1、各位同學： 由于今年上半年礦井火災防治的兩個實驗報告沒有交，現在學校參加教育部評估，所有同學都必須補上實驗報告，在2013-9-18（星期三）中午之前交上來！事關教育部評估，請大家認真仔細撰寫實驗報告，出現問題個人負責！實驗日期：第三周星期一為2013年3月11日，其它時間大家往后推，查日期！課程名稱實驗名稱實驗類別實驗類型實驗要求學生層次任課教師準備教師指導教師 班 級實驗人數每組人數實驗學時數實驗時間地點周次星期節次礦井火災防治煤的自燃傾向性鑒定3313姚建王軼波姚建、王軼波安全B101-242 8 2 3 一1-2安科樓218礦井火災防治煤的自燃傾向性鑒定3313姚建陳紹杰姚建、陳紹杰安

2、全B102-342 8 2 3 四1-2安科樓218礦井火災防治煤層自燃的標志性氣體檢測3313姚建王軼波姚建、王軼波安全B101-242 8 2 5 一1-2安科樓218礦井火災防治煤層自燃的標志性氣體檢測3313姚建陳紹杰姚建、陳紹杰安全B102-342 8 2 5 四1-2安科樓218礦井火災防治煤的自燃傾向性鑒定3313姚建王軼波姚建、王軼波安全B10429 8 2 3 一3-4安科樓218礦井火災防治煤的自燃傾向性鑒定3313姚建陳紹杰姚建、陳紹杰安全B10527 8 2 3 二1-2安科樓218礦井火災防治煤層自燃的標志性氣體檢測3313姚建王軼波姚建、王軼波安全B10429 8

3、2 5 一3-4安科樓218礦井火災防治煤層自燃的標志性氣體檢測3313姚建陳紹杰姚建、陳紹杰安全B10527 8 2 5 二1-2安科樓218文檔可自由編輯打印煤的自燃傾向性鑒定一、實驗目的1.1了解ZRJ1型煤自燃傾向性測定儀的工作原理和基本構造；1.2掌握利用ZRJ1型煤自燃傾向性測定儀測定煤在常溫常壓下對流態氧的吸附特性的步驟和方法。2. 測試原理2.1 儀器工作原理煤自燃傾向性色譜吸氧測定法是基于煤在低溫常壓下對氧的吸附屬于單分子物理吸附狀態為理論基礎，按朗格謬爾單分子層吸附方程，用雙氣路流動色譜法測定煤吸附流態氧的特性，以煤在限定條件下，測定其吸氧量，以吸氧量值作為煤自燃傾向性分類

4、主指標。煤的自熱首先是開始于吸附空氣中的氧氣。當煤中含有一定量的硫份時，其自熱不儀由煤自身吸附空氣中的氧而開始的過程，而且硫化礦物的存在還會吸附空氣中的氧氣并分解釋放熱量，促進煤的自熱氧化。當煤-中不含或含少量硫化物時，其開始的自熱過程主要表現為煤自身吸附空氣中的氧氣的升溫氧化過程。煤的后隨的氧化過程正是開始于吸附氧以后的表面反應，煤最初的吸氧特性反應了有關煤自熱的某些特性，煤吸氧特性參量主要有：吸附氧量、吸附環境溫度和吸附過程參量。通過大量的試驗研究表明，煤在低溫常壓下對氧的吸附符合剛格謬爾(Langmuir)提出的吸附規律，在實驗中應滿足下述條件：固體表面是均勻的，也即對某一單組份的煤粒可

5、以認為其表面是均勻的，因此將每個組份顆粒的Langmuir吸附值疊加，可使煤的Langmuir吸附從總體上符合Langmuir吸附規律；被吸附分子問沒有相互作用力；吸附為單分子層吸附；在一定條件下，吸附與脫附之間可以建立動態平衡。從而可以按單分子層吸附理論推導出的Langmuir吸附方程計算吸附量。2.2工作特點ZRJI型煤自燃性測定儀即是根據此基本工作原理研制設計的測定吸氧量以建立煤自燃傾向性測定方法的專用儀器。其主要特點為：2.2.1 應用氣相色譜分析技術，采用雙氣路由熱導檢測器直接檢測煤對氧的吸附量，設計專用性強，結構緊湊、穩定性好、操作簡便；2.2.2 熱導檢測器采用抗氧化元件和恒定熱

