礦井通風(fēng)與安全-實驗指導(dǎo)書

1、礦井通風(fēng)與安全實驗指導(dǎo)書礦井通風(fēng)與安全是采礦工程專業(yè)的專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)是使學(xué)生通過學(xué)習(xí)，掌握礦井通風(fēng)的基本理論和實際操作知識以及礦井瓦斯、水、火、煤塵等災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，并運(yùn)用科學(xué)技術(shù)手段，防止各類事故的發(fā)生，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。礦井通風(fēng)與安全實驗項目的開設(shè)是依據(jù)本門課程理論課教學(xué)中的重點和難點，使學(xué)生鞏固和掌握所學(xué)課程的基本理論基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。共包含四個實驗，目的如下：實驗一為礦井通風(fēng)風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)的測定，讓學(xué)生學(xué)會使用測定礦井通風(fēng)風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)的各類儀器儀表，熟悉它們的原理、結(jié)構(gòu)；加深在不同通風(fēng)方式下，對全壓、靜壓和速壓及其相互關(guān)系的理解，并掌握某斷

2、面的平均風(fēng)速的測定方法。實驗二是礦井通風(fēng)系統(tǒng)工作原理及全礦反風(fēng)演示，使學(xué)生認(rèn)識通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)成，功能和原理，了解各部分的工作方式以及全礦井反風(fēng)的工作原理、操作和過程。實驗三為煤的瓦斯放散初速度及堅固性系數(shù)測定，讓學(xué)生明確煤瓦斯放散初速度指標(biāo)（P）和堅固性系數(shù)的物理意義，掌握煤的堅固性系數(shù)與煤的瓦斯放散初速度的測定方法。實驗四是煤自燃傾向性及煤塵爆炸危險性測定，使學(xué)生了解煤自燃傾向性測定的原理和方法；加深對煤塵爆炸危險性的認(rèn)識，了解煤塵爆炸危險性測定方法。另外通過實驗的開設(shè)，可以培養(yǎng)學(xué)生實事求是、一絲不茍、嚴(yán)格、嚴(yán)密的科學(xué)態(tài)度，樹立辯證唯物主義觀。通過讓學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問

3、題、分析問題以及解決問題的能力。實驗指導(dǎo)書的適用范圍為采礦工程專業(yè)本科生。實驗1 礦井通風(fēng)風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)的測定實驗類型：驗證性 實驗學(xué)時：2 實驗要求：必修一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)使用測定礦井通風(fēng)風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)的各類儀器儀表，熟悉它們的原理、結(jié)構(gòu)；2、加深在不同通風(fēng)方式下，對全壓、靜壓和速壓及其相互關(guān)系的理解。3、掌握某斷面的平均風(fēng)速的測定方法，并計算風(fēng)量。二、實驗內(nèi)容本次實驗主要測定的礦井通風(fēng)風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)有：礦井干濕溫度；礦井大氣壓力；礦井大氣密度計算；點壓力；平均風(fēng)速。三、儀器設(shè)備1、空盒氣壓計空盒氣壓計(圖1-1)是由一個波紋形金屬真空盒和一套杠桿傳動機(jī)構(gòu)組成，(真空合內(nèi)實際還有50-60毫米水

4、銀柱的壓力)。（a）外形 （b）結(jié)構(gòu)示意1-金屬盒；2-彈簧；3-傳遞機(jī)構(gòu)；4-指針；5-刻度盤；6-鏈條；7-彈簧絲；8-固定支點圖1-1 空盒氣壓計外形和結(jié)構(gòu)示意圖2、干濕球溫度計礦井空氣的濕度一般用相對濕度來表示，測定相對濕度常用手搖濕度計(圖1-2)和風(fēng)扇式濕度計(圖1-3)兩種，它們的測定原理一樣，濕度計是由兩支溫度計組成。一支為干溫度計，一支為濕溫度計(在溫度計的水銀球面上包裹濕紗布)。圖1-3 風(fēng)扇式濕度計圖 1-2 手搖濕度計 圖 1-33、U形水柱計U形水柱計如圖1-3所示，它是由一根內(nèi)徑相同的玻璃管彎成U型水柱。并在其中裝入蒸餾水，在U形管中間有一刻度尺所組成，其測壓原理是

