采礦《礦井通風》實驗指導書(2016使用)

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1、 礦 井 通 風 （實驗指導書） 華北理工大學 礦業(yè)工程學院實驗中心 2016 年 3 月 實驗目錄 實驗一 通風管道點壓測定（ 2 學時） ?????? . ????? . ???????? 2 實驗二 通風管道斷面流場系數(shù)及風量測定（

2、 2 學時） ?? ...................... 4????? 實驗三 管道 系數(shù)測定（ 2 學時） ?? ..?? ....?? . ?.... ?? .. ???????8 實驗四 風機特性測定（ 2 學時） ??? ..???? .. ??? .. ?????????13 實驗五 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化及反風演習 （ 4 學時）?.. ?? .. ?? .. ?? .. ??????19

3、 1 實驗一 通風管道點壓測定 一、實驗目的及內(nèi)容 掌握風管中點壓測定方法，驗證不同通風方式（壓入式通風與抽出式通風）下， 全壓、動壓、靜壓間的關系（即 h 全 h動 h靜 ）。 要求有數(shù)據(jù)計算過程。 二、實驗方法及儀器 1．實驗方法 （ 1）采用皮托管壓差計法 本實驗如圖 1 所示。每臺實驗設備同時容納學生 4-6 人，分

4、成兩組，每組 2-3 人。 每組使用抽出段（ 1、2、3、4），壓入段測點（ 5， 6）各一個。 圖 1 點壓測定 （2）每組儀器： YYT 1 臺；皮托管 2 支；膠皮管 4 支。 2．實驗步驟 （ 1）將皮托管傳壓頭置于風管中心點處，管頭迎著風流方向。 （ 2）將儀器控制閥門置于 “校正 ”位置后，調(diào)平儀器底盤（將底盤上的水淮泡調(diào)至指標圓環(huán)中央）。 （ 3）根據(jù)測定壓力值大小，選定儀器傾斜系數(shù)（選定時要有足夠余量，以免

5、酒精溢出。沒有把握時，選最大系數(shù)，再由大向小調(diào)整，以增加精度。 （ 4）旋動零位調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)斜管中酒精液面，使之酒精孤面剛好與零刻度線相 2 切。 （ 5）按所測壓力用膠管連接儀器端口和皮托管相應端。 （ 6）開動風機，讀取相應壓力值。 （ 7）測完上述壓力后，將儀器控制開關置于校正位置后，更換膠管接法，按上述方法測定其余壓力。 注意： 測定壓入式三個壓力時，將出風口閘門關閉 2/3。 3．實驗要點 （ 1）為了增加測定的準確性，儀器內(nèi)的酒精必須經(jīng)常更換，否則，使用前必須對儀器進行校正。 （ 2

6、）實驗者必須通曉儀器的原理及結(jié)構(gòu)，具有判明儀器指示是否正常的能力。排出斜管中氣泡時，要監(jiān)視斜管液面，以免將酒精吹出。 （ 3）連接儀器接口前必須正確判明壓力大小，保證儀器 “+”，接高壓力，端 “-” 端接低壓力。 （ 4）按實驗報告內(nèi)容逐項記錄，儀器讀數(shù)乘以儀器傾斜系數(shù)即所測壓力值，水 柱。 （ 5）酒精內(nèi)一般不宜添加顏色。 （ 6）將實驗結(jié)果代入下式，計算誤差 S，一般 S 的值不應超出 5%范圍。 hQ hD hJ 100% S hQ 式中 h Q —— 全壓，帕； h D —— 動壓，帕；

7、 h J —— 靜壓，帕。 4．實驗圖表 壓力 全 壓 動 壓 靜 壓 測項 儀器 儀器 儀器 測點 讀數(shù) 壓力 讀數(shù) 壓力 讀數(shù) 壓力 通風 傾斜 傾斜 傾斜 號碼 方式 系數(shù) (毫米 ) （帕） 系數(shù) (毫米 ) （帕） 系數(shù) (毫米） （帕） 抽出式 壓入式 3 實驗二 通風管道某斷面流場系數(shù)及風量的測定 一、實驗目

