矿井通风与安全》编写而成。
在编写过程中我们注重了该指导书的适应性、使用性、先进性及系统性,以求理论与实践很好的结合。
本指导书可供采矿工程专业与《矿井通风与安全》课程配套使用,也可作为大型煤矿职工培训和工程技术人员的参考用书。
由于编者水平有限,书中不妥之处在所难免,恳请同仁不吝指正。
技能训练一、通风管道中风流点压力和风速的测定
技能训练二、通风管道中摩擦阻力与摩擦阻力系数的测定
技能训练三、使用光学瓦斯检定器测定矿井瓦斯
技能训练四风机性能测试
技能训练五、矿井通风系统工作原理及全矿井反风演示
技能训练六、煤自燃倾向性及煤尘爆炸危险性测定
技能训练七、矿井救护
实验一通风管道中风流点压力和风速的测定
实验名称:
通风管道中风流点压力和风速的测定
参加实验年级及学期:
采矿工程专业
实验学时数:
2学时
一、实验目的
1学习用皮托管及压差计测定通风管道中的点压力,并了解皮托管及压差计的构造。
2学习用皮托管及压差计测定通风管道中某断面的平均风速并计算风量。
1掌握用皮托管及压差计测定通风管道中某点空气的静压、动压和全压的方法,以巩固
的概念。
2掌握用皮托管及压差计测定通风管道中某点平均风速、最大风速和速度场系数K的方法,并计算风量。
四、实验仪器和设备
附表1—1实验三所用的仪器和设备
序号
名称
型号或规格
数量
生产厂家
1
通风管道
1
河南理工大学大学实验仪器厂
2
皮托管
AFP-8A
10
重庆煤矿安全仪器厂
3
U型压差计
7
重庆煤矿安全仪器厂
4
单管倾斜压差计
五、实验内容及步骤
1管道中空气点压力的测定
(1)原理
皮托管与压差计布置如附图1-2所示,左图为压入式通风,右图为抽出式通风。
皮托管“+”管脚接受该点的绝对全压p全,皮托管“-”管脚接受该点的绝对静压p静,压差计开口端接受同标高的大气压p0。
所以1、4压差计的读数为该点的相对静压h静;2、5压差计为该点的动压h动;3、6压差计的读数为相对全压h全。
就相对压力而言,h全=h静
h动;压入式通风为“+”,抽出式通风为“-”。
通过本实验数据可以验证相对压力之间的关系。
附图1—1皮托管
附图1—2皮托管与压差计的布置方法
(2)实验方法和步骤
1)将U型压差计和皮托管用胶皮管连接。
先验证压入式通风相对压力之间关系。
2)检查无误后,开动风机。
3)当水柱计稳定时,同时读取h全、h静、h动。
4)然后用同样的方法同时读取抽出式管道的h全、h静、h动。
5)将实验数据填写于实验报告中。
附图1—3U型压差计
1—U型玻璃管2—标尺
附图1—4单管倾斜压差计结构
1一底座;2一水准指示器;3一弧形支架;4一加液盖;5一零位调整旋钮;6—三通阀门柄;7一游标;8一倾斜测压管;9一调平螺钉;10一大容器;1l一多向阀门
2测定管道中某断面的平均风速并计算风量
(1)原理
风流在管道中流动时,各点的风速并不一致,用皮托管测得的动压,实际上是风流在管道中流动时,皮托管所在测试断面风流某点的动压值,而不是整个断面风流动压的平均值。
在实际工作中,由于时间限制,逐点测定并计算平均值是比较困难的。
通常只测量断面中心点最大动压值,然后用式
计算平均风速。
其中K是速度场系数。
求得测点断面的平均风速后,将平均风速乘以测点的管道断面积Si,即为管道通过的风量(Qi=vi均Si)。
(2)测定方法和步骤
1)测定速度场系数
速度场系数K即为管道断面的平均风速
与最大风速
之比值。
因此,测算速度场系数,必须首先计算管道的平均风速。
为了保证测值准确性,合理的布置测点是十分重要的。
测点一般选择在管道的直线段。
