礦井通風與安全實驗教學課程的設計與探討

牛莉敏

關鍵詞：礦井通風與安全 ?通風阻力 ?風速風量測算

一、礦井空氣成分檢測

課程開篇介紹了礦井空氣成分，以及礦井空氣和地面空氣在成分和性質上的差別，接著介紹礦井空氣中的主要有毒有害氣體成分，《煤礦安全規程》對于煤礦井下各種有害氣體的濃度作了詳細規定，如果不符合《煤礦安全規程》的要求，必須采取相應措施進行處理，所以第一章設計了本次實驗課程。

礦井空氣成分檢測主要介紹了一種快速檢測方法，即檢定管檢測法，一種稱為比色式檢定管，另一種稱為比長式檢定管，檢測儀器包括檢定管和吸氣裝置。當含有一氧化碳、二氧化碳、硫化氫等被檢測氣體的空氣以一定速度通過檢定管，被測氣體與指示膠發生化學有色反應，形成變色層（變色柱），變色層的變色程度或者長度與被測氣體的濃度成正比。比色式檢定管顏色辨認精確度低，兩個色階代表的濃度間隔較大，所得結果準確性較差，故煤礦實驗主要采用比長式檢定管。一氧化碳檢定管檢測劑由碘酸鉀和發煙硫酸組成，當含有一氧化碳的井下空氣通過時，礦井空氣中的一氧化碳與指示膠發生化學反應，有碘生成，所以顏色會由白色變為棕褐色，變色柱的長度越大，說明被測空氣中一氧化碳的濃度越大。

實驗總結：不同氣體的檢定管顏色變化不一樣，所以需要特別注意，測定不同的氣體必須使用與之對應的氣體檢定管。這個實驗需特定氣體樣本，而像一氧化碳、硫化氫、二氧化碳等氣體都有不同程度的危害性，尤其是一氧化碳和硫化氫更是劇毒氣體，所以學生在實驗室做試驗過程中一定要嚴格控制氣體樣本的使用，保持實驗室良好通風，防止發生中毒事件。總體來說，本實驗可操作性強，在實驗室可以較好完成。

二、礦井通風阻力的測定

1.測定目的

礦井通風阻力的大小、分配是否合理，影響到礦井主要通風機的工作狀況，以及井下各用風地點的風量分配，測算礦井通風阻力是通風專業學生必須掌握的技能，另外，礦井通風阻力也是后期做通風設計的依據，還可以更好地掌握礦井通風情況。具體目有下幾方面：一是了解通風系統中阻力分布情況，發現通風阻力較大的區段和地點，以便經濟合理地改善通風;二是提供實際的井巷通風阻力系數和風阻值，使通風設計和計算更切合實際，使風量調節有可靠的技術數據;三是為災變時期控制風流提供必要的參數。

《煤礦安全規程》第一百一十九條規定：新井投產前必須進行一次礦井通風阻力的測定，以后每三年至少進行一次。礦井轉入新水平生產或改變一翼通風系統后，必須重新進行礦井通風阻力測定。

2.測定依據

測定依據有《煤礦安全質量標準化標準及考核評級辦法》《礦井通風阻力測定方法》《煤礦安全規程》。

3.測定內容

測定內容包括測點絕對靜壓，基點大氣壓，測點大氣壓，測點平均風速，測點間距離，測點處（測風站）巷道的凈高、凈寬、斷面規格，各測點的標高（由礦方提供，或從采掘工程平面圖上對應底板等高線確定），各測點干濕度讀數，各測點濕溫度讀數，觀察巷道形狀，觀察巷道支護形式。

4.測定方法

本次阻力測定采用基點氣壓計測量法。與傳統的壓差計法比較，該法所使用的儀器體積小、重量輕，具有操作簡便、測定速度快的顯著優點，且適應于全礦性阻力測定。

基點氣壓計測量法的原理是用氣壓計測算出井巷前后兩測點風流的靜壓差，同時，用風表和干濕球溫度計等儀器測算各測點處速壓差和位壓差的有關參數，再利用井巷風流通風阻力定律計算出該測段的通風阻力。

本次采用氣壓計法中的逐點法，即將一臺氣壓計留在基點（通常放置在進風井口附近），從鐘表的整5分鐘開始，并以5分鐘為間隔，記錄氣壓計讀數，用來監測地面大氣壓力的變化，以便對井下的氣壓計讀數值進行校正。另一臺氣壓計沿預定的路線，攜帶至測點，待儀器穩定后讀取氣壓計的讀數和讀取的時間（其讀數時間也要求是鐘表的整5分鐘，以便盡可能消除地面大氣壓變化給井下測算值帶來的誤差）。同時測定測段內的巷道斷面、風速、干濕球溫度等參數。