6、絲平均溫度橋路供電，靈敏度高，使用壽2.2.3 微機控制系統實現溫度控制、測定、顯示及結果汁算、打印自動化；2.2.4 采用四路樣品處理系統，縮短煤樣處理周期，提高測定效率。3.實驗器材3.1 ZRJ1型煤自燃傾向性測定儀3.1.1儀器主要部件1）主機分析單元ZRJ-I型煤自燃性測定儀主機分析單元分為吸附柱恒溫箱、檢測器及其恒溫箱和氣路控制系統三個部分。圖1 ZRJ-1型煤自燃傾向性測定儀（1）柱恒溫箱儀器恒溫箱要求的工作范圍為：室溫110oC，為了保證具有良好的恒溫性能，熱慣性小，恒溫箱的保溫材料為新型的陶瓷纖維，采用強制式熱循環式空氣浴方式通風，為保證箱內溫度均勻，選用 調整風扇達到熱風強

7、制式循環的目的。25W電機固定在恒溫箱后面的底板上，用四個減振裝置減小電機 高速轉動對主機的影響，提高了分析精度 加熱溫度： 300W 安裝樣品管數：4個 溫度穩定性：1.20、4小時。（2）熱導檢測器及其恒溫箱a.熱導檢測器 熱導檢測器是目前氣相色譜法中應用最廣泛的一種檢測器，其通用性強、結構簡單、穩定性好、靈敏度適宜，線性范圍寬，對所有物質均有響應，而且不破壞樣晶。用于ZRJ一1型煤自燃性測定儀中對煤吸氧量的測定最為合適。 熱導檢測器的檢測原理是基于載氣中混有被測組份時，其熱導系數發生變化，變化的差異則為熱導池的敏感元件所感受。熱導池體內由四個相同的元件組成測量電橋。熱導檢測器主要技術指標

8、如下: 結構形式：分流直通式四臂熱導池； 池體材料：不銹鋼： 元件材料：螺旋形錸鎢絲； 冷態電阻：5Q歐姆(20oC) 靈敏度： s5000 mv cm3mg檢測器溫度100oC，氫載氣，苯)； 噪聲：不大于0.1mv； 漂移：不大于0.3mv0.5h； 重復性：不大于5。熱導池體使用無磁不銹鋼制成，具有足夠的熱容量，熱穩定性好，同時又具有較強的抗腐蝕能力，橋臂敏感元件為高溫抗氧化的錸鎢絲制成。池體為直通式結構，響應快，但是由于載氣流量的變化對穩定性有較大的影響，所以對載氣流路控制的穩定性要求較高。元件的錸鎢絲為螺旋形，20oC時阻值為50歐姆，橋路元件的阻值是匹配的，同時在裝配時經過詳細調整

9、，以控制其不平衡輸出。在有一路橋絲損壞時，必須將四支熱導元件同時更換。（2）恒溫箱 熱導檢測器恒溫箱的作用是保證熱導池具有一個良好的工作環境。儀器采用等溫體自然熱傳導方式，體積小、保溫性能好，而且熱平快，使得儀器的起動、穩定時間短。 熱導檢測器恒溫箱的技術要求： 型式：等溫體自然熱傳導式： 溫度范圍：500C110： 加熱功率：150W。（3）氣路控制系統a.氣路流程ZRJ1煤自燃性測定儀氣路系統共有互路，即載氣(第一路)、吸附氣(第二路)及混合氣(第三路)，如圖2所示。 圖2 氣路系統示意圖第一路：載氣N2 【吸附】狀態下絨氣流程：鋼瓶氮氣減壓進入儀器后，經穩壓閥(1)和氣阻(2)熱導檢測器

