《礦井通風與安全》課程實驗指導書
採礦工程教研室
目錄實驗一空氣中有害氣體濃度測定
一、實驗目的
學習並掌握檢定管法測空氣中有害氣體濃度的原理和方法。
二、實驗儀器
1、檢定管
檢定管為裝有某種檢測用試劑的玻璃管，待測氣體通過檢定管時與該試劑發生化學反應，並呈現一定的顏色或變色長度，從而測出該氣體的濃度。根據變色深淺測定濃度的叫比色法檢定管。根據變色長短測定濃度的叫比長法檢定管。
煤礦常用的有co、co2、h2s和so2檢定管。本次實驗只用比長法檢定管測co或h2s濃度。
（1）比長法co檢定管
比長法co檢定管（圖1-1）內裝有發煙硫酸及矽膠做載體吸收i2o5的指示劑，當co與i2o5接觸時，發生如下的反應：
碘與so3作用成棕色化合物，它的長度與通過檢定管得空氣中co濃度成正比。根據棕色化合物的長度由檢定管的刻度上可以直接讀出co濃度。
1 2 3 4 56
圖1-1比長式co檢定管
1－堵塞物 2－活性碳 3－矽膠 4－消除劑 5－玻璃粉 6－指示劑
（2）比長法h2s檢定管
管內裝有以陶瓷做載體吸附醋酸鉛和氯化鋇的白色指示劑。它與h2s發生下列化學反應：
加入氯化鋇可生成一部分pb2ci2s以增加色柱長度，提高測定精度。
2、取樣唧筒
唧筒用採取被測氣體試樣並將aqy-50型co檢定器唧筒。它由唧筒活塞4、吸氣口1、排氣口2和三通開關組成，活塞桿上有0-50毫公升的刻度，可以控制取樣數量和送氣速度。三通開關用以控制氣流方向，當開關把手與吸氣口平行時，唧筒與吸氣口連通，它與排氣口平行時，則連通排氣口。
位於兩者之間時（450），各路都不通。
圖1-2 抽氣唧筒
1-氣體入口；2-檢定管插孔；3-三通閥閥把；4-活塞柱；5-比色板；6-溫度計
三、實驗方法和步驟
1、在測定地點將開關把手置於吸氣位置，並將唧筒往復推壓2-3次，以清洗唧筒，然後將活塞桿拉出，氣體試樣就被抽吸在唧筒內了。再將開關把手置於（450）封閉位置。
2、將檢定管兩端用小銼刀切斷，把進氣端插入唧筒的排氣口上，再將開關把手置於排氣口位置，按照檢定管的使用說明書對送氣量和送氣時間的要求，使氣樣流過檢定管co與指示膠起反應，產生棕色環。
3、讀數，由變色環上端指示的數字直接從檢定管上讀出co濃度（ppm）。如果氣樣中co含量超過檢定管測量上限，可減少通氣量，如通氣量為v mml，則：測定結果=檢定管×（100÷v）（式中100指要求送氣量為100mml檢定管）如果氣樣中co含量低於檢定管測量下限，可增加通氣次數，如果通氣次數為n，則：
測定結果=檢定管讀數÷n。
實驗二大氣壓、空氣濕度和空氣密度測定
一、試驗目的
掌握測定大氣壓（p）和空氣濕度的常用儀表的構造、原理和使用方法，計算空氣密度。
二、試驗儀表：
2.1 大氣壓測定
2.1.1 空盒氣壓計工作原理
dym3型空盒氣壓表是以彈性金屬做成的薄膜空盒作為感應元件，它將大氣壓力轉換成空盒的彈性移位，通過槓桿和傳動機構帶動指標。當順時針方向偏轉時，指標就指示出氣壓公升高的變化量，反之，當指標逆時針方向偏轉時，指示出氣壓降低的變化量。當空盒的彈性應力與大氣壓力相平衡時，指標就停止轉動，這時指標所指示的氣壓值就是當時的大氣壓力值。
2.1.2空盒氣壓計技術效能和規格
● 測量範圍：800～1064hpa
● 使用溫度範圍：-10～+40℃
● 經過溫度、示度和補充正後的測量誤差不大於2.0hpa
● 示度盤最小分值：1hpa