實驗總結：由于在校學生無法實現在煤礦巷道中實地測定巷道阻力，本實驗在實驗室可模擬演示，包括測定人員組成與分工，選擇測定線路及布置測點。礦井實際情況不會像理論講授的那樣簡單理想化，所以本實驗可操作性較弱，但是操作方法及原理必須要求學生掌握，只有掌握了理論知識，實踐時才不至于不知所措。

三、井巷中的風速和實際通過的風量的測算

本實驗設計在礦井風量計算一章，在學生掌握了礦井壓力與阻力計算，礦井通風系統，局部通風，礦井分配風量原則、方法和依據，井下各用風地點風量計算方法，礦井總風量的計算之后，課程設計了本實驗，實驗所需基礎知識較多。

1.測算風速和風量的目的

目的有檢查井下各用風地點實際風量是否滿足設計要求，檢查各個用風巷道中的風速是否符合《煤礦安全規定》中的相關規定和檢查井巷漏風情況。依據《煤礦安全規程》第一百零五條規定：礦井必須建立測風制度，至少每十天進行一次全面測風。

2.井巷斷面上的風速分布

井下空氣在巷道中流動，空氣和巷道壁產生摩擦，所以風速在井巷斷面上的分布是不一樣的，在巷道的軸心風速最大，越靠近巷道壁面風速越小，所以通常所說的井巷的風速是指井巷斷面的平均風速。

3.測風儀器儀表

煤礦井下常用的是機械式風速表，根據測量范圍不同可分為高速風表、中速風表和低速風表。根據巷道風速大小選擇合適的風表類型，高速風表測量范圍是0.8～25m/s。中速風表為0.5m～10m/s。低速風表為0.3m～5m/s。

4.測風方法

（1）線路法和分格定點法。所謂線路法是測風人員手持風表沿著預定路線勻速移動，一分鐘內走完全程，所定路線要均勻分布巷道斷面的中心和四周。分格定點法是將巷道斷面劃分為若干個大致相等的格子，讓風表在每個格子內停留相等的時間，總用時也是一分鐘，常用9點法、6點法或3點法。

（2）側身法和迎面法。測風方法按測風人員的姿勢來劃分，可分為側身法和迎面法。側身法要求測風人員背部貼巷道壁站直，手拿風表，手臂和風流方向垂直測風的方法，這種方法因為測風人員的身體減小了巷道通風斷面，增加了風速，所以需要用校正系數進行校正。而迎面法是測風員站在巷道中間，面向巷道風流，手持風表，伸向前方測風速，這種方法會阻擋風流降低風速，所以須將測算結果乘以1.14為實際風速。

（3）機械風表測風操作方法。首先檢查風表指針是否回零，是否風表迎著風流，風表葉輪正常轉動，同時打開秒表和計數器，在一分鐘內走完預定路線或者全部格子，然后再同時關閉風表和秒表，讀數。一般在同一地點測三次，取平均值作為測量結果。所用公式如下。

公式（1） ? ?v=n/t

其中v——風表測得的風速，m/s;n——風表刻度盤的讀數，m;t——測風時間，60s。

5.計算平均風速和通過井巷的風量

根據風表測得的風速再從風表校正曲線上找出真風速，要注意每個風表的矯正曲線不一樣，所以保持一致才能得到正確的真風速。然后根據測風人員的測風姿勢，乘以對應的校正系數得到巷道平均風速，所用公式如下。

公式（2） ? ?Q=Sv

其中S——井巷凈斷面積，m2;Q——通過井巷的風量，m3/s。

實驗總結：本實驗每一步的計算相對簡單，但是需要對實驗所得數據進行多次校正;另外，測風時人體和風表距離太近會影響所得結果，誤差較大，同一地點測風速需測不少于3次，取平均值。如果在生產礦井進行測風，還要考慮井下生產行為對風速的影響，比如人員和車輛在巷道中移動，風門的開關狀態，還有一些較大斷面巷道，具體問題具體分析。在實驗室中，本實驗可操作性較好，要引導學生分工協作，在數據處理上不得馬虎，保證所得結果的精確度。

礦井通風與安全課程是一門理論與實踐有機結合的課程，理論與實踐相互支撐，相互促進。教師教給學生理論知識，然后帶著理論知識去實踐，檢驗其正確性，加深印象，鞏固所學理論知識。煤礦井下環境特殊，在校中職學生不能到實地考察實驗，所以課程里設計的實驗只能在實驗室里創造條件去完成，雖然每個實驗都有不同的局限性，但是只要掌握了方法，相信學生走上工作崗位以后都可以更好地運用到實踐中。

（作者單位：邯鄲工程技術學校）