7个实验矿井通风与安全采矿081实验指导书精.docx
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7个实验矿井通风与安全采矿081实验指导书精
《矿井通风与安全》课程实验指导书采矿工程教研室
目录
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,发生如下的反应:
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。
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:
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-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VmmL,
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、原理和使用方法,计算空气密度。
二、试验仪表:
2.1大气压测定
2.1.1空盒气压计工作原理
DYM3型空盒气压表是以弹性金属做成的薄膜空盒作为感应元件,它将大气压力转换成空盒的弹性移位,通过杠杆和传动机构带动指针。
当顺时针方向偏转时,指针就指示出气压升高的变化量,反之,当指针逆时针方向偏转时,指示出气压降低的变化量。
当空盒的弹性应力与大气压力相平衡时,指针就停止转动,这时指针所指示的气压值就是当时的大气压力值。
2.1.2空盒气压计技术性能和规格
●测量范围:
800~1064hpa
●使用温度范围:
-10~+40℃
●经过温度、示度和补充正后的测量误差不大于2.0hpa
●示度盘最小分值:
1hpa
●附温表最小分值:
1℃
●仪器重量不大于1.5Kg
●仪器尺寸156mm*156mm*115mm
2.1.3空盒气压计使用方法
●使用时请将空盒气压表水平放置。
●读数请用手指轻扣敲仪器外壳或表面玻璃,以消除传动机构中的摩擦。
●观察时指针与镜面指针相重叠,此时指针所指值数即为气压表示值,
读数精确到小数一位。
●读取气压表上温度表示值,精确到小数一位。
2.1.4气压值的求数(经过下列订正后方能使用
●温度订正:
由于环境温度的变化,将会对仪器金属的弹性产生影响,
因此必须进行温度订正。
温度订正值可由下列计算:
△Pt=a.t式中△Pt--温度订正值a--温度系数值(检定证书上附有t--温度表读数●示度订正,由于空盒及其传动的非线性,当气压变化时就会产生示指
误差,因此必须进行示度订正。
求算方法:
根据检定证书上的示度订正值,在气压表示值相对应的气压范围内:
用内插法求出值订正示值△ps(ps为示值。
●补充订正:
为消除空盒的剩余变形对示值产生的影响,从检定证书上
得到补充订正值△pd
经订正后的气压值可由下式示出:
p=ps+(△pt+△ps+△pd2.2空气相对湿度测定
如图2-2干湿度计,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。
1~2分钟,两支温度计示数稳定即可读取。
三、实验内容
1、用空盒气压计测大气压。
2、干湿度计测空气的相对湿度,查表得到饱和水蒸气分压。
3、以空盒气压计和干湿度计的测定结果计算空气的密度。
P=90.90T=22(空盒气压计
T干=21.5T湿=15相对湿度
=40%
实验三风道的风阻摩擦阻力系数测定
一、实验目的
掌握风道的摩擦风阻(R摩、摩擦阻力系数(α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3-1、精密数字气压计、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3-1
三、实验内容和实验方法
(1摩擦风阻(R摩和摩擦阻力系数(α测定:
风道的摩擦阻力h摩:
2
3
2
QS
LU
Q
Rhf测摩α=
=式3-1
式中:
hf——风道的摩擦阻力,Pa;
R摩——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;
测α——风道的摩擦阻力系数,kg/m3
由3-1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(测α,再按式(3-2换算成标准空气密度下(2.1=ρkg/m3的摩擦阻力系数0α;
测
测
ραα2.10=
式(3-2
式中:
测ρ——测定时的空气密度,kg/m3。
测定方法:
在图3-1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:
(均均测阻BBAAABABvvhhρρ2
2
2
2
-
+
=(3-3
式中:
ABh阻——AB段风道的通风阻力,Pa;
AB
h测——AB段风道的势能差,Pa;
均AV、均BV——分别为A和B断面的平均风速,m/s;
Aρ、
Bρ——分别为A和B断面的空气密度,kg/m3
。
又均=SUQ
如果AB段漏风较大,则(3-1式中的Q为A、B两端面的风量的平均值,
即
2
B
AQQQ+=
根据测定结果,计算铁风筒或木风筒的R摩和α。
实验四扇风机特性测定
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4-1所示布置,用调节闸门由全开到全闭调节风机工况7~9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