● 附溫表最小分值：1℃
● 儀器重量不大於1.5kg
● 儀器尺寸156mm*156mm*115mm
2.1.3空盒氣壓計使用方法
● 使用時請將空盒氣壓表水平放置。
● 讀數請用手指輕扣敲儀器外殼或表面玻璃，以消除傳動機構中的摩擦。
● 觀察時指標與鏡面指標相重疊，此時指標所指值數即為氣壓表示值，讀數精確到小數一位。
● 讀取氣壓表上溫度表示值，精確到小數一位。
2.1.4氣壓值的求數(經過下列訂正後方能使用)
● 溫度訂正：由於環境溫度的變化，將會對儀器金屬的彈性產生影響，因此必須進行溫度訂正。 溫度訂正值可由下列計算：
△pt=a.t 式中 △pt--溫度訂正值 a--溫度系數值(檢定證書上附有) t--溫度表讀數
● 示度訂正，由於空盒及其傳動的非線性，當氣壓變化時就會產生示指誤差，因此必須進行示度訂正。求算方法：根據檢定證書上的示度訂正值，在氣壓表示值相對應的氣壓範圍內：
用內插法求出值訂正示值△ps(ps為示值)。
● 補充訂正：為消除空盒的剩餘變形對示值產生的影響，從檢定證書上得到補充訂正值△pd
經訂正後的氣壓值可由下式示出：p=ps+(△pt+△ps+△pd)
2.2空氣相對濕度測定
如圖2-2幹濕度計，它們都由兩支水銀溫度計組成，其中，一支為幹溫度計（又叫幹球），另一支的水銀球上包著紗布，叫溼溫度計（又叫濕球）。
測定前將濕球上的紗布用清水潤濕。1～2分鐘，兩支溫度計示數穩定即可讀取。
三、實驗內容
1、用空盒氣壓計測大氣壓。
2、乾濕度計測空氣的相對濕度，查表得到飽和水蒸氣分壓。
3、以空盒氣壓計和幹濕度計的測定結果計算空氣的密度。
p=90.90 t=22(空盒氣壓計)
t幹=21.5 t溼=15
相對濕度=40%
實驗三風道的風阻摩擦阻力係數測定
一、實驗目的
掌握風道的摩擦風阻（r摩）、摩擦阻力係數()的測定方法，通過測定加深理解能量方程在通風中的應用。
二、實驗裝置及儀器
扇風機和管網系統（圖3-1）、精密數字氣壓計、單管壓差計、皮託管、空盒氣壓計、濕度計、膠皮管、皮尺、小鋼尺、酒精、液體比重計。
圖3-1
三、實驗內容和實驗方法
（1）摩擦風阻（r摩）和摩擦阻力係數()測定：
風道的摩擦阻力h摩：
式3-1
式中：hf——風道的摩擦阻力，pa；
r摩——摩擦風阻，ns2/m7；
q——通過風道的風量，m3/s；
s——風道的淨斷面，m2；
u——風道的周界，m；
——風道的摩擦阻力係數，kg/m3
由3-1式可見，只要測出一段風道的摩擦阻力（hf）和風量（q）就可以求出這段風道的摩擦風阻（r摩）。如果同時測量出這段風道的長度、淨斷面和周長，就可以求出測定時的摩擦阻力係數（），再按式（3-2）換算成標準空氣密度下（kg/m3）的摩擦阻力係數；
式（3-2）
式中：——測定時的空氣密度，kg/m3。
測定方法：
在圖3-1所示的管網系統中，在鐵風道（或木風道）內選擇a、b兩個測點，將單管壓差計調平，a、b在兩測點放置皮託管，用膠皮管將測點的靜壓分別接到壓差計，測a、b兩斷面風流的勢能差（h測ab），再用皮託管和壓差計分別測出兩端面的平均風速，用皮尺和小鋼尺量出間的距離和它們的周長。
根據風流的能量方程3-3）
式中：——ab段風道的通風阻力，pa；
——ab段風道的勢能差，pa；
、——分別為a和b斷面的平均風速，m/s；
、——分別為a和b斷面的空氣密度，kg/m3。
又如果ab段漏風較大，則（3-1）式中的q為a、b兩端面的風量的平均值，即