5、：在測壓前U形管兩端的水面處于水平位置，當(dāng)一端加入較大的壓力時，此端液面下降，另一端液面上升，此時兩端液面的距離若為L毫米時，就表明水柱計的兩端壓力差為L毫米水柱。4、風(fēng)表風(fēng)表的種類有很多，本實驗采用葉片式風(fēng)表（圖1-4）測量風(fēng)速。葉輪式風(fēng)表由葉輪、傳動機(jī)構(gòu)、表盤及外殼四部分組成。按其測風(fēng)范圍又可分為微速（0.35m/s）、中速（110m/s）、高速（130m/s）風(fēng)表三種。1-葉輪；2-蝸桿軸；3-表盤；4-開關(guān)桿；5-回零桿；6-表殼圖1-4四、所需耗材 無。五、實驗原理、方法和手段1、空盒氣壓計當(dāng)大氣壓變化時，真空盒面變形，變形值經(jīng)杠桿傳動機(jī)構(gòu)放大，傳動到盒面使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使用前需要用

6、固定水銀氣壓計來校正，校正時用小螺絲刀微微調(diào)節(jié)盒側(cè)面調(diào)節(jié)孔內(nèi)的螺釘，使其指針指示值與水銀氣壓計一致。2、干濕球溫度計根據(jù)從溫度計上分別讀出的干溫度t干和時溫度t濕查氣象常用表可得到相對濕度值。絕對濕度可用下式計算：f=F飽式中：f絕對濕度 g/m3 相對濕度 % F飽同一溫度下的飽和水蒸氣量，g/m33、點壓力測定（1）絕對壓力測定就絕對壓力而言，無論是抽出式還是壓入式通風(fēng)，其絕對全壓均可用下式表示：pti = pi + hvi式中 pti風(fēng)流中i點的絕對全壓，Pa；pi風(fēng)流中i點的絕對靜壓，Pa；hvi風(fēng)流中i點的動壓，Pa。（2）相對壓力測定就相對壓力而言，則與通風(fēng)方式有關(guān)，風(fēng)流點壓的相互

7、關(guān)系如下：抽出式通風(fēng) hti =hi + hvi （1）壓入式通風(fēng) hti =hi - hvi （2）式中 hti風(fēng)流中i點的相對全壓，Pa；hi風(fēng)流中i點的相對靜壓，Pa；hvi風(fēng)流中i點的動壓，Pa。本次實驗的主要目的，就是對兩公式進(jìn)行驗證。不同通風(fēng)方式下，風(fēng)流中某點各種壓力之間的相互關(guān)系如圖1-5所示。piptihvihhvihihti真空（0）ptihvipip0hti(-)hvi0hi(-)真空（0）(a)(b)（a）壓入式通風(fēng)；（b）抽出式通風(fēng)；圖1-5 不同通風(fēng)方式風(fēng)流中某點各種壓力間的相互關(guān)系4、平均風(fēng)速測定：風(fēng)流產(chǎn)生的壓力作用在葉片上，使葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪通過一套齒輪傳動機(jī)械帶動

8、指針轉(zhuǎn)動。由于風(fēng)速與葉輪轉(zhuǎn)速成正比，因而也與指針的轉(zhuǎn)速成正比，而且是線性關(guān)系，即：式中：真實風(fēng)速，m/s 或m/min；風(fēng)表讀數(shù)或稱為表速，m/s 或m/min（或格/秒、格/分）；、風(fēng)表校正系數(shù)。六、實驗步驟1. 測定礦井大氣壓力測定時，在測定地點將空盒氣壓計水平放置，并用手輕輕敲擊合面數(shù)次，消除指針的蠕動現(xiàn)象，待20分鐘左右可讀數(shù)，讀數(shù)值還需根據(jù)儀器所附檢定證進(jìn)行刻度、溫度和補(bǔ)充校正。2、測定礦井干濕溫度用風(fēng)扇式濕度計測定時，用專用鑰匙將小風(fēng)扇的發(fā)條上緊，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，使空氣以1.73.0m/s的流速經(jīng)過干濕溫度計的水銀球面周圍，待12分鐘，兩支溫度計示數(shù)穩(wěn)定后即可讀值計算。3、點壓力測定步驟