在测点断面上,要布置若干个测点。
对于圆形管道,一般将圆断面分成若干个等面积环,并在各等面积环的面积平分线上布置测点。
(a)确定等面积环个数。
等面积环个数,一般按管道直径大小来确定,环数越多则精度越高,可按附表选取
附表1—2管道直径与等面积环个数关系
管道直径(m)
0.4
0.5
等面积环个数(个)
2~3
3~4
4~5
5~6
(b)计算各测点距中心点的距离ri。
式中ri——各测点距中心点的距离,m;
r0——管道的半径,m;
i——由管道中心点算起的等面积环编号数;
n——等面积环个数。
为了安装皮托管方便,一般将ri值换算成从管道一侧插到测点的深度li。
(c)依次测定各点动压。
先测定管道断面中心点的最大动压,然后依次测定各测点的动压,将测定结果记录在实验报告书中。
应当强调的是,在测定的过程中风流应保持稳定,否则对各测点的动压最好用多支皮托管与压差计同时测定。
(d)测定管道中的空气密度。
管道流动的空气密度与外界相对静止的空气密度有所不同,但差别不大,为了节省时间,可采用实验二的测定结果。
(e)计算中心最大风速、平均风速及速度场系数。
2)计算通过管道的风量
根据管道直径计算管道断面面积Si,,按式Qi=vi均Si计算管道风量。
六、验数据表格
附表1—3管道中某点空气相对压力值记录表
测量
次数
压入式通风
抽出式通风
h全(Pa)
h静(Pa)
h动(Pa)
h全(Pa)
h静(Pa)
h动(Pa)
1
2
3
平均
附表3—4管道中某断面动压记录表
管道直径D=
测量次数
(Pa)
(Pa)
(Pa)
(Pa)
(Pa)
平均
风速(m/s)
最大
风速(m/s)
速度场系数(K)
管道
风量(m3/s)
1
2
3
平均
实验二通风管道中摩擦阻力与摩擦阻力系数的测定
实验名称:
通风管道中摩擦阻力与摩擦阻力系数的测定
参加实验年级及学期:
采矿工程专业
实验学时数:
2学时
一、实验目的
学习测算通风阻力及摩擦阻力系数的方法,加深对矿井通风阻力的理解。
三、实验要求
1掌握测定通风阻力、求算风阻、等积孔和绘制风阻特性曲线的方法。
2掌握在通风管道中测算摩擦阻力系数的方法。
四、实验仪器和设备
附表2—1实验四所用的仪器和设备
序号
名称
型号或规格
数量
生产厂家
1
通风管道
1
河南理工大学大学实验仪器厂
2
皮托管
AFP-8A
10
重庆煤矿安全仪器厂
3
单管倾斜压差计
7
重庆煤矿安全仪器厂
五、实验内容及步骤
(一)原理
根据能量方程可知,当管道水平放置时,两测点之间管道断面相等,没有局部阻力,且空气密度近似相等时,则两点之间的摩擦阻力就是通风阻力,它等于两点之间的绝对静压差(
)。
根据第三章内容可知,管道的摩擦阻力可用下式计算:
Pa
风阻为
,
等积孔为
摩擦阻力系数为
/m4
换算为标准状态的
为
/m4
最大动压平均值为
平均最大风速为
管道平均风速为
管道风量为
(二)测定方法和步骤
1.将U型压差计和皮托管用胶皮管按连接,检查无误后开机测定。
2.当水柱计稳定时,同时读取
、
记入实验报告书中。
3.用皮尺量出测点1、2之间的距离,根据管道直径,计算出管道面积和周长,记入实验报告书中。
4.根据上述数据计算风阻、等积孔、摩擦阻力系数,记入实验报告书中。
5.计算时空气的密度和速度场系数用实验二和实验三的实验结果。
六、实验数据记录
附表2—2管道参数与压差计读数记录表
测
量
次
数
(Pa)
(Pa)
(Pa)
测点间距离(m)
管道直径
(m)
周长
(m)
断面
(m2)
空气
密度
(Kg/m3)
