矿井通风与安全

矿井通风与安全 中国矿业大学（北京）王凯

实验一矿井通风风流状态参数的测定 中国矿业大学（北京）王凯

实验目的 1.学习使用测定矿井通风风流状态参数的各类仪器仪表，熟悉它们的原理、结构 2.加深在不同通风方式下，对全压、静压和速压及其相互关系的理解 3.掌握某断面的平均风速的测定方法，并计算风量

实验原理 空盒气压计当大气压变化时，真空盒面变形，变形值经杠杆传动机构放大，传动到盒面使指针发生偏转，使用前需要用固定水银气压计来校正，校正时用小螺丝刀微微调节盒侧面调节孔内的螺钉，使其指针指示值与水银气压计一致

实验仪器 1、空盒气压计 2、干湿球温度计 3、U形水柱计 4、风表

实验步骤 1. 测定矿井大气压力测定时，在测定地点将空盒气压计水平放置，并用手轻轻敲击合面数次，消除指针的蠕动现象，待20分钟左右可读数，读数值还需根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正 2.测定矿井干湿温度用风扇式湿度计测定时，用专用钥匙将小风扇的发条上紧，风扇转动，使空气以1.7～3.0m/s的流速经过干湿温度计的水银球面周围，待1～2分钟，两支温度计示数稳定后即可读值计算

实验步骤 3.点压力测定步骤 1）只将皮托管（—）与压差计连接，测定i点的相对静压； 2）同时将皮托管的（+）、（—）接头连至压差计上，测定i点的相对动压； 3）只将皮托管（+）与压差计连接，测定i点的相对全压具体接法如图1-5所示。 4.平均风速测定步骤 1）测量前关闭开关板闸，使风轮转动而指针不动，压下回零杆，使大小指针均回归“0”位，准备好一块秒表，也使秒表回零，准备使用； 2）为了克服风表运转部分的惯性抵抗力，将风表处于测风位置，在风吹动下空转20~30s，并调整风表的叶轮旋转面，尽量与风流方向垂直； 3）开始测风时，应使风表开关板闸与秒表同时动作，并且又不要太用力导致风表抖动； 4）按测风要求，移动风表并计时，到达规定时间、走完规定路径，即制动风表指针，从表盘上读取格数，再由校正曲线上查处对应的实际风速

实验注意事项 1.井下用空盒气压计测大气压时，应使合面平行于风流方向以消除速压影响 2.用湿度计测定空气的相对湿度时，读数时应首先读湿温度计的示值，然后再读干温度计的示值 3.风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准 4.风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差 5.按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差 6.有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测 7.同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值

预习和思考题 1.空盒气压计的读数为何要进行校正？ 2.简述评价矿井气候条件的主要指标有哪些？ 3.从U型垂直压差计上如何判断风机的工作方法？ 4.简述风速的测量方法

实验报告要求 1.封面应包括：课程名称、实验序号、专业、班级、姓名、同组实验者、实验时间 2.编写实验报告规范应包括：实验名称、目的、内容、原理、设备及仪表（名称、规格、型号）、实验步骤、实验记录 3.实验报告应附有实验原始记录，数据处理要有详细的过程，并写出实验心得体会

实验二 矿井通风系统工作原理及全矿井反风演示中国矿业大学（北京）王凯

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

实验原理 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。 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%。

实验仪器 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。

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。

实验步骤 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。

实验注意事项 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。

预习和思考题 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？

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。

实验三 煤的瓦斯放散初速度及坚固性系数测定中国矿业大学（北京）王凯

实验目的 1.明确煤的瓦斯放散初速度指标（ΔP）的物理意义及其瓦斯渗透和流动规律 2. 了解WT-1型瓦斯扩斯速度测试仪的结构和工作原理 3. 明确煤的坚固性系数的物理意义 4. 分析掌握煤的坚固性系数与煤的瓦斯放散初速度的关系

实验原理 1.瓦斯放散速度测定煤样罐通过放散空间分别与真空泵、瓦斯气源、压力传感器相连，各部件间有阀门相隔开。煤样在高真空状态下保持一段时间，煤样吸附瓦斯及其它气体由吸附态转变为游离态，脱离煤体。然后向煤样瓶中充入高纯瓦斯(CH4浓度99.99%以上)，在高压下保持一段时间，使其充分吸附。打开放散空间与煤样瓶之间的阀门，煤样吸附瓦斯向常压空间放散,致使放散空间压力逐渐升高。根据已知的放散空间体积和压力变化量，由气态方程即可计算出瓦斯放散量。由于放散空间可适当加大，其压力变化对放散速度的影响即可降低到允许误差范围以内.