9、1）只將皮托管（）與壓差計連接，測定i點的相對靜壓；2）同時將皮托管的（+）、（）接頭連至壓差計上，測定i點的相對動壓；3）只將皮托管（+）與壓差計連接，測定i點的相對全壓。具體接法如圖1-5所示。4、平均風(fēng)速測定步驟1）測量前關(guān)閉開關(guān)板閘，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動而指針不動，壓下回零桿，使大小指針均回歸“0”位，準(zhǔn)備好一塊秒表，也使秒表回零，準(zhǔn)備使用；2）為了克服風(fēng)表運(yùn)轉(zhuǎn)部分的慣性抵抗力，將風(fēng)表處于測風(fēng)位置，在風(fēng)吹動下空轉(zhuǎn)2030s，并調(diào)整風(fēng)表的葉輪旋轉(zhuǎn)面，盡量與風(fēng)流方向垂直；3）開始測風(fēng)時，應(yīng)使風(fēng)表開關(guān)板閘與秒表同時動作，并且又不要太用力導(dǎo)致風(fēng)表抖動；4）按測風(fēng)要求，移動風(fēng)表并計時，到達(dá)規(guī)定時間、走完規(guī)

10、定路徑，即制動風(fēng)表指針，從表盤上讀取格數(shù)，再由校正曲線上查處對應(yīng)的實際風(fēng)速。風(fēng)量計算：Q=V均×S式中：S管道斷面積，米2。七、實驗結(jié)果處理1、測算記錄表1-1 干濕溫度測定記錄表測定次數(shù)干球溫度（）濕球溫度（）相對濕度備注表1-2 大氣壓力測定記錄表空氣盒氣壓計大 氣 壓 力 （mmHg）讀 數(shù)刻度訂正值溫度訂正值補(bǔ)充訂正值實際氣壓2、計算空氣密度精確計算公式：式中：空氣密度，Kg/m3P測點空氣的絕對靜壓，Pa； t測點處空氣的干溫度，； t、tw（濕溫度）時空氣的相對濕度，%； Pb空氣在t溫度下的飽和水蒸氣壓力，Pa。3、點壓力測定結(jié)果表1-3 點壓力測定通風(fēng)方式壓入式抽出式

11、h靜（Pa）h速（Pa）h全（Pa）4、平均風(fēng)速測定結(jié)果 表1-4 風(fēng)速測定表速(m/min)風(fēng)速V1V2V3V均V表(m/s)V真(m/s)八、實驗注意事項1、井下用空盒氣壓計測大氣壓時，應(yīng)使合面平行于風(fēng)流方向以消除速壓影響。2、用濕度計測定空氣的相對濕度時，讀數(shù)時應(yīng)首先讀濕溫度計的示值，然后再讀干溫度計的示值。3、風(fēng)表的測量范圍要與所測風(fēng)速相適應(yīng)，避免風(fēng)速過高、過低造成風(fēng)表損壞或測量不準(zhǔn)；4、風(fēng)表不能距離人體和巷道壁太近，否則會引起較大誤差；5、按線路法測風(fēng)時，路線分布要合理，風(fēng)表的移動速度要均勻，防止忽快忽慢，造成讀數(shù)偏差；6、有車輛或行人時，要等其通過后風(fēng)流穩(wěn)定時再測；7、同一斷面測定

12、三次，三次測得的計數(shù)器讀數(shù)之差不應(yīng)超過5%，然后取其平均值。九、預(yù)習(xí)與思考題1、空盒氣壓計的讀數(shù)為何要進(jìn)行校正？2、簡述評價礦井氣候條件的主要指標(biāo)有哪些？3、從U型垂直壓差計上如何判斷風(fēng)機(jī)的工作方法？4、簡述風(fēng)速的測量方法十、實驗報告要求實驗報告要求如下：1、封面應(yīng)包括：課程名稱、實驗序號、專業(yè)、班級、姓名、同組實驗者、實驗時間。2、編寫實驗報告規(guī)范應(yīng)包括：實驗名稱、目的、內(nèi)容、原理、設(shè)備及儀表（名稱、規(guī)格、型號）、實驗步驟、實驗記錄。3、實驗報告應(yīng)附有實驗原始記錄，數(shù)據(jù)處理要有詳細(xì)的過程，并寫出實驗心得體會。實驗2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)工作原理及全礦井反風(fēng)演示實驗類型：驗證性 實驗學(xué)時：2 實驗要求

13、：必修一、實驗?zāi)康?、通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)模型運(yùn)行的動態(tài)演示，認(rèn)識通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)成，功能和原理，了解各部分的工作方式。2、通過模型操作，了解全礦井反風(fēng)的工作原理、操作和過程。二、實驗內(nèi)容通過礦井通風(fēng)綜合模擬實驗裝置演示礦井通風(fēng)系統(tǒng)工作原理及全礦井反風(fēng)方法。三、儀器設(shè)備實驗在KTS-I型礦井通風(fēng)綜合模擬實驗裝置上進(jìn)行，該裝置由礦井通風(fēng)系統(tǒng)模型，安全監(jiān)測系統(tǒng)組成?？蓪崿F(xiàn)巷道風(fēng)門的自動控制，進(jìn)行巷道中風(fēng)速（風(fēng)量）、溫度、點壓力及有毒有害氣體濃度的實時監(jiān)測，在兩個綜采工作面和皮帶運(yùn)輸巷中設(shè)置有自動圖像采集系統(tǒng)，實現(xiàn)主要生產(chǎn)地點的工作狀況在模擬地面控制調(diào)度室的動態(tài)圖像顯示。模型規(guī)格：7000×350

