矿井通风与安全实验教学课程的设计与探讨

牛莉敏

关键词：矿井通风与安全  通风阻力  风速风量测算

一、矿井空气成分检测

课程开篇介绍了矿井空气成分，以及矿井空气和地面空气在成分和性质上的差别，接着介绍矿井空气中的主要有毒有害气体成分，《煤矿安全规程》对于煤矿井下各种有害气体的浓度作了详细规定，如果不符合《煤矿安全规程》的要求，必须采取相应措施进行处理，所以第一章设计了本次实验课程。

矿井空气成分检测主要介绍了一种快速检测方法，即检定管检测法，一种称为比色式检定管，另一种称为比长式检定管，检测仪器包括检定管和吸气装置。当含有一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等被检测气体的空气以一定速度通过检定管，被测气体与指示胶发生化学有色反应，形成变色层（变色柱），变色层的变色程度或者长度与被测气体的浓度成正比。比色式检定管颜色辨认精确度低，两个色阶代表的浓度间隔较大，所得结果准确性较差，故煤矿实验主要采用比长式检定管。一氧化碳检定管检测剂由碘酸钾和发烟硫酸组成，当含有一氧化碳的井下空气通过时，矿井空气中的一氧化碳与指示胶发生化学反应，有碘生成，所以颜色会由白色变为棕褐色，变色柱的长度越大，说明被测空气中一氧化碳的浓度越大。

实验总结：不同气体的检定管颜色变化不一样，所以需要特别注意，测定不同的气体必须使用与之对应的气体检定管。这个实验需特定气体样本，而像一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等气体都有不同程度的危害性，尤其是一氧化碳和硫化氢更是剧毒气体，所以学生在实验室做试验过程中一定要严格控制气体样本的使用，保持实验室良好通风，防止发生中毒事件。总体来说，本实验可操作性强，在实验室可以较好完成。

二、矿井通风阻力的测定

1.测定目的

矿井通风阻力的大小、分配是否合理，影响到矿井主要通风机的工作状况，以及井下各用风地点的风量分配，测算矿井通风阻力是通风专业学生必须掌握的技能，另外，矿井通风阻力也是后期做通风设计的依据，还可以更好地掌握矿井通风情况。具体目有下几方面：一是了解通风系统中阻力分布情况，发现通风阻力较大的区段和地点，以便经济合理地改善通风;二是提供实际的井巷通风阻力系数和风阻值，使通风设计和计算更切合实际，使风量调节有可靠的技术数据;三是为灾变时期控制风流提供必要的参数。

《煤矿安全规程》第一百一十九条规定：新井投产前必须进行一次矿井通风阻力的测定，以后每三年至少进行一次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。

2.测定依据

测定依据有《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》《矿井通风阻力测定方法》《煤矿安全规程》。

3.测定内容

测定内容包括测点绝对静压，基点大气压，测点大气压，测点平均风速，测点间距离，测点处（测风站）巷道的净高、净宽、断面规格，各测点的标高（由矿方提供，或从采掘工程平面图上对应底板等高线确定），各测点干湿度读数，各测点湿温度读数，观察巷道形状，观察巷道支护形式。

4.测定方法

本次阻力测定采用基点气压计测量法。与传统的压差计法比较，该法所使用的仪器体积小、重量轻，具有操作简便、测定速度快的显著優点，且适应于全矿性阻力测定。

基点气压计测量法的原理是用气压计测算出井巷前后两测点风流的静压差，同时，用风表和干湿球温度计等仪器测算各测点处速压差和位压差的有关参数，再利用井巷风流通风阻力定律计算出该测段的通风阻力。

本次采用气压计法中的逐点法，即将一台气压计留在基点（通常放置在进风井口附近），从钟表的整5分钟开始，并以5分钟为间隔，记录气压计读数，用来监测地面大气压力的变化，以便对井下的气压计读数值进行校正。另一台气压计沿预定的路线，携带至测点，待仪器稳定后读取气压计的读数和读取的时间（其读数时间也要求是钟表的整5分钟，以便尽可能消除地面大气压变化给井下测算值带来的误差）。同时测定测段内的巷道断面、风速、干湿球温度等参数。