8、的及內(nèi)容 1．掌握管道中風量測定基本方法； 2．測定圓形風管斷面的流場系數(shù)。 要求有數(shù)據(jù)計算過程。 二、實驗方法及儀器 1．實驗方法： 采用等面積圓環(huán)法測定流場系數(shù)。 要求每組測定風管入風段測點 1 個。每臺設備 6 人，分兩組。第一組測 1 點，第二組測 3 點。使用儀器同實驗一。 2．實驗步驟 （ 1）儀器調(diào)平、調(diào)零，選擇傾斜系數(shù)。 （ 2）按動壓測定連接皮托管與儀器端口（注意：儀器“ +”口接全壓；“—”口接靜壓）。 （ 3）測點布置見圖 2。 （ 4）將出口閘門關閉 2/3。

9、 2i - 1 測點位置計算式為 : R i R 2n 式中 R i —— 第 i 個測點圓環(huán)半徑，毫米； R—— 風管半徑 93，毫米； i—— 從風管中心算起圓環(huán)序號； 4 n—— 等面積圓環(huán)數(shù)（ n=3）。 （ 5）進行各測點動壓測定。各測點位置每次用尺量好（ Li ）。如圖 3 所示。此實 驗只要求測定與風管軸向相垂直的一組測點。為了計算流場系數(shù)，中心點風速也應測 出。 （

10、 6）測定大氣壓，溫度數(shù)值。以便計算空氣密度。 三、實驗要點 1．測點位置尺寸的量取要準確 (用鋼板尺量?。?。各點尺寸見表 1。 2．測定中必須使皮托管水平段與風管軸向平行。 3．計算平均風速不應包括中心點風速。 4．測定中，風流波動造成讀值波動，屬正?，F(xiàn)象，讀取平均值即可。 四、計算公式 1．某測點風速，米 /秒 Vi  2hdi 式中 Vi —— 某測點風速，米 /秒； 3 —— 空氣密度， Kg/ 米 ； 2．空氣密度

11、： 0.00346  p T 式中 —— 實驗條件下空氣密度， Kg/ 米 3； T—— 實驗條件下空氣絕對溫度，開。 3．平均風速 V p Vp 式中 V p —— 斷面平均風速，米 /秒；  6 Vi i 1 n 5 Vi —— 第 i 點測定風速，米 /秒； n —— 測點總數(shù)，（ n=6）

12、 4．流場系數(shù)計算式為： K L 式中 K L —— 流場系數(shù)； Vz —— 斷面中心點風速，米 /秒； V p —— 斷面平均風速，米 /秒。 5．風量計算式  VP VZ Q VP S 米 3/秒 式中 Vp —— 斷面平均風速，米 /秒。 S—— 風筒斷面積（ 0.027 米 2） 五、實驗圖表 表 1 測點位置尺寸（ Li ） 測點號 1 2 3 中心點

13、 4 5 6 測點圓環(huán)半徑 85 66 38 0 38 66 85 （ mm） 測點位置尺寸 5 14 50 87 124 160 169 （ mm） 測點尺寸：從皮托管壓蓋頂面到皮托管標記點。 表 2 流場系數(shù)測定記錄 測點 1 2 3 4 5 6 中心點 項目 儀器傾斜系數(shù) 動壓讀數(shù)（毫米） 動壓值 （帕） 風速（米 /秒） 6 大氣壓 P=

14、 毫米泵柱， 溫度 T= 開，儀器傾斜系數(shù) K p = 平均風速 V p 米/秒；中心點風速 Vz 米 /秒； 流場系數(shù) K L ； 風量 Q 米 3 /S 。 單位 單位 7

15、 實驗三 通風管道 λ系數(shù)測定 一、實驗目的及內(nèi)容 通風管道 系數(shù)測定，要求學生完成一種粗糙度下，雷諾數(shù)， 系數(shù)間的定量測 定。該實驗驗證紊流狀態(tài)下，阻力系數(shù)不變。 要求有數(shù)據(jù)計算過程。 二、實驗方法及儀器 1．實驗方法 該實驗布置見圖 5，本實驗要求做出 1 條 Re 曲線（ log Re ___ log100 ），測定 摩擦阻力，計算對應的 系數(shù)（整流格阻力忽略不計） ，調(diào)節(jié)出口閘門開度，調(diào)節(jié)風 量，改變 Re 值。 該實驗每臺設備一組學生，用 1， 3 測點。 2．每組儀