14、0×1800mm，系統(tǒng)操作控制臺1 個。通風(fēng)系統(tǒng)模型主要結(jié)構(gòu)有：副井，水平運(yùn)輸大巷，運(yùn)輸上山，軌道上山，專用回風(fēng)上山，2個綜采工作面，1個掘進(jìn)工作面，一條總回風(fēng)巷，風(fēng)井，主要通風(fēng)機(jī)和礦井反風(fēng)裝置構(gòu)成。井下設(shè)有20道自動控制的風(fēng)門，以改變風(fēng)流流動路線，控制風(fēng)量。通風(fēng)方式為抽出式，離心通風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)性能：風(fēng)量18102844m3/h（3047.4m3/min）；風(fēng)壓69717mmH2O，電機(jī)性能：轉(zhuǎn)速：2900r/min；功率：7.5KW，380V。圖2-1 實驗?zāi)Ｐ褪疽鈭D系統(tǒng)設(shè)置：正常通風(fēng)路線：副井運(yùn)輸大巷風(fēng)門13#、16#繞道風(fēng)門18#軌道上山中部車場風(fēng)門6#掘進(jìn)巷風(fēng)門20#皮帶順槽綜

15、采工作面NO1軌道順槽風(fēng)門3#上部車場軌道上山總回風(fēng)巷風(fēng)井風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)門通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器大氣。調(diào)節(jié)風(fēng)門設(shè)置：風(fēng)門狀態(tài)風(fēng)門狀態(tài)風(fēng)門狀態(tài)風(fēng)門狀態(tài)1#關(guān)6#開11#關(guān)16#開2#關(guān)7#關(guān)12#關(guān)17#關(guān)3#開8#關(guān)13#開18#開4#開9#關(guān)14#關(guān)19#關(guān)5#關(guān)10#關(guān)15#開20#開四、所需耗材 無。五、實驗原理、方法和手段1、礦井通風(fēng)系統(tǒng)工作原理演示通風(fēng)系統(tǒng)主要由主要通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)巷道和通風(fēng)設(shè)施構(gòu)成，主要通風(fēng)提供系統(tǒng)通風(fēng)的動力；通風(fēng)巷道構(gòu)成井下風(fēng)流流動的通道，并承擔(dān)相應(yīng)的采掘工作任務(wù)；通風(fēng)設(shè)施完成對井下風(fēng)流進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的作用，實現(xiàn)風(fēng)流的按需分配。該通風(fēng)系統(tǒng)模型包含了通風(fēng)系統(tǒng)的所有組成部分，且通過動態(tài)演

16、示，模擬實際礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行、井下風(fēng)流流動、調(diào)節(jié)裝置改變從而改變風(fēng)流流量和通風(fēng)供給路線。2、全礦井反風(fēng)演示全礦井反風(fēng)是為了防治礦井主要進(jìn)風(fēng)區(qū)域火災(zāi)擴(kuò)大而采取的必要通風(fēng)控制措施。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，礦井通風(fēng)系統(tǒng)必須具有全礦井反風(fēng)的功能，且反風(fēng)風(fēng)量不小于正常通風(fēng)量的40%。礦井反風(fēng)主要有兩種方法，一是風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)，即通過調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片的角度或?qū)㈦姍C(jī)反轉(zhuǎn)使得風(fēng)流由擴(kuò)散器反向流入礦井，實現(xiàn)礦井反風(fēng)；第二種方式是不改變通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，通過事先修建好的反風(fēng)巷道和快速調(diào)節(jié)裝置，使風(fēng)流通過反風(fēng)道流入井下，從而改變井下風(fēng)流的方向。本實驗演示反風(fēng)道反風(fēng)的過程和操作方法。六、實驗步驟1、礦井通風(fēng)系統(tǒng)工作原理演示1）講解

