“通風(fēng)安全學(xué)”實驗綜述報告＊

張 曦，劉 健，馬衍坤，高 魁

（安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001；安徽理工大學(xué)煤礦安全高效開采省部共建教育部重點(diǎn)實驗室，安徽 淮南 232001）

“通風(fēng)安全學(xué)”是安徽理工大學(xué)針對安全工程、采礦工程、土木工程開設(shè)的一門主干專業(yè)課程，課程系統(tǒng)介紹煤礦井下空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)流流動規(guī)律，并探索控制風(fēng)流穩(wěn)定流動技術(shù)措施[1]。通風(fēng)工程是課程教學(xué)的核心，該部分教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容是風(fēng)流中點(diǎn)壓力以及點(diǎn)壓力之間的關(guān)系、通風(fēng)能量方程及其在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用、通風(fēng)阻力的計算、通風(fēng)動力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)量調(diào)節(jié)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計等幾個方面。實驗教學(xué)是整個教學(xué)環(huán)節(jié)中理論聯(lián)系實際非常重要的一環(huán)，通過實驗教學(xué)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識薄弱點(diǎn)和困惑點(diǎn)，才能在課堂聽課與理解方面有方向性，能大大提高課堂聽課積極性[2-4]。課程實驗教學(xué)目標(biāo)圍繞教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容開展，通過指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用工具和實踐測試手段加深對理論課程的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實驗分析問題的能力。

1 實驗儀器設(shè)備

實驗儀器設(shè)備主要包括取樣唧筒、配比氣樣袋、一氧化碳檢定管、硫化氫檢定管、卡它計；水銀氣壓計和空盒氣壓計，風(fēng)扇濕度計；礦井通風(fēng)安全仿真實驗系統(tǒng)、單管壓差計、U形水柱計、皮托管、電功率測試儀。

2 實驗教學(xué)內(nèi)容

2.1 實驗教學(xué)要求

學(xué)生實驗前必須仔細(xì)閱讀本次實驗指導(dǎo)書的全部內(nèi)容，明確實驗的目的和要求，理解實驗步驟和所需要測試和記錄的數(shù)據(jù)意義。預(yù)習(xí)要求中提出的事項，復(fù)習(xí)與實驗內(nèi)容有關(guān)的理論知識和儀器設(shè)備的使用方法。

操作性實驗前準(zhǔn)備好所需的儀器、儀表、設(shè)備和工具，實驗小組以四五人為宜；對于驗證型實驗，學(xué)生必須認(rèn)真觀察整個實驗過程，做好記錄；對于設(shè)計型實驗，按實驗要求設(shè)計實驗方案并完成實驗。學(xué)生需掌握有毒有害氣體濃度、測溫、測壓、測濕的基本原理，掌握風(fēng)壓測定儀器儀表測量任意一點(diǎn)處的點(diǎn)風(fēng)壓和任意截面處的風(fēng)速分布，測量風(fēng)流管道中摩擦阻力和局部阻力的相關(guān)系數(shù)以及扇風(fēng)機(jī)特性測定，結(jié)合理論課程教學(xué)內(nèi)容，分析實驗數(shù)據(jù)的合理性及誤差產(chǎn)生的原因，實驗結(jié)束后提交完整系統(tǒng)的實驗報告一份。

2.2 實驗方法與形式

實驗教學(xué)始終貫徹“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)、以技能訓(xùn)練為主線”的教育原則[5]，主要采用以下實驗方法和實驗形式：①對于“通風(fēng)安全學(xué)”中比較簡單的參數(shù)測定實驗，教師統(tǒng)一指導(dǎo)，簡明扼要地講解儀器使用操作，由學(xué)生依據(jù)實驗要求獨(dú)立完成測試環(huán)節(jié)；②對于“通風(fēng)安全學(xué)”有難度的綜合性實驗，一般由教師引導(dǎo)，結(jié)合理論知識點(diǎn)，設(shè)計出測試方法或手段，講授時結(jié)合示范引導(dǎo)學(xué)生，然后讓學(xué)生按實驗要求循序漸進(jìn)開展測試；③對于設(shè)計性實驗，依靠學(xué)生自己設(shè)計，結(jié)合測試儀器設(shè)備，團(tuán)結(jié)協(xié)作、開放性地開展相應(yīng)的測試實驗，并分析討論測試過程及結(jié)果。

3 實驗項目設(shè)置

依據(jù)實驗要求、方法與形式，“通風(fēng)安全學(xué)”實驗結(jié)合理論授課重點(diǎn)內(nèi)容主要開展的實驗項目如表1所示。

表1 實驗項目設(shè)置

“通風(fēng)安全學(xué)”開設(shè)的實驗課，主要是為了讓學(xué)生驗證、鞏固和加深本門課程的基本理論知識點(diǎn)，掌握實驗基本操作步驟，提高學(xué)生的實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。根據(jù)課程內(nèi)容開設(shè)的實驗有以下幾項。