16、器 YYT 斜管壓力計， 1 臺；皮托管， 2 支；膠管， 3 支。 3．實驗步驟 （ 1）將儀器調(diào)平、調(diào)零。選擇傾斜系數(shù)（ YYT ）。 （ 2）皮托管頭與風管中線重合，全壓孔朝向風流。 （ 3）用膠管按圖 5 連接儀器與皮托管。 （ 4）將出風口閘門全開（此時風量最大） 。 （ 5）開動風機，讀取測定段靜壓差、及動壓（曲線第一點數(shù)據(jù)） 。 （ 6）將出口閘門調(diào)到第二位置，重復前項測定（曲線第二點數(shù)據(jù)） 。每次調(diào)小風量（關閉閘門），要適度。以保測點良好分布。 （ 7）依次類推，一條曲線測 6 個點（共 6 組靜壓差及動壓數(shù)據(jù)

17、） 。 三、實驗要點 每臺設備一組學生，統(tǒng)一指揮，要互相配合。 四、計算公式 （ 1）測定段摩擦阻力 hm ，水柱。 8 hm p1 p3 V12 r V32 r Z1 r Z 3 r 2g 2g 由于 1，3 兩斷面面積相等，平均動壓相等，因此上式中第二項為零，又 1，3 兩 點處同一水平，第三項也等于零；所以（ p1 p3 ）實際上就等于 hm 。 （ 2）風管風量 由所測動壓求算（見實驗二）

18、 （ 3）計算摩擦風阻 hm hm Rm 2 Q 式中 hm —— 測定段摩擦阻力，帕； Q —— 風管風量，米 3/秒。 （ 4）摩擦阻力系數(shù) Rm  S3 p L 式中 —— 風管摩擦阻力系數(shù)，牛 秒 2/米 4； R m —— 風管摩擦風阻牛 秒 2/米 8； P —— 風管周界（ P =0.6 米）； L —— 測定段風管長度（ L=1 米）； S—— 風管有效斷面積（ S=0.027 米 2）。

19、 （ 5）達西系數(shù) 8 1 （采礦專業(yè)） 式中 —— 達西系數(shù)； —— 空氣密度（ =1.293Kg/米 3）； 2 4 —— 風管摩阻系數(shù)，牛 秒 /米 ； （ 6）雷諾數(shù) Re 9 Vpd Re 式中 Vp —— 風管內(nèi)平均風速，米 /秒； d —— 風管內(nèi)徑，米；  v v—— 流體粘性運動系數(shù)（ v=1510-6 ），米 2/秒。 （ 7）平均風速 Vp Q Vp S 式中 Vp —— 風管

20、內(nèi)平均風速，米 /秒； Q —— 風管風量，米 3/秒； S—— 風管斷面積（ S=0.027 米 2）。 圖 5 通風管通道 系數(shù)測定 10 （五）實驗圖表 表 3 風管 系數(shù)測定記錄

21、 靜壓（差） 風 量 測 摩擦 摩擦 摩阻 達西 儀器 讀數(shù) 壓力差 儀器 讀數(shù) 壓力差 風量 平均風速 風阻 系數(shù) 雷諾數(shù) 次 (米 3/秒) 阻力 系數(shù) 傾斜系數(shù) (毫米 ) （帕） 傾斜系數(shù) (毫米 ) （帕） (米/秒) 1 2 3 4 5 6 7

22、 11 12 實驗四 風機特性測定 一、實驗目的及內(nèi)容 本實驗進行風量與風機全壓、功率、效率關系的三條曲線的實際測定。使實驗者 掌握風機性能測定的原理、儀器、

23、數(shù)據(jù)整理、計算方法及必要的組織工作。 要求有數(shù)據(jù)計算過程； 在同一個圖中畫出風量與風機全壓、 功率、效率關系的三 條曲線。 二、實驗方法及儀器 1．實驗方法 采用進出氣實驗方案（即風機入、出口都有管路） 。按國家標準，本實驗風量測 定，使用入口集流器測定風量，用在入口整流網(wǎng)上貼紙片的方法調(diào)節(jié)風量（圖紙片直 徑為 60 毫米）。每臺設備 1 組。使用 3，5 測點。測定風機全壓。 圖 7 風機特性測定

24、 2．每組儀器： YYT1 臺；皮托管 2 支；膠皮管 4 支。 3．實驗步驟 （ 1）將 1，3 點皮托管傳壓頭置于風管中心， 迎著風流方向， 與風管中心線重合。 （ 2）儀器調(diào)平、調(diào)零。 （ 3）將出風口閘門全開（此時風量最大） 。 （ 4）開動風機測定集流器靜壓及 3，5 兩斷面靜壓差，并記錄電流、電壓表的讀數(shù)（曲線第一點數(shù)據(jù)）。 13 （ 5）在入口整網(wǎng)上貼紙片 1 片。重測上述數(shù)據(jù)（曲線第二點數(shù)據(jù)） 。 （ 6）多次重復前項內(nèi)容（曲線其余點數(shù)據(jù)） 。 三、實驗要求 （