17、模型通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)成和各部分的功能；2）啟動模型，演示正常通風(fēng)路線風(fēng)流的流動；系統(tǒng)啟動后，觀察監(jiān)測系統(tǒng)指示的主要通風(fēng)性能數(shù)據(jù)，模型巷道內(nèi)風(fēng)向指示的變化、傾斜壓差計內(nèi)風(fēng)壓的變化。3）演示調(diào)節(jié)裝置的作用：井下作業(yè)地點的變化和供風(fēng)需求的改變都要求對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的方法主要有兩類，主要通風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)和井下通風(fēng)設(shè)施改變的調(diào)節(jié)，本實驗演示通過改變井下通風(fēng)設(shè)施的狀況，來調(diào)節(jié)需風(fēng)地點供風(fēng)狀況的過程。以1個綜采工作面為風(fēng)量調(diào)節(jié)目標(biāo)，通過控制進(jìn)風(fēng)側(cè)（20#）、回風(fēng)側(cè)（4#）、相連巷道（10#）的自動控制風(fēng)門，改變通過工作面的風(fēng)量。2、全礦井反風(fēng)演示1）講解通風(fēng)系統(tǒng)反風(fēng)裝置的構(gòu)成、反風(fēng)操作及效果觀察;2

18、）演示礦井正常通風(fēng)狀況下的風(fēng)流流動;3）停止風(fēng)機(jī)，并實施反風(fēng)操作關(guān)閉風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)道上的調(diào)節(jié)風(fēng)門打開反風(fēng)風(fēng)門（手動）調(diào)整風(fēng)機(jī)出口側(cè)反風(fēng)道處的風(fēng)門（手動）改變工作面通風(fēng)壓力取樣畢托管的方向啟動風(fēng)機(jī)觀察風(fēng)流流動的方向和風(fēng)速的變化（U形壓差計和風(fēng)速傳感器）;4）重新啟動風(fēng)機(jī)，觀察風(fēng)流方向的變化和風(fēng)量的數(shù)據(jù)；5）停止風(fēng)機(jī)，將系統(tǒng)恢復(fù)原狀。七、實驗結(jié)果處理無八、實驗注意事項本實驗為演示實驗，教師和實驗室人員進(jìn)行操作，學(xué)生以觀察和記錄為主。實驗應(yīng)按操作說明進(jìn)行，未經(jīng)許可，學(xué)生不得改變模型上的裝置和儀器。開啟系統(tǒng)應(yīng)按下列順序進(jìn)行：1）啟動監(jiān)測系統(tǒng)控制臺；2）打開通風(fēng)模型控制臺電源；打開監(jiān)視器；3）檢查調(diào)節(jié)風(fēng)門狀態(tài)

19、，調(diào)整到正常狀態(tài)；4）安裝實驗測量儀器；5）啟動風(fēng)機(jī)進(jìn)行實驗；6）操作監(jiān)測系統(tǒng)軟件，查看各類傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)。關(guān)閉系統(tǒng)應(yīng)按下列順序進(jìn)行：1）關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源；2）恢復(fù)風(fēng)門狀態(tài)至正常狀態(tài)；3）關(guān)閉模型控制臺電源；4）關(guān)閉監(jiān)視器及監(jiān)測系統(tǒng)。九、預(yù)習(xí)與思考題1、通風(fēng)系統(tǒng)由哪些部分構(gòu)成，各部分的主要功能是什么？2、如何改變系統(tǒng)中工作面的風(fēng)量和風(fēng)向？3、礦井為何要進(jìn)行全礦井反風(fēng)？要求達(dá)到的反風(fēng)風(fēng)量是多少？4、進(jìn)行全礦井反風(fēng)的方法有哪些？為何礦井反風(fēng)風(fēng)量會少于正常狀況下的通風(fēng)風(fēng)量？十、實驗報告要求1、根據(jù)實驗?zāi)Ｐ?，繪制通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，標(biāo)志系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)流流動的路線；對系統(tǒng)的構(gòu)成、各部分的功能和風(fēng)流調(diào)節(jié)的方法進(jìn)行闡述；

20、2、根據(jù)實驗?zāi)Ｐ屠L制通風(fēng)系統(tǒng)反風(fēng)裝置的示意圖，并說明正常通風(fēng)狀況下和反風(fēng)時期風(fēng)流流動的路線，以及反風(fēng)操作的具體內(nèi)容。實驗3 煤的瓦斯放散初速度及堅固性系數(shù)測定實驗類型：驗證性 實驗學(xué)時：2 實驗要求：必修一、實驗?zāi)康?. 明確煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（P）的物理意義及其瓦斯?jié)B透和流動規(guī)律；2. 了解WT-1型瓦斯擴(kuò)斯速度測試儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；3. 明確煤的堅固性系數(shù)的物理意義；4. 分析掌握煤的堅固性系數(shù)與煤的瓦斯放散初速度的關(guān)系。二、實驗內(nèi)容1、WT-1型瓦斯擴(kuò)斯速度測試儀測定煤質(zhì)指標(biāo)瓦斯放散初速度P；考查研究煤的瓦斯放散特性，連續(xù)測定一個大氣壓下吸附后，060秒的瓦斯擴(kuò)散速度D；2、錘法”