实验原理 2.煤的坚固性系数测定煤的坚固性系数是反映煤体坚固性的一个相对指标，其值越大，表明该煤体愈稳定，在同样的瓦斯压力和地应力作用下，越不易发生突出。脆性材料破碎时遵循面积力能说，即“破碎物料所消耗的功与破碎物料所增加的表面积成正比。”并由此导出，在破碎功和破碎前物料的平均直径一定时，物料的坚固性与物料破碎时产生的粉尘量成反比。一般地，煤与瓦斯突出都发生在煤层的软分层中。常用的测定方法是落锤破碎法。

实验仪器 1、空盒气压计 2、干湿球温度计 3、U形水柱计 4、风表

实验步骤 1.瓦斯放散速度测定 1)开始测试时首先打开计算机电源，启动后再打开仪器电源与真空泵电源 2) 执行wt-1监控系统软件 3)选择煤样瓶图标 4)选择菜单项“放散速度”；如为扩散速度，选择菜单项“扩散速度”。点“下一步”后，实验全部由仪器自动完成 5)依次对每个煤样进行一次死空间脱气和向死空间放气的过程，同时动态地显示煤样的扩散速度曲线，自动保存测试结果，最后显示出来 6)结束。实验结束，首先关闭仪器电源，然后一步步关闭计算机，切断真空泵电源

实验步骤 2.煤的坚固性系数测定 1）将捣碎筒放置在水泥地板或2cm厚的铁板上，放入试样一份，将2.4kg重锤提高到600mm高度，使其自由落下冲击试样，每份冲击3次，把5份捣碎的试样装在同一容器中 2）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 3）把筛下的粉末用漏斗装入计量筒内，轻轻敲打使之密实，然后轻轻插入具有刻度的活塞尺与筒内粉末面接触。在计量筒口相平处读取l（即粉末在计量筒内实际测量高度，读至毫米）

实验注意事项 1.所用的瓦斯气浓度应大于99％，否则若含有氧气、二氧化碳和水份，应安装过滤、干燥装置 2.脱气、充气过程中不允许关闭计算机或退出本系统 3.煤样要附有标签，注明采样地点、层位、时间等 4.在煤样携带、运送过程中应该注意不得摔碰

预习和思考题 1.了解瓦斯放散规律，在不同的实验条件、不同时间段瓦斯放散的特征 2.煤的哪些特性主要影响瓦斯放散速度 3.煤的坚固性系数的物理意义 4.煤的破坏类型、落锤的次数与煤的坚固性系数的关系

实验报告要求 1.写出实验目的、内容、步骤 2.记录实验数据并进行处理 3.根据煤的放散瓦斯的能力大小，判断煤质特征及与突出发生的关系 4.根据煤的坚固性系数的大小，判断煤质特征及与突出发生的关系

实验四煤自燃倾向性及煤尘爆炸危险性测定 中国矿业大学（北京）王凯

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

实验原理 1.煤自燃倾向性煤在一定条件下会氧化自燃，《煤矿安全规程》将煤的自燃倾向性划分为容易自燃、自燃和不易自燃三类。该仪器符合GB/T20104-2006《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》的要求，实验采用上述国家标准规定的方法进行煤的自燃倾向性测定。煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法是基于煤在低温常压下煤对氧的吸附属于单分子层物理吸附状态为理论基础，按朗缪尔单分子层吸附方程，用双气路流动色谱测定煤吸附流态氧的特性，根据每克煤样在常温（30℃）、常压（1.0133×105Pa）下的吸氧量作为分类指标鉴定煤的自燃倾向性。