10、(3)參考臂六通切換閥(4)經實線位置23四通閥(5)經43后混合器(6)熱導檢測器測量臂載氣出口(皂膜流量計)。 【脫附】狀態下絨氣流程：鋼瓶氮氣減壓進入儀器后經穩閥(1)和氣阻(2)熱導檢測器(3)參與臂六通切換閥(4)經虛線位置2-l-進樣注射口I(9)-前五通(10)-樣品管(11)-后五通(1 2)-六通閥 4-3(虛線)-四通 4-3-后混合器(6)熱導檢測器測量臂，出口(皂膜流量計)第二路：吸附氣O2 (1) 【吸附】狀態下吸附氣流量，鋼瓶氧氣減壓后進入儀器后，經穩壓閥(1)和氣阻(2)-拉桿閥(7)-前混合器(8)-六通切換閥(4)經實線位置6-l-進樣注射口(9)-前五通(1

11、0)-樣品管11-后五通(12)六通切換閥(4)經實線45-四通閥(5)經2-l-平衡氣出口(皂膜流量計)。 【脫附】狀態下吸附氣流程：鋼瓶氧氣減壓進入儀器后經穩閥(1)和氣阻(2)拉桿閥(7)前混合器(8)六通切換閥(4)經虛線位置65-四通閥(5)經2-1平衡氣出口(皂膜流量計)。 第三路：吸附混合氣 當使用的吸附氣體為純氧時，此路放空，若因測定其他參數需要(如瓦斯吸附等溫線測定等)，吸附氣即不為純氧，則可利用此路通入惰性氣體，在前混合器使之和吸附氣混合，達到需要的氣體的濃度再進入樣品管進行測定。 由于在吸氧量的測定中使川的吸附氣體為純氧，因此此路為開放狀態(拉桿閥始終是向外拉開位置)。3

12、.2 分析系統該單元包括檢測系統及微機控制、分析系統。采用交流220V市電經變壓后供電，電源板為各電氣部件提供相應的直流電壓及可控硅SCR同步脈沖，由四個熱敏元件組成的測量電橋是儀器的信號檢測器。由于各煤種對氧吸附特性的差異，使測量電橋產生不同的信號電壓，該電壓經過反相開關K1、衰減開關K2，進入VF轉換器，將信號電壓轉換為數字信號輸入到微機板，計算機對色譜峰信號進行面積積分、吸氧量計算，譜圖和計算結果可打印機打印。各種操作參數可直接在計算機中輸入。溫度檢測元件為100 Q(20)鉑電阻器。鉑電阻阻值隨溫度的變化而變化。溫度、電壓轉換器將變化的電阻值轉換為電壓值，該電壓值經溫度AD轉換器轉換為

13、數字信號后輸入給微機板。微機系統根據用戶設定的溫度進行計算，然后控制加熱系統進行加熱。3.3煤樣3.4氧氣瓶3.5氮氣瓶3.6皂膜流量計（或者適用流量計）4 吸氧量測定4.1煤樣預處理4.1.1 送檢煤樣參照GB-402-79煤層原樣采取方法及GB-474-77煤樣縮制方法縮制成分析煤樣（取100克），其余煤樣封存。4.1.2 將100克分析煤樣全部（注意！必須是全部）粉碎至小于0.15mm粒度，但是應注意，0.10.15mm粒級的粉煤應占總數的65%75%，粉碎后的煤樣裝入250ml的廣口瓶中備用。4.1.3 稱取四份1.0+0.01克分析煤樣，分別裝入四支樣品管內，在管的兩端在塞以少量玻璃

14、棉，按裝在相應氣路連接處。4.1.4 煤樣水分處理：將六通閥置于脫附位置，四路開關閥全部打開，通氨氣，用穩壓閥將流量調至40cm3/min(用皂膜流量計測量)，穩定十分鐘后，起動儀器，將柱箱溫度設定為105，熱導溫度設為25，待溫度穩定后保持恒溫（如85），待溫度穩定后開始作吸氧量測定。4.2 儀器的啟動步驟：4.2.1 供氣與檢漏儀器安裝后，首先通載氣和吸附氣，并檢查各接頭處，特別是安裝過程中初次連接的部件接頭處是否漏氣。簡單的檢漏方法是在各接頭處涂抹檢漏液(十二烷基硫酸鈉溶液或皂液)，視其是否有氣泡出現，若有則說明該處漏氣，可適當擰緊螺帽或更換密封壓環重新安裝擰緊、檢漏，直到無漏氣為止。4