21、測定f值，在一定沖擊功作用下，煤的破碎功與破碎物所增加的表面積成正比，通過測定在固定沖擊破碎功下煤粉碎至某一粒度的量來計算f。三、實驗儀器 1、瓦斯放散速度測定儀器1-真空泵；2-煤樣瓶；3-電磁閥；4-放散空間；5-儀器主機(jī)外殼；6-繼電器板；7-傳感器；8-通大氣口；9-減壓閥；10-瓦斯鋼瓶；11-通信電纜；12-煤樣；13-指示燈圖3-1 WT-1型瓦斯放散速度測定儀系統(tǒng)圖2、煤的堅固性系數(shù)測定儀器搗碎筒，計量桶，分樣篩（孔徑20mm和0.5mm各一個），天平，小錘，漏斗，容器。四、所需耗材1、瓦斯放散速度測定1）材料：脫脂棉，純度99.99%以上CH4；2）試樣大小：顆粒度 (煙煤0

22、.250.5 mm,無煙煤13 mm)；3）試樣數(shù)量：每組應(yīng)制備6個標(biāo)準(zhǔn)試樣；4）試樣重量要求：3.5g。2、煤的堅固性系數(shù)測定制備好的試樣50g為一份，每5份為一組，共稱取三組。五、實驗原理、方法和手段1、瓦斯放散速度測定煤樣罐通過放散空間分別與真空泵、瓦斯氣源、壓力傳感器相連，各部件間有閥門相隔開。煤樣在高真空狀態(tài)下保持一段時間，煤樣吸附瓦斯及其它氣體由吸附態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，脫離煤體。然后向煤樣瓶中充入高純瓦斯(CH4濃度99.99%以上)，在高壓下保持一段時間，使其充分吸附。打開放散空間與煤樣瓶之間的閥門，煤樣吸附瓦斯向常壓空間放散,致使放散空間壓力逐漸升高。根據(jù)已知的放散空間體積和壓力變

23、化量，由氣態(tài)方程即可計算出瓦斯放散量。由于放散空間可適當(dāng)加大，其壓力變化對放散速度的影響即可降低到允許誤差范圍以內(nèi)。1-真空泵；2-電磁閥；3-放散空間；4-壓力傳感器；5-煤樣瓶；6-管路；7-瓦斯氣源圖3-2實驗原理圖當(dāng)放散空間壓力由p2變?yōu)閜1時,由氣態(tài)方程可計算出累計放散瓦斯量。 （3-1）式中Q煤樣累計放散瓦斯量，cm3；p1放散空間絕對壓力，MPa；p2放散前絕對壓力，MPa；V放散空間體積，cm3；Z1，Z2在壓力p1，p2及溫度T時CH4氣體壓縮系數(shù)，查表可得，無量綱；T實驗溫度，。這樣通過對放散空間壓力的連續(xù)監(jiān)測即實現(xiàn)了對瓦斯放散量的連續(xù)監(jiān)測。2、煤的堅固性系數(shù)測定煤的堅固性

24、系數(shù)是反映煤體堅固性的一個相對指標(biāo)，其值越大，表明該煤體愈穩(wěn)定，在同樣的瓦斯壓力和地應(yīng)力作用下，越不易發(fā)生突出。脆性材料破碎時遵循面積力能說，即“破碎物料所消耗的功與破碎物料所增加的表面積成正比?！辈⒂纱藢?dǎo)出，在破碎功和破碎前物料的平均直徑一定時，物料的堅固性與物料破碎時產(chǎn)生的粉塵量成反比。一般地，煤與瓦斯突出都發(fā)生在煤層的軟分層中。常用的測定方法是落錘破碎法。六、實驗步驟1、瓦斯放散速度測定1）開始測試時首先打開計算機(jī)電源，啟動后再打開儀器電源與真空泵電源；2） 執(zhí)行wt-1監(jiān)控系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)界面如下：圖3-3 系統(tǒng)主界面3）選擇煤樣瓶圖標(biāo)。儀器面板上的煤樣瓶和界面中的圖標(biāo)是對應(yīng)的，從右向左