速度场系数
1
2
3
平均
附表2—3管道摩擦风阻与摩擦阻力计算结果表
平均
风速
(m/s)
风量
(m3/s)
管道风阻值
(
)
等积孔
(m2)
摩擦阻力系数
(
/m4)
摩擦阻力
系数标准值(
/m4)
实验三使用光学瓦斯检定器测定矿井瓦斯
实验名称:
使用光学瓦斯检定器测定矿井瓦斯
参加实验年级及学期:
采矿工程专业
实验学时数:
2学时
一、实验目的
1、掌握光学瓦斯检定器检查瓦斯的基本原理和构造。
2、学会使用光学瓦斯检定仪器检查瓦斯的方法。
三、实验要求
1、掌握光学瓦斯检定器检查瓦斯的基本原理和构造。
2、掌握正确使用检定器的方法及仪器故障的判断和排除方法。
3、掌握使用光学瓦斯检定仪器检查瓦斯及二氧化碳的方法。
四、实验仪器和设备
光学瓦斯检定器
五、实验内容及步骤
1对吸收管内的干燥剂等药品进行检查。
水分吸收管内的干燥剂可以用氯化钙或变色硅胶。
变色硅胶为蓝色颗粒状,吸湿后变为粉红色。
吸湿变色后的硅胶经过干燥处理后可以复用。
氯化钙是极强的干燥剂。
二氧化碳吸收管内装钠石灰又名碱石灰,即氢氧化钙与氢氧化钠(或钾)的混合物。
吸收二氧化碳由粉红色颗粒变为淡黄色。
2对仪器进行气密性检查。
首先检查吸气橡皮球是否漏气。
检查的方法是一只手捏扁吸气球压出球内气体,另一手压住球上的胶皮管,如球不膨胀还原,就证明不漏气,否则可以从气球是否损坏、活塞芯子是否清洁等方面来找原因。
然后对仪器的气样通道进行检查。
检查方法与检查吸气球一样,只是把压住吸气球上的橡皮管改为堵住仪器的进气孔。
有条件的可在气样人口与出口处加上约6864帕的压差,若在1分钟内压力不下降,说明不漏气。
否则应对各连接部分分别检查,找出原因进行检修。
3检查干涉条纹是否清晰。
把电池装入仪器,按下光源电门8由目镜观察,旋转保护玻璃调整视度直到数字最清晰,再看干涉条纹是否清晰。
如不清晰,可将光源灯泡盖打开,调整其位置来改善条纹清晰度。
4调零。
测定前,首先在与待测定地点温度相近的地点,捏吸气球数次进行“换气”,以免因温差过大而出现零点飘移。
其次,微数对零,按下微读数电门7,反时针转动微数读数盘,使其零位对准指示线。
再次,基线对零。
按光源电门8,观看目镜,转动主动旋钮2,使干涉条纹中最明显的一条黑线(常称黑基线)对准零位,最后盖好主动螺旋盖15。
5测定。
将进气胶管伸人测点,捏吸气球5~6次,吸人待测气体。
按下光源电门,由目镜读出黑基线在刻度板上所处的位置。
如黑基线处于刻度板两个整数之间,如1%~2%,则顺时针方向转动微数盘3,同时观看黑基线退到较低的数值1%上,然后按下微读数电门,读出微读数盘上的读数为0.5。
测定的瓦斯浓度为l%+0.5%=1.5%,最后将微盘读数退回零位。
测定二氧化碳时,先用上述方法测定瓦斯浓度,再取下二氧化碳吸收管,然后在同一测点再测定瓦斯和二氧化碳的混合气体浓度。
从混合气体浓度中减去瓦斯浓度,再乘以系数0.955,即为测点的实际二氧化碳浓度。
在进行精确测定时,有时还需要进行温度和大气压的校正。
详见课本相关内容。
附图5—1AQG一1型光学瓦斯检定器结构图
(a)外形,(b)剖面
1—目镜,2—主调螺旋,3—微调螺旋,4—吸气孔,5—进气孔,6—微读数观察孔,7—微读数电门,8—光源电门,9—水分吸收管,10—吸气橡皮球;11—二氧化碳吸收管,12—干电池,13—光源盖,14—目镜盖,15—主调螺旋盖,16—灯泡,17—光栅,18—聚光镜,19—光屏,20—平行平面镜:
21—平面玻璃,22—气室,23—反光棱镜,24—折射棱镜,25—物镜,26—测微玻璃,27—分划板,28—场镜,29—目镜保护玻璃,30—毛细管
六实验数据记录
正确读出并记录每次测定的结果。
实验四风机性能测定
实验名称:
风机性能测定
参加实验年级及学期:
采矿工程专业
实验学时数:
2学时
一、实验目的
通过实验,使学生掌握风机性能测定的方法、步骤,为今后的工作打下基础。
三、实验要求
1、在实验中,掌握正确的工况调节方法。
2、正确测定并计算风机的风量、风压、输入功率、转数和实验时矿井空气密度,并计算通风机的效率。
3、正确绘制通风机个体特性曲线。
四、实验仪器和设备
附表4—1实验六所用的仪器和设备
序号
名称
型号或规格
数量
生产厂家
1
通风管道
1
河南理工大学大学实验仪器厂
2
皮托管
AFP-8A
10
重庆煤矿安全仪器厂
3
单管倾斜压差计
4
4
空盒气压计
2
5
风扇式湿度计
DHM2型
7
天津气相海洋仪器厂
6
电压表、电流表及功率因数表
各1
五、实验内容及步骤
对通风机性能试验的布置方式其总的要求是选择风流稳定区为测量风量和风压的地点,以使测出的数据准确可靠。
对于生产矿井,一般都是利用通风机风硐进行试验,其布置如附图4—1所示。
附图4—1通风机性能试验时的布置
1—通风机;2—风闸;3—扩散器;4—反风绕道;5—防爆风门
在I—I断面处设框架,用木板来调节通风机的工况,在Ⅱ一Ⅱ断面处设静压管,测该断面的相对静压,用风表在Ⅱ一Ⅱ断面之后测风速,或者在Ⅲ一Ⅲ断面的圆锥形扩散器的环形空间用皮托管测算风速。
1工况调节的位置和方法
通风机性能试验时,工况调节地点一般设在与回风井交接处的风硐口,如附图6—1中I—I断面位置(当条件不许可时可设在总回风道或利用风硐闸门与井口防爆门调节)。
其
方法是在调节地点的巷道内安设稳固的框架(用工字钢、木料都可),利用通风机风压的吸力将薄木板吸附在其上,缩小有效断面积以改变通风阻力。
调节工况点的数目不应少于8~10个,以保证测得的特性曲线光滑、连续。
在轴流式通风机风压曲线的“驼峰”区,测点要密些,在稳定区测点可疏些。
离心式通风机一般在关闸门下启动,然后逐渐提升闸门降阻调节工况。
轴流式通风机一般在开启闸门下启动,然后逐渐放下闸门增阻调节工况。
2.通风机性能参数的测定
(1)静压的测定静压测量的位置应在工况调节处与风机人口之间的直线段上,距通风机人风口的2倍叶轮直径以远的稳定风流段。
为测出测压断面上的平均相对静压,可在风硐内设十字形连通管,在连通管上均匀设置静压管,然后将总管连接到压差计上。
(2)风速的测定
1)用风表在工况调节处与通风机人口之间的风流稳定区测平均风速,并计算风量。
2)用皮托管和微压计测量风流动压,然后换算成平均风速,并计算风量。
皮托管可安设在测量静压的断面处,也可以安设在通风机圆锥形扩散器的环形空间。
为使测量数据准确可靠,在测量断面上按等面积布置多根皮托管。
安装时应将皮托管固定牢靠,务必使头部正对风流方向。
(3)电动机功率及其效率的测定电动机输入功率可用两个单相瓦特表或一个三相瓦特表来测量,也可以采用电压表、电流表和功率因数表测量。
电动机的效率可根据制造厂家的特性曲线选取,使用时间较久的电动机可采用间接方法即损耗法测定。
(4)通风机与电动机转数的测定通风机与电动机的转数,可用转数表测定。
通风机与电动机直接联动时,应测定电动机的转数。
如果用皮带轮传动,应分别测定通风机和电动机的转数。
(5)空气密度的测定用空盒气压计或数字式气压计测量风流的大气压力,用干湿球温度计测量风流的干球温度和湿球温度,根据大气压力和干湿球温度读数计算空气密度。