15、.2.2 供電儀器通氣十分鐘后，【六通閥】置于【脫附】位置(注意!如果沒有樣品管時，(【通閥】置于【吸附】位置)，給電源供電。4.3 測定步驟用ZRJ-1儀器進行煤吸附氧含量的測定，實驗中是測定氧的脫附量,其脫附值經熱導檢測器檢測處理后直接顯示或打印，脫附峰面積與脫附氧氣量之間的關系可由儀器常數法標定。因此，需先進行儀器常數測定再進行煤吸附氧量的測定。4.3.1 儀器常數測定（1）樣品管的連接將四支已經標定體積的空樣品管，分別鏈接1、2、3、4氣路上，并檢查無漏氣。（2）供氣及供電打開氮氣和氧氣鋼瓶，給定低壓為0.4MPa測流速：用皂膜流量計分別測定載氣氮和吸附氣氧的流速。將六通閥置于脫附位置

16、，分別打開各路的切換開關，依次測定各路載氣氮和吸附氣氧的流速，N2：30±0.5cm3/min；O2：20±0.5cm3/min。通電：打開主機、打印機電源開關，相應指示燈亮（3）選擇測定條件設定【柱箱溫度】30，【衰減】1，先選擇【熱導溫度】80，【橋溫】70，待溫度穩定后，按【啟動】鍵，走基線。調基線：打開任一路切換開關，其他三路置于關閉狀態，用面板上調零旋鈕依次將各路基線調至一定位置（離打印機零點標準線1020mm處），半小時內基線漂移應不大于0.3mv，按【停止】鍵，停止走基線。將六通閥置于吸附位置，同時啟動秒表計時，吸附5分鐘后，將六通閥置于脫附位置，同時按【啟動

17、】鍵，繪制譜圖及測定脫附峰面積，此峰面積為相應樣品管體積和連接管（樣品管與六通閥之間以及六通閥內體積）的總體積之和。（4）扣除氣路中的死體積：準備工作就緒后，打開第一路開關閥（測定第一路的儀器常數），其他三路關閉。六通閥置于吸附位置，吸附5分鐘，關閉第一路，立即打開另一路（如第二路），同時將六通閥置于脫附位置，按【啟動】鍵，繪制色譜峰和打印峰面積。此峰面積為儀器氣路中死體積相應的峰面積，其數值僅與操作條件有關，不參與儀器常數的計算，不必記錄。（5）樣品管相應峰面積測定：打印結束后（注意：此時六通閥在脫附位置），立即關閉打開的第二路，打開第一路，再次按【啟動】鍵，繪制色譜峰和打印峰面積值。此峰面

18、積值即為相應樣品管的峰面積值，是儀器常數計算的依據。按此方法重復測定510次，得到第一路與第二路相關的測定值，以同樣的方法測定第一路和第三路、第四路相關的測定值，計算相應的平均值后求得第一路的儀器常數。其他各路儀器常數的測定方法按同樣的操作測定。（6）設定儀器常數計算的有關參數，直接得到儀器常數的測定結果。4.3.2 吸氧量測定（1）煤樣預處理a.送檢煤樣參照GB-402-79煤層原樣采取方法及GB-474-77煤樣縮制方法縮制成分析煤樣（取100克），其余煤樣封存。b.將100克分析煤樣全部（注意！必須是全部）粉碎至小于0.15mm粒度，但是應注意，0.10.15mm粒級的粉煤應占總數的65