25、依次為1-6#，單擊圖標(biāo)可選擇或放棄該煤樣實驗；儀器面板上的煤樣瓶和界面上的圖標(biāo)是16#。選中要測試的煤樣瓶圖標(biāo)，選中或未選中時圖標(biāo)如圖3-4所示：選中 未選中圖3-4 選擇煤樣瓶圖標(biāo)4）如進(jìn)行放散速度測試，選擇菜單項“放散速度”；如為擴(kuò)散速度，選擇菜單項“擴(kuò)散速度”。然后在下圖所示的對話框中為每個要測試的煤樣命名和設(shè)置保存路徑，如圖3-5。點“下一步”后，實驗全部由儀器自動完成?！胺派⑺俣取?、 “擴(kuò)散速度”二者實驗過程基本相同，以放散速度（P）測試為例，脫氣、漏氣檢測與充氣的過程，分別如圖3-6、圖3-7、圖3-8所示。圖3-5 設(shè)定煤樣保存路徑圖3-6 煤樣脫氣圖3-7 漏氣檢測圖3-8

26、煤樣充氣在學(xué)習(xí)或調(diào)試時為節(jié)省時間可隨時單擊“下一步”提前結(jié)束該過程。正式實驗時必須達(dá)到規(guī)定時間，否則會影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性；5）依次對每個煤樣進(jìn)行一次死空間脫氣和向死空間放氣的過程，同時動態(tài)地顯示煤樣的擴(kuò)散速度曲線，自動保存測試結(jié)果，最后顯示出來；6）結(jié)束。實驗結(jié)束，首先關(guān)閉儀器電源，然后一步步關(guān)閉計算機(jī)，切斷真空泵電源。2、煤的堅固性系數(shù)測定1）將搗碎筒放置在水泥地板或2cm厚的鐵板上，放入試樣一份，將2.4kg重錘提高到600mm高度，使其自由落下沖擊試樣，每份沖擊3次，把5份搗碎的試樣裝在同一容器中；2）把每組（5份）搗碎的試樣一起倒入孔徑0.5mm分樣篩中篩分，篩至不再漏下煤粉為止；3

27、）把篩下的粉末用漏斗裝入計量筒內(nèi)，輕輕敲打使之密實，然后輕輕插入具有刻度的活塞尺與筒內(nèi)粉末面接觸。在計量筒口相平處讀取l（即粉末在計量筒內(nèi)實際測量高度，讀至毫米）；當(dāng)l30mm時，沖擊次數(shù)n，即可定為3次，按以上步驟繼續(xù)進(jìn)行其他各組的測定。當(dāng)l<30mm時，第一組試樣作廢，每份試樣沖擊次數(shù)n改為5次，按以上步驟進(jìn)行沖擊、篩分和測定，仍以每5份作一組，測定煤份高度l。七、實驗結(jié)果及處理1、瓦斯放散速度測定煤樣在實驗室處理后進(jìn)行了放散速度實驗,實驗時每個煤樣均采用2個平行試樣，凡是2個試樣放散量相差5%以上時均重新實驗。儀器可以將1 min內(nèi)的放散量連續(xù)地記錄下來。研究發(fā)現(xiàn),煤樣在1 min

28、內(nèi)的連續(xù)放散速度曲線比較符合公式(2)。 (3-2)式中V放散速度，mL/s；D1第1 s時的放散速度,mL/s；T時間，s；a衰減系數(shù)。將測定數(shù)據(jù)按公式進(jìn)行曲線擬合,可得出第1 s的放散速度D1和衰減系數(shù)。2、煤的堅固性系數(shù)測定堅固性系數(shù)按下式計算： f=20n/l式中 f 堅固性系數(shù)； n 每份試樣沖擊次數(shù)，次； l 每組試樣篩下煤粉的計量高度，mm。測定平行樣3組（每組5份），取算數(shù)平均值，計算結(jié)果取一位小數(shù)。如果取得的煤樣粒度達(dá)不到測定f值所要求粒度（2030mm），可采取粒度為13mm的煤樣按上述要求進(jìn)行測定，并按下式換算：當(dāng)f13>0.25時，f =1.57 f13 - 0.