实验原理 2.煤尘爆炸危险性煤尘具有爆炸危险性，当具有爆炸危险的煤尘飞扬到空气中，并达到一定浓度时就会发生爆炸。进行煤尘爆炸性测定实验，设备应符合AQ1045—2007《煤尘爆炸性鉴定规范》标准的要求。其测定方法为：通过煤粉在高温时产生火焰的情况，判定是否有火焰；10次试验中测定最长火焰长度；加入岩粉，测定达到一定重量时火焰长度的变化；通过上述三个指标对煤尘爆炸性进行判定。

实验仪器 2、煤尘爆炸危险性 CJD—Ⅱ型煤尘爆炸性测定仪，电子天平，煤样。测定仪技术参数：试样量：1g/次 (精度0.1g) 试样粒度：0.075mm 加热器温度：800～1300℃ 工作环境：温度0～50℃；相对湿度≤85% 电源：AC220V，50HZ 1、煤自燃倾向性 GC-4075型煤自燃倾向性测定仪，电子天平煤自燃倾向性测定仪性能参数：试样量：1g/次 (精度0.0001g) 试样粒度：0.147mm 测量范围：吸氧量0.05～4.00ml/g干煤测量精度：≤3% 电源：AC220V，50HZ

实验步骤 1.煤自燃倾向性 1) 仪器常数的测定： ①测每路样品管常数（以1路测定为例） ②由所得样品管体积、相应的峰面积、载气流速、柱箱温度及测定时的大气压带入工作站的计算模式，求出仪器常数。

实验步骤 2）煤吸氧量的测定： ①测每路样品管吸氧量 ②把六通阀切换至“吸附”状态，并用秒表计时20min,再将六通阀切换至“脱附”状态，同时启动工作站，出峰结束后记下实管峰面积。 ③把六通阀切换至“吸附”状态，取下样品管，倒出煤粉后装会原位，六通阀切换至“脱附”状态，测此时的载气流速以及氧气流速，之后把六通阀切换至“吸附”状态，并用秒表计时5min,，六通阀切换至“脱附”状态，同时启动工作站，出峰结束后记下空管峰面积。 ④把实验数据带入A5000工作站中的处理模式中，求出煤的吸氧量。

实验步骤 2.煤尘爆炸危险性 1）打开装置电源开关，检查仪器工作是否正常工作。 2）打开装置加热器升温开关，使加热器温度逐渐升温至(1 100±1)℃。 3）用0.1 g感量的架盘天平称取(1±0．1)g鉴定试样，装入试样管内，将试样聚集在试样管的尾端，插入弯管。 4）打开空气压缩机开关，将气室气压调节到0.05 MPa。 5）按下启动按钮，将试样喷进玻璃管内，造成煤尘云。 6）观察并记录火焰长度。 7）同一试验重复2次。

实验注意事项 1、煤自燃倾向性 1）载气、吸附气流量调节要得当，压力表指示处于正常位置，禁止使用过高气压，以防损坏设备。 2）流量计、玻璃筒等易碎品，实验中谨防打碎。 3）氮气瓶、氧气瓶等均为危险物品，要防止受震、碰撞，并杜绝火源。 4）煤样制作要精细、要求0.1～0.15mm的煤粒应占70％以上。 2、煤尘爆炸危险性每试验完一个鉴定试样，要清扫一次玻璃管，并用毛刷顺着铂丝缠绕方向轻轻刷掉加热器表面上的浮尘，同时开动实验室的排风换气装置，进行通风，置换实验室内的空气。

预习和思考题 1.煤自燃的过程和在此过程中温度、生成气体的变化？ 2.煤矿井下煤自燃的影响因素有哪些？ 3.除煤尘外，还有哪些粉尘具有爆炸危险性？ 4.影响煤尘爆炸危险性的主要因素有哪些？ 5.煤尘爆炸的条件是什么？这一条件在怎样的情况下会容易出现？

实验报告要求 1.阐述试验的主要仪器和测定方法；叙述煤样的制备方法；记录测定的时间和结果 2.阐述煤尘爆炸危险性鉴定的方法，记录试验中测定的火焰长度

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