isQ:
ISVQ⋅=Imm3/s(4-1
IsIvKhhVρ
ρ
2
2
Im=
⋅=
m/s(4-2
式中:
ImV——I断面的平均风速,m/s;
IS——I断面的面积,m2
;ρ——测定时的空气密度,kg/m3
;
K——集流器系数,Is
IvhhK=
经标定,本实验所用集流器系数为0.95
Ish——I
断面的相对静压,Pa。
(2扇风机风压测定因ovRovsthhHHH+=+=今IvIIvovovhhhH===所以rshH=
又因I~II断面风筒很短,其阻力可略去,故
1(KhhhIsIIsR-+=IsIIsthhH+=
式中:
tH——扇风机的全风压,Pa;
s
H
——扇风机的静风压,Pa;
Rh——扇风机所克服的通风阻力,Pa;
ov
H
IIvh,Ivh——扇风机出口,风筒I断面、II断面的平均动压,
Pa;
Ish,IIs
h——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(Ish,IIsh即可算出扇风机的风压tH和静压sH。
(3电动机功率测定
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%
=电
电1001000⨯NQH
t
η扇风机静压效率%
=
电
1001000⨯NQH
s
sη
(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Q—Hs、Q—N电、Q—ηs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
试验五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5-1。
检定器根据光干涉原理制成,它的关学原理如图5-2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。
`
图5-2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5~6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5~6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行测定结果校正。
CO2浓度的测定,空气中同时存在CH4和CO2时,先测出CH4浓度浓度,然后取下吸收管,测出CH4浓度和CO2的混合浓度。
因为CO2的折射率(1.000418与CH4浓度的折射率(1.000411相差不大,一般测定时,后一读数减去前一读数即为CO2浓度。
精度测定时,还要乘以校正系数k,kCO2=0.952。
三、试验内容和方法
在掌握了仪器的构造,原理和使用方法以后,分别由瓦斯缸内取样测缸内浓度各二次,取其平均值。
实验六瓦斯气体爆炸实验
一、实验目的
演示可燃气体的爆炸,了解部分检测仪器,
二、实验原理
爆炸是物质发生变化的不断急剧增加,并在极短时间内放出大量能量的现象。
炸药与爆炸物质的区别,前者,一定的外界条件作用下就能发生爆炸。
后者,需要与另外一种物质,一般是和氧化剂混合后发生化学变化才能爆炸的物质。
可燃气体甲烷和乙炔的爆炸属于后者。
化学爆炸的特点:
1,反应速度快;2,产生大量气体;3,放出大量热。
具备条件:
1,有可燃物;2、有氧化剂;3,两者充分混合;4,相当于着火源的能源,一般有明火、电火花、静电火花等。
本演示实验才有甲烷与空气混合并在一定的点爆能量下产生爆炸。
可燃气体爆炸极限(与空气混合比如表10-1
表6-1
三实验设备及仪表
1可燃气体爆炸演示箱
2光电瓦斯机
3智能高低浓度瓦斯传感器
实验七煤的坚固系数测定
一、实验目的
通过实验测定煤的坚固系数测定。
二、测定原理
煤的坚固系数f是一相对指标。
它是根据“破碎所梢耗的功与破碎物所增加的表面积成正比”的理论提出的。
当破碎功和破碎前试样的平均直径为一定值时,那么,破碎后试样粒度的大小(即破碎程度就可用来表示物体的强度或坚固性。
我国常用落锤法测定。
三、测定装置及仪器
捣碎筒,计量筒,分样筛(孔径20mm、30mm和0.5mm各一个,天平(最大称量1000g,感量0.5g,小锤、漏斗、容器,如图7-1所示。
图7-1煤体坚固系数测定仪
1-试样筒;2-钢筒;3-钢锤;4-定位螺栓;5-绳;6-把手;7-量柱;8-量筒
四、测定步骤
将煤样制成20~30mm的小块,用孔径为20mm或30mm的筛子筛选,称取制备好的试样50g为一份,每5份为一组,共称取三组。
将捣碎筒放置在水泥地板或2cm后的铁板上,放入试样一份,将2.4kg重锤提高到600mm高度,使其自自落下冲击试样,每份冲击3次,把3份捣碎后的试样装在同一容器中,把每组(5份捣碎的试样一起倒入孔径0.5mm分样筛中筛分,筛至不再漏下煤粉为止,把筛下的粉末用漏斗装入计量筒内,轻轻敲打使之密实,然后轻轻插入具有到度的括塞尺与筒内粉末面接融。
计量筒口相平处读取数l(即粉末在计量筒内实际测量高度,读至毫米。
由下式求该煤样的坚固系数f=20n/l式中f-坚固性系数,n-每份煤样的撞击次觐次,L-每组试样筛下煤粉的计量高度,mm。
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- 实验 矿井 通风 安全 采矿 081 指导书