29、14當(dāng)f130.25時，f = f13 式中f13 粒度為13mm時煤樣的堅固性系數(shù)。八、實驗注意事項1、所用的瓦斯氣濃度應(yīng)大于99，否則若含有氧氣、二氧化碳和水份，應(yīng)安裝過濾、干燥裝置；2、脫氣、充氣過程中不允許關(guān)閉計算機(jī)或退出本系統(tǒng)；3、煤樣要附有標(biāo)簽，注明采樣地點、層位、時間等；4、在煤樣攜帶、運(yùn)送過程中應(yīng)該注意不得摔碰；九、預(yù)習(xí)和思考題1、了解瓦斯放散規(guī)律，在不同的實驗條件、不同時間段瓦斯放散的特征；2、煤的哪些特性主要影響瓦斯放散速度；3、煤的堅固性系數(shù)的物理意義。4、煤的破壞類型、落錘的次數(shù)與煤的堅固性系數(shù)的關(guān)系十、實驗報告要求1、寫出實驗?zāi)康摹?nèi)容、步驟；2、記錄實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行處

30、理；3、根據(jù)煤的放散瓦斯的能力大小，判斷煤質(zhì)特征及與突出發(fā)生的關(guān)系；4、根據(jù)煤的堅固性系數(shù)的大小，判斷煤質(zhì)特征及與突出發(fā)生的關(guān)系。實驗4 煤自燃傾向性及煤塵爆炸危險性測定實驗類型：驗證性 實驗學(xué)時：2 實驗要求：必修一、實驗?zāi)康?、了解煤自燃傾向性測定的原理和方法；2、加深對煤塵爆炸危險性的認(rèn)識，了解煤塵爆炸危險性測定方法。二、實驗內(nèi)容1測定煤的吸氧量并根據(jù)吸氧量的多少判斷煤的自燃傾向性；2通過測定煤塵在特定高溫下是否產(chǎn)生火焰以及火焰長度的大小來判斷煤塵爆炸危險性程度。三、儀器設(shè)備1、煤自燃傾向性GC-4075型煤自燃傾向性測定儀，電子天平煤自燃傾向性測定儀性能參數(shù)：試樣量：1g/次 (精度0

31、.0001g)試樣粒度：0.147mm測量范圍：吸氧量0.054.00ml/g干煤測量精度：3%電源：AC220V，50HZ2、煤塵爆炸危險性CJD型煤塵爆炸性測定儀，電子天平，煤樣。測定儀技術(shù)參數(shù)：試樣量：1g/次 (精度0.1g)試樣粒度：0.075mm加熱器溫度：8001300工作環(huán)境：溫度050；相對濕度85%電源：AC220V，50HZ四、所需耗材 無。五、實驗原理、方法和手段1、煤自燃傾向性煤在一定條件下會氧化自燃，煤礦安全規(guī)程將煤的自燃傾向性劃分為容易自燃、自燃和不易自燃三類。該儀器符合GB/T20104-2006煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法的要求，實驗采用上述國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)

32、行煤的自燃傾向性測定。煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法是基于煤在低溫常壓下煤對氧的吸附屬于單分子層物理吸附狀態(tài)為理論基礎(chǔ)，按朗繆爾單分子層吸附方程，用雙氣路流動色譜測定煤吸附流態(tài)氧的特性，根據(jù)每克煤樣在常溫（30）、常壓（1.0133×105Pa）下的吸氧量作為分類指標(biāo)鑒定煤的自燃傾向性。2、煤塵爆炸危險性煤塵具有爆炸危險性，當(dāng)具有爆炸危險的煤塵飛揚(yáng)到空氣中，并達(dá)到一定濃度時就會發(fā)生爆炸。進(jìn)行煤塵爆炸性測定實驗，設(shè)備應(yīng)符合AQ10452007煤塵爆炸性鑒定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。其測定方法為：通過煤粉在高溫時產(chǎn)生火焰的情況，判定是否有火焰；10次試驗中測定最長火焰長度；加入巖粉，測定達(dá)到一定重量時火焰長度的變化；通過上述三個指標(biāo)對煤塵爆炸性進(jìn)行判定。六、實驗步驟1、煤自燃傾向性1） 儀器常數(shù)的測定：測每路樣品管常數(shù)（以1路測定為例）：首先開1路，關(guān)2、3、4路開關(guān)閥，并把六通閥切換至“脫附”狀態(tài)，用相關(guān)儀器測定載氣流速（30±0.5ml/min）以及氧氣流速（20±0.5ml/min）。之后把六通閥切換至“吸附”狀態(tài)，并用秒表計時5min,之后關(guān)1路，開2路，六通閥由“吸附”狀態(tài)切換至“脫附”狀態(tài)等待1min后關(guān)2路，開1路同時啟動工作站，待出峰結(jié)束后