根據測定結果，計算鐵風筒或木風筒的r摩和。
實驗四扇風機特性測定
一、 實驗目的
掌握扇風機特性測定方法，通過測定加深理解扇風機風量和風壓、功率與效率的關係。
二、 實驗裝置與儀表
5.5kw軸流式風機、風筒、調節閘門、皮託管、u形壓差計、單管壓差計、電度表(或功率表、或電壓表、電流錶與功率因數表)、秒錶、空盒氣壓計、濕度計、膠皮管、酒精、皮尺、轉速計（本實驗不測風機轉速）。
三、 實驗方法和計算
實驗按圖4-1所示布置，用調節閘門由全開到全閉調節風機工況7～9點，測定每一工況時的風量、風壓和電動機功率，經過計算，繪製該扇風機的特性曲線。
圖4-1
（1）風量測定
在扇風機入風側斷面i處用單管壓差計測得相對靜壓his後按下式計算風量q： m3/s （4-1）
m/s （4-2）
式中：——i斷面的平均風速，m/s；
——i斷面的面積，m2；
——測定時的空氣密度，kg/m3；
k ——集流器係數，，經標定，本實驗所用集流器係數為0.95
——i斷面的相對靜壓，pa。
（2）扇風機風壓測定因今
所以又因～斷面風筒很短，其阻力可略去，故
式中：——扇風機的全風壓，pa；
——扇風機的靜風壓，pa；
——扇風機所克服的通風阻力，pa；
，，——扇風機出口，風筒斷面、斷面的平均動壓，pa；
，——、斷面的相對靜壓，pa。
由上式可知，只要測得、斷面的相對靜壓（，）即可算出扇風機的風壓和靜壓。
（3）電動機功率測定
本實驗採用三相功率表讀出其表指標偏轉格數n後，用下式計算電動機輸入功率n電。
n電＝0.04×n
（4）扇風機效率計算
扇風機全壓效率扇風機靜壓效率
（5）空氣密度測定
用空盒氣壓計測大氣壓，用濕度計測濕度，計算空氣密度。
（6）測點斷面積測算
（7）繪製扇風機特性曲線
以風量為橫座標，扇風機的靜壓、功率、效率為縱座標，分別繪製q—hs、q—n電、q—s的關係曲線。
注：1.轉速測定可參閱教材的有關部分；
2.壓力讀數為mmh2o，應換算為pa帶入公式計算
試驗五礦內空氣中沼氣和二氧化碳濃度測定
一、 試驗目的
學習並掌握光學瓦斯檢定器的構造，原理和使用方法。
二、 試驗原理
煤礦井下普遍使用aqg-1型光干涉式瓦斯檢定器測ch4和co2的濃度，它的外形和內部構造見圖5-1。
檢定器根據光干涉原理製成，它的關學原理如圖5-2所示。燈泡1發出的一束白光，經光柵2和透鏡3變成一束平行光射到平行平面鏡4後，分成兩束光線。其中一束自平面鏡的a點反射，經右空氣室，大三稜鏡和左空氣室回到平行平面鏡，再經鏡底反射鏡面的b點，另一束在a點折射進入鏡底後反射出來，往返經過瓦斯室也回到平面鏡，於b點反射後與第一束光一同進入三稜鏡6再經90度反射進入望遠鏡。
這兩束光由於光程差（光程為光線通過的路程和所遇過的介質的折射率的乘積），在透鏡7的焦點平面上就白色光特有的干涉條紋（通常稱「光譜」）條紋中有兩條黑紋和若干條彩紋。光通過氣體介質的折射率與氣體密度有關，如果以空氣和瓦斯室都充滿新鮮空氣時干涉條紋的位置為基準（即為零點），當含ch4的空氣進入瓦斯室時由於氣體密度的變化，光程也隨之發生變化，於是干涉條件產生位移，位移量的大小與ch4濃度的高低成線性關係。所以根據干涉條紋中任一條紋（通常為黑色條紋）的移動距離的大小，就能直接測出空氣中的ch4濃度。
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