19、%75%，粉碎后的煤樣裝入250ml的廣口瓶中備用。c.稱取四份1.0+0.01克分析煤樣，分別裝入四支樣品管內，在管的兩端在塞以少量玻璃棉，按裝在相應氣路連接處。d.煤樣水分處理：將六通閥置于脫附位置，四路開關閥全部打開，通氨氣，用穩壓閥將流量調至40cm3/min(用皂膜流量計測量)，穩定十分鐘后，起動儀器，將柱箱溫度設定為105，熱導溫度設為25，待溫度穩定后保持恒溫（如85），待溫度穩定后開始作吸氧量測定。（2）煤樣吸氧量測定a.測定第一路的吸氧量，關閉其它三路，六通閥置于脫附位置，通氧氣，用溫壓閥分別調節氨氣和氧氣流速，氨30+0.5cm3/min,氧20+0.5cm3/min,（用

20、皂膜流量計測量）b.六通閥置于吸附位置，同時用秒表計時，吸附20分鐘后，六通閥置于脫附位置的同時按鍵，由系統分析并得出實管峰面積。c.六通閥置于吸附位置，取下樣品管，取出兩邊堵塞的玻璃棉，倒出煤樣，用洗耳球吹凈煤灰，將空管安裝在氣路上，同時將六通閥置于脫附位置。d.以同樣的方法測定通過空管時氨和氧氣的流速，應與實管時測定的流速相近。e.將六通閥置于吸附位置，吸附5分鐘后，再將六通閥置于脫附位置，測定空管峰面積。f.在系統中輸入所有所需參數，例如儀器常數、實管峰面積、空管峰面積、煤樣類型等。g.由系統得出吸氣量，并分析煤樣自燃傾向性。5 注意事項5.1開機時必須先通載氣，后通電；停機時必須先停電

21、，10分鐘后再關閉載氣，氧氣可在斷開電源時同時關閉。5.2儀器在啟動狀態下，操作過程中，氣路中任何一路無樣品管時，必須將六通閥置于吸附位置。5.3實驗室環境溫度保持在1526范圍內5.4送檢煤樣和分析煤樣保存六個月。6 附錄6.1煤自燃傾向性等級分類中華人民共和國煤炭行業標準 MT/T 707-1997煤自燃傾向性以每克干煤在常溫（30）、常壓（1.0133×104）下的吸氧量作為分類的主指標，煤自燃傾向性等級按表5、表6分類。表5 褐煤、煙煤類自燃傾向性分類表自燃傾向性等級自燃傾向性煤吸氧量，cm3/g.干煤容易自燃 0.71自燃0.410.70不易自燃0.40表6 高硫煤、無煙煤

22、自然傾向性分類表自燃傾向性等級自燃傾向性煤吸氧量cm3/g干煤全硫容易自燃1>2.00自燃<12.00不易自燃<1<2.00含可燃揮發分18.0%6.2 吸氧量測定允許誤差煤吸氧量測定結果的允許誤差不得超過表7的規定表7 煤吸氧量測定的平行實驗誤差同一實驗室不同實驗室0.050.10氣相色譜法測定煤礦井下氣體一實驗目的1. 了解氣相色譜儀的主要結構單元及各部分的功能；2. 掌握氣相色譜法的基本原理及使用方法；3. 掌握氣體采集方法；4. 掌握運用氣相色譜儀分析氣體的基本步驟和操作流程；5. 掌握利用數據分析軟件處理實驗數據的能力；6. 分析影響測試結果誤差的主要因素，提

23、出減小分析誤差的措施；二、實驗裝置及主要儀器1GC4008（B）型煤礦專用色譜儀、A5000氣相色譜工作站2高純度（99.99%）標準氣體（氫氣、空氣、氮氣）3氣體采集器（注射器、六通閥）5. 測試混合標準氣體（甲烷0.2%、乙烷103ppm、丙烷102ppm、乙烯101ppm、乙炔104ppm）三、GC4008（B）型煤礦專用色譜儀概述1. 主要配置主機、氫火焰離子化檢測器（FID）、熱導檢測器、轉化爐、四根專用色譜柱、四氣路、四套六通閥2. 應用領域煤礦氣體分析