25、1）風量計算式 Q 0.082 hg 式中 Q —— 風量，米 3/秒； hg —— 集流器靜壓，帕。 （ 2）風機全壓 H Q H Q ( P5 P3 ) (hpd 5 hpd3 ) r ( z5 z3 ) 式中 ( P5 P3 ) —— 入排風管測點 3，5 間靜壓差，帕； (hpd 5 hpd 3 ) —— 入排風管間平均動壓差，帕； r ( z5 z3 ) —— 入排風管間位能差，帕。 實際上 (P5 P3 ) 即為風機全壓 H Q （ 3）電機輸入功率 N N 3IVcos

26、 式中 N—— 電機輸入功率，千瓦； I—— 線電流，安； U—— 線電壓，千伏； cos —— 功率因數(shù)（ 0.85）。 （4）風機效率 Q H Q N η d 式中 —— 風機效率， %； Q —— 風機風量，米 3/秒； H Q —— 風機全壓，帕；  100% 14 N—— 電機輸入率，千瓦； η—— 電機效率（ η=0.9），%。 d d

27、 15 （五）實驗圖表 項目 測 值 儀器 測次 傾斜系數(shù) 1 2 3 4 5

28、6 7  表 4 風 機 特 性 測 定 靜壓差 風 量 風機 備注 電流 電壓 功率 壓力差 儀器 壓力 風量 效率 電機效率 (安 ) (千伏) (千瓦) 讀數(shù) (毫米 ) 讀數(shù) (毫米 ) 3 （帕） 傾斜系數(shù) （帕） 米 / 秒 (%) 電 =0.9 η

29、 功率因數(shù) cos =0.85 16 17

30、 18 實驗五 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化及反風演習 一、實驗目的及內(nèi)容 熟練掌握采煤工作面通風路線；掘進工作面通風路線；礦井通風阻力測定方法； 掌握風門調(diào)節(jié)風量方法；礦井反風演習內(nèi)容。 二、實驗方法及儀器 1．實驗方法 通過畢托管測定巷道全壓，動壓和靜壓。通過調(diào)節(jié)風門實現(xiàn)礦井反風，并測定反 風風量。 該實驗

31、每臺設備一組學生，每組 4 人，用 2， 3 測點。 2．每組儀器 礦井通風實驗模擬裝置，一臺； YYT-2000 斜管壓力計， 1 臺；皮托管， 2 支；膠 管， 3 支。 3．實驗步驟 （1）將儀器調(diào)平、調(diào)零。選擇傾斜系數(shù)（ YYT ）。 （2）皮托管頭與風管中線重合，全壓孔朝向風流。 （3）用膠管連接儀器與皮托管。 （4）開動風機，讀取測定點全壓、動壓和靜壓。 （5）連接膠管，讀取測定段靜壓差。 （6）通過調(diào)節(jié)風門，使風流反向，重新測定該點的動壓。 （7）設計礦井反風流程及注意事項。 三、實驗要點 每臺

32、設備一組學生，統(tǒng)一指揮，要互相配合。 四、計算公式 （1）測定段摩擦阻力 hm ，水柱。 hm p2 p3 V 2 V32 2 r rZ 2 r Z 3 r 2g 2g 由于 2，3 兩斷面面積相等，平均動壓相等，因此上式中第二項為零，又 2， 3 兩 19 點處同一水平，第三項也等于零；所以（ p2 p3 ）實際上就等于 hm 。 （2）風管風量 見實驗數(shù)據(jù)表 1。 （3）計算摩擦風阻 hm hm

33、 Rm Q2 式中 hm —— 測定段摩擦阻力，帕； Q —— 風管風量，米 3/秒。 （4）摩擦阻力系數(shù) Rm  S3 p L 式中 —— 風管摩擦阻力系數(shù)，牛 秒 2/米 4； R m —— 風管摩擦風阻牛 秒 2/米 8； P —— 風管周界（ P =0.5 米）； L—— 測定段風管長度（ L=1 米）； S—— 風管有效斷面積（ S=0.018 米 2）。

34、 20 五、實驗圖表 1 壓力 全 壓 測項 儀器傾 讀數(shù) ( 毫米 ) 通風方式 斜系數(shù) 抽出式 六、實驗圖表 2 測次 儀器 傾斜系數(shù) 1 七、實驗圖表 3 測次 儀器 傾斜系數(shù) 1  動 壓 風量 靜 壓 測點號碼 儀