计算公式详见记录表。
3.操作程序及步骤
在工况调节之前,应先把防爆门打开,使矿井保持自然通风。
然后再由总指挥发出信号,启动通风机,待风流稳定后,即可正式测量。
在通风机性能试验中应注意以下事项。
1)通风机应在低负荷工况下启动,随时注意电动机的负荷和各部件的温升。
轴流式通风机在“驼峰”点附近应特别注意。
如果发现超负荷或其他异常现象,必须立即关掉电动机进行处理。
2)同一工况的各个参数尽可能同时测量,测量数据波动较大时,应取其平均值。
3)测定过程中,由于工况改变会引起井下风量变小时,应密切注意井下瓦斯变化情况,必要时组织矿山救护队员在井下巡视,以应付紧急情况。
4)进入风硐的工作人员,务必注意安全,工作时精力要集中,不可粗心大意。
5)通风机试验工作宜在停产检修日进行,试验期间要停止提升与运输工作,不要开闭井下巷道中的风门,以免引起压力波动,影响试验的精确程度。
六实验数据记录
正确读出并记录表中所要求各值,记录表见后。
技能训练五、矿井通风系统工作原理及全矿井反风演示
实验类型:
验证性实验学时:
2实验要求:
必修
一、实验目的
1、通过矿井通风系统模型运行的动态演示,认识通风系统的构成,功能和原理,了解各部分的工作方式。
2、通过模型操作,了解全矿井反风的工作原理、操作和过程。
二、实验内容
通过矿井通风综合模拟实验装置演示矿井通风系统工作原理及全矿井反风方法。
三、仪器设备
实验在KTS-I型矿井通风综合模拟实验装置上进行,该装置由矿井通风系统模型,安全监测系统组成。
可实现巷道风门的自动控制,进行巷道中风速(风量)、温度、点压力及有毒有害气体浓度的实时监测,在两个综采工作面和皮带运输巷中设置有自动图像采集系统,实现主要生产地点的工作状况在模拟地面控制调度室的动态图像显示。
模型规格:
7000×3500×1800mm,系统操作控制台1个。
通风系统模型主要结构有:
副井,水平运输大巷,运输上山,轨道上山,专用回风上山,2个综采工作面,1个掘进工作面,一条总回风巷,风井,主要通风机和矿井反风装置构成。
井下设有20道自动控制的风门,以改变风流流动路线,控制风量。
通风方式为抽出式,离心通风机。
风机性能:
风量1810~2844m3/h(30~47.4m3/min);风压697~17mmH2O,电机性能:
转速:
2900r/min;功率:
7.5KW,380V。
系统设置:
正常通风路线:
副井—运输大巷—风门13#、16#—绕道—风门18#—轨道上山—中部车场—风门6#—掘进巷—风门20#—皮带顺槽—综采工作面NO1—轨道顺槽—风门3#—上部车场—轨道上山—总回风巷—风井—风机调节风门—通风机—扩散器—大气。
调节风门设置:
风门
状态
风门
状态
风门
状态
风门
状态
1#
关
6#
开
11#
关
16#
开
2#
关
7#
关
12#
关
17#
关
3#
开
8#
关
13#
开
18#
开
4#
开
9#
关
14#
关
19#
关
5#
关
10#
关
15#
开
20#
开
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
1、矿井通风系统工作原理演示
通风系统主要由主要通风机、通风巷道和通风设施构成,主要通风提供系统通风的动力;通风巷道构成井下风流流动的通道,并承担相应的采掘工作任务;通风设施完成对井下风流进行调节控制的作用,实现风流的按需分配。
该通风系统模型包含了通风系统的所有组成部分,且通过动态演示,模拟实际矿井通风机运行、井下风流流动、调节装置改变从而改变风流流量和通风供给路线。