实验总结：由于在校学生无法实现在煤矿巷道中实地测定巷道阻力，本实验在实验室可模拟演示，包括测定人员组成与分工，选择测定线路及布置测点。矿井实际情况不会像理论讲授的那样简单理想化，所以本实验可操作性较弱，但是操作方法及原理必须要求学生掌握，只有掌握了理论知识，实践时才不至于不知所措。

三、井巷中的风速和实际通过的风量的测算

本实验设计在矿井风量计算一章，在学生掌握了矿井压力与阻力计算，矿井通风系统，局部通风，矿井分配风量原则、方法和依据，井下各用风地点风量计算方法，矿井总风量的计算之后，课程设计了本实验，实验所需基础知识较多。

1.测算风速和风量的目的

目的有检查井下各用风地点实际风量是否满足设计要求，检查各个用风巷道中的风速是否符合《煤矿安全规定》中的相关规定和检查井巷漏风情况。依据《煤矿安全规程》第一百零五条规定：矿井必须建立测风制度，至少每十天进行一次全面测风。

2.井巷断面上的风速分布

井下空气在巷道中流动，空气和巷道壁产生摩擦，所以风速在井巷断面上的分布是不一样的，在巷道的轴心风速最大，越靠近巷道壁面风速越小，所以通常所说的井巷的风速是指井巷断面的平均风速。

3.测风仪器仪表

煤矿井下常用的是机械式风速表，根据测量范围不同可分为高速风表、中速风表和低速风表。根据巷道风速大小选择合适的风表类型，高速风表测量范围是0.8～25m/s。中速风表为0.5m～10m/s。低速风表为0.3m～5m/s。

4.测风方法

（1）线路法和分格定点法。所谓线路法是测风人员手持风表沿着预定路线匀速移动，一分钟内走完全程，所定路线要均匀分布巷道断面的中心和四周。分格定点法是将巷道断面划分为若干个大致相等的格子，让风表在每个格子内停留相等的时间，总用时也是一分钟，常用9点法、6点法或3点法。

（2）侧身法和迎面法。测风方法按测风人员的姿势来划分，可分为侧身法和迎面法。侧身法要求测风人员背部贴巷道壁站直，手拿风表，手臂和风流方向垂直测风的方法，这种方法因为测风人员的身体减小了巷道通风断面，增加了风速，所以需要用校正系数进行校正。而迎面法是测风员站在巷道中间，面向巷道风流，手持风表，伸向前方测风速，这种方法会阻挡风流降低风速，所以须将测算结果乘以1.14为实际风速。

（3）机械风表测风操作方法。首先检查风表指针是否回零，是否风表迎着风流，风表叶轮正常转动，同时打开秒表和计数器，在一分钟内走完预定路线或者全部格子，然后再同时关闭风表和秒表，读数。一般在同一地点测三次，取平均值作为测量结果。所用公式如下。

公式（1）    v=n/t

其中v——风表测得的风速，m/s;n——风表刻度盘的读数，m;t——测风时间，60s。

5.计算平均风速和通过井巷的风量

根据风表测得的风速再从风表校正曲线上找出真风速，要注意每个风表的矫正曲线不一样，所以保持一致才能得到正确的真风速。然后根据测风人员的测风姿势，乘以对应的校正系数得到巷道平均风速，所用公式如下。

公式（2）    Q=Sv

其中S——井巷净断面积，m2;Q——通过井巷的风量，m3/s。

实验总结：本实验每一步的计算相对简单，但是需要对实验所得数据进行多次校正;另外，测风时人体和风表距离太近会影响所得结果，误差较大，同一地点测风速需测不少于3次，取平均值。如果在生产矿井进行测风，还要考虑井下生产行为对风速的影响，比如人员和車辆在巷道中移动，风门的开关状态，还有一些较大断面巷道，具体问题具体分析。在实验室中，本实验可操作性较好，要引导学生分工协作，在数据处理上不得马虎，保证所得结果的精确度。

矿井通风与安全课程是一门理论与实践有机结合的课程，理论与实践相互支撑，相互促进。教师教给学生理论知识，然后带着理论知识去实践，检验其正确性，加深印象，巩固所学理论知识。煤矿井下环境特殊，在校中职学生不能到实地考察实验，所以课程里设计的实验只能在实验室里创造条件去完成，虽然每个实验都有不同的局限性，但是只要掌握了方法，相信学生走上工作岗位以后都可以更好地运用到实践中。

（作者单位：邯郸工程技术学校）