3.1 有害氣體濃度測定和微氣候狀態(tài)測定

主要設(shè)備（耗材）：比長法CO和H2S檢定管、配比的CO（百萬分之10至百萬分之500）、H2S（0至百萬分之66）氣樣袋、取樣唧筒（50 mL）、卡他計、熱水裝置。

項目內(nèi)容：通過唧筒取樣按檢定管進(jìn)氣量和時間，將氣樣送至比長法檢定管，通過反應(yīng)比色范圍、長度測出待測氣體的濃度。通過卡他計浸熱上升指定高度后的下降回復(fù)初始狀態(tài)的時間，評價環(huán)境的勞動舒適程度。

3.2 大氣參數(shù)測定

主要設(shè)備：水銀氣壓計、空盒氣壓計、風(fēng)扇濕度計。

項目內(nèi)容：掌握機(jī)械式儀器設(shè)備的使用要求（調(diào)平、調(diào)零、測試），學(xué)會使用水銀氣壓計和空盒氣壓計測試環(huán)境大氣壓，學(xué)會使用風(fēng)扇濕度計測試環(huán)境的相對濕度，理解飽和水蒸氣分壓的意義，計算測試環(huán)境的空氣密度。

3.3 風(fēng)流點(diǎn)風(fēng)壓和速度場分布測定

主要設(shè)備：礦井通風(fēng)安全仿真實驗系統(tǒng)、單管壓差計、皮托管、連接膠皮軟管。

項目內(nèi)容：掌握機(jī)械通風(fēng)的兩種典型形式，熟悉兩種通風(fēng)形式下管路中點(diǎn)壓力之間的關(guān)系，學(xué)習(xí)單管壓差計的使用、皮托管測壓的傳導(dǎo)方式，測試兩種通風(fēng)形式下相對全壓、相對靜壓和動壓的關(guān)系；學(xué)會測試標(biāo)準(zhǔn)圓形巷道中速度場（動壓）的分布。

3.4 風(fēng)道的摩擦風(fēng)阻、摩擦阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的測定

主要設(shè)備：礦井通風(fēng)安全仿真實驗系統(tǒng)、單管壓差計、皮托管、連接膠皮軟管。

項目內(nèi)容：加深理論課程關(guān)于通風(fēng)能量方程知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，結(jié)合設(shè)備管路合理布置測點(diǎn)，分段討論，應(yīng)用能量方程，測試通風(fēng)巷道摩擦阻力和局部阻力，計算通風(fēng)管路風(fēng)阻、摩擦阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)。

3.5 通風(fēng)機(jī)性能測試

主要設(shè)備：礦井通風(fēng)安全仿真實驗系統(tǒng)、單管壓差計、U形水柱計、皮托管。

項目內(nèi)容：復(fù)習(xí)通風(fēng)機(jī)全壓的概念、定義，熟悉通風(fēng)機(jī)性能測定的方法，合理布置測試位置，化簡通風(fēng)機(jī)靜壓公式，測定通風(fēng)機(jī)在不同工況點(diǎn)下運(yùn)轉(zhuǎn)通風(fēng)參數(shù)、電參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，計算繪制出被測通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q-H靜（風(fēng)機(jī)靜壓）、Q-N電（風(fēng)機(jī)電功率）、Q-風(fēng)機(jī)靜壓效率曲線，并將實驗結(jié)果和理論值結(jié)合分析。

4 實驗考核及創(chuàng)新

“通風(fēng)安全學(xué)”實驗教學(xué)考核形式實行考勤10%、實操30%、實驗報告及數(shù)據(jù)處理60%，實驗過程、操作步驟、實驗注意事項、實驗協(xié)作能力、數(shù)據(jù)處理都是關(guān)鍵考查環(huán)節(jié)，同時開展拓展類的實驗講解匯報PPT，充分激發(fā)學(xué)生實驗熱情和獨(dú)立思考能力。“通風(fēng)安全學(xué)”實驗涉及的儀器設(shè)備同時還應(yīng)用于課程設(shè)計、創(chuàng)新活動中，通風(fēng)課程設(shè)計中從設(shè)備模型結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合現(xiàn)場礦井的資料、開拓、開采方法、礦井的通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)方式，繪制礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖、礦井風(fēng)量的計算與分配、礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力計算、確定并選擇礦井的通風(fēng)設(shè)備等。在學(xué)生創(chuàng)新活動中，結(jié)合儀器設(shè)備和現(xiàn)場應(yīng)用，讓學(xué)生依據(jù)教學(xué)模型、設(shè)備模型、實物設(shè)計出參賽作品，同時也提升了設(shè)備的利用率。

5 結(jié)束語

綜上所述，“通風(fēng)安全學(xué)”實驗教學(xué)需要豐富教學(xué)手段，注重知識的延伸與現(xiàn)場應(yīng)用相結(jié)合，改革實驗教學(xué)填注式教學(xué)方式，增強(qiáng)現(xiàn)場應(yīng)用與實驗室實驗知識點(diǎn)的融合，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，結(jié)合各種學(xué)生創(chuàng)新活動，加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。