2、全矿井反风演示
全矿井反风是为了防治矿井主要进风区域火灾扩大而采取的必要通风控制措施。
《煤矿安全规程》规定,矿井通风系统必须具有全矿井反风的功能,且反风风量不小于正常通风量的40%。
矿井反风主要有两种方法,一是风机反转反风,即通过调整风机叶片的角度或将电机反转使得风流由扩散器反向流入矿井,实现矿井反风;第二种方式是不改变通风机的运转方式,通过事先修建好的反风巷道和快速调节装置,使风流通过反风道流入井下,从而改变井下风流的方向。
本实验演示反风道反风的过程和操作方法。
六、实验步骤
1、矿井通风系统工作原理演示
1)讲解模型通风系统的构成和各部分的功能;
2)启动模型,演示正常通风路线风流的流动;
系统启动后,观察监测系统指示的主要通风性能数据,模型巷道内风向指示的变化、倾斜压差计内风压的变化。
3)演示调节装置的作用:
井下作业地点的变化和供风需求的改变都要求对矿井通风系统进行调节,调节的方法主要有两类,主要通风机工况的调节和井下通风设施改变的调节,本实验演示通过改变井下通风设施的状况,来调节需风地点供风状况的过程。
以1个综采工作面为风量调节目标,通过控制进风侧(20#)、回风侧(4#)、相连巷道(10#)的自动控制风门,改变通过工作面的风量。
2、全矿井反风演示
1)讲解通风系统反风装置的构成、反风操作及效果观察;
2)演示矿井正常通风状况下的风流流动;
3)停止风机,并实施反风操作
关闭风机进风道上的调节风门——打开反风风门(手动)——调整风机出口侧反风道处的风门(手动)——改变工作面通风压力取样毕托管的方向——启动风机——观察风流流动的方向和风速的变化(U形压差计和风速传感器);
4)重新启动风机,观察风流方向的变化和风量的数据;
5)停止风机,将系统恢复原状。
七、实验结果处理
无
八、实验注意事项
本实验为演示实验,教师和实验室人员进行操作,学生以观察和记录为主。
实验应按操作说明进行,未经许可,学生不得改变模型上的装置和仪器。
开启系统应按下列顺序进行:
1)启动监测系统控制台;
2)打开通风模型控制台电源;打开监视器;
3)检查调节风门状态,调整到正常状态;
4)安装实验测量仪器;
5)启动风机进行实验;
6)操作监测系统软件,查看各类传感器监测数据。
关闭系统应按下列顺序进行:
1)关闭风机电源;
2)恢复风门状态至正常状态;
3)关闭模型控制台电源;
4)关闭监视器及监测系统。
九、预习与思考题
1、通风系统由哪些部分构成,各部分的主要功能是什么?
2、如何改变系统中工作面的风量和风向?
3、矿井为何要进行全矿井反风?
要求达到的反风风量是多少?
4、进行全矿井反风的方法有哪些?
为何矿井反风风量会少于正常状况下的通风风量?
十、实验报告要求
1、根据实验模型,绘制通风系统示意图,标志系统内风流流动的路线;对系统的构成、各部分的功能和风流调节的方法进行阐述;
2、根据实验模型绘制通风系统反风装置的示意图,并说明正常通风状况下和反风时期风流流动的路线,以及反风操作的具体内容。
技能训练六、煤自燃倾向性及煤尘爆炸危险性测定
实验类型:
验证性实验学时:
2实验要求:
必修
一、实验目的
1、了解煤自燃倾向性测定的原理和方法;
2、加深对煤尘爆炸危险性的认识,了解煤尘爆炸危险性测定方法。
二、实验内容
1.测定煤的吸氧量并根据吸氧量的多少判断煤的自燃倾向性;
2.通过测定煤尘在特定高温下是否产生火焰以及火焰长度
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