35、器傾 儀器傾 壓力 （帕） 讀數(shù) (毫米 ) 壓力 （帕） 讀數(shù) (毫米） 壓力 （帕） 斜系數(shù) 斜系數(shù) 2 靜壓（差） 測定位置 摩擦 摩擦 摩阻 讀數(shù) 壓力差 阻力 風阻 系數(shù) ( 毫米 ) （帕） 2— 3 動 壓 測定位置 讀數(shù) 壓力 反風風量 反風風量比 (毫米 )

36、 （帕） 2 21 礦井反風演習流程及注意事項 第一、礦井反風演習方案流程 一、演練時間： 20年 ** 月** 日** 午** 時。 二、由演練指揮長下達演習開始指令。 三、調(diào)度室接到井下假定火災事故報告。 五、由礦長組織成立礦井反風指揮部及領導組。 六、由總指揮下達命令 , 立即組織井下人員撤離。 八、指揮部下達全礦井反風指令。 九、配電室切斷井下一切電源。 九、在規(guī)定時間內(nèi)，通風組固定防爆

37、門，實施風機反轉(zhuǎn)反風。 十、總指揮宣布命令由通風部門組織反風效果測定。 十一、通風組測定完畢，指揮部命令恢復正常通風。 十二、由通風組和供電組配合完成井下恢復通風供電。 十三、正常以后，總指揮下達命令演習結(jié)束。 十四、縣局領導進行現(xiàn)場總結(jié)發(fā)言。 第二、礦井反風演習方案 一、接到事故報告 20年 ** 月 20 日* 午** 點，調(diào)度員接到井下電話匯報：井底發(fā)生火 災，隨即迅速向礦長匯報，礦長接到匯報立即召集人員到達監(jiān)控中心，指 揮協(xié)調(diào)救援工作。（現(xiàn)場在監(jiān)控中心） 場景 1：調(diào)度員接到井

38、下事故報告，并迅速向礦長電話匯報。 場景 2: 礦長迅速召集人員趕赴監(jiān)控中心現(xiàn)場指揮。 22 場景 3：監(jiān)控員密切關注監(jiān)控數(shù)據(jù)和視頻。 二、成立應急救援指揮部及領導組 礦長現(xiàn)場宣布成立應急救援指揮部，礦長任 ( 指揮長 ) 負責全面指揮協(xié)調(diào)，總工程師任副組長負責反風技術(shù)和安全措施保障，機電副礦長任副組長負責供電通訊保障，安全副礦長任副組長負責通風組對通風設施和通風效果檢測，生產(chǎn)副礦長任副組長負責現(xiàn)場各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)。 三、指揮部研究制定反風方案 場景 1：指揮部查看圖紙，研究確定救援方案。 場景 2：

39、調(diào)度員電話通知井下各地點人員撤離。 場景 3：各應急小組分頭積極準備到位，緊張有序。 場景 4：井口設立警戒線，警戒牌。 四、指揮長下達反風指令 場景 1：指揮長下達全礦井反風指令。 場景 2：機電副礦長長下達井下斷電指令及回復。 場景 3：總工下達反風操作指令。 五、實施反風 場景 1：各環(huán)節(jié)人員迅速到位，固定好防爆門。 場景 2：風機房值班人員執(zhí)行反風操作。 場景 3：主井口信號紅旗反向飄動。 場景 4：電話匯報在規(guī)定時間反風正常實施。場景 5：值班員、監(jiān)控員不間斷監(jiān)測有關數(shù)據(jù)。六

40、、反風測定 23 場景 1：指揮長命令通風小組進行反風數(shù)據(jù)測定。 場景 2：通風小組準備到位，出發(fā)開展工作。 場景 3：各環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，緊張有序。 七、恢復通風 場景 1：通風組匯報完成數(shù)據(jù)測定。 場景 2：指揮長下令恢復通風。 場景 3：總工電話下達指令。 場景 4：通風組實施正常通風操作，然后打開固定防爆門固定裝置。 九、現(xiàn)場恢復 場景 1：指揮長下達命令井下恢復通風和供電。 場景 2：總工和機電副礦長逐步下達指令。 場景 3：供電組和通風組配合恢復過程。 十、演習結(jié)束 場景 1：井下匯報通風供電正常。 場景 2：監(jiān)控系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)正常。 場景 3：指揮長下達命令，演習結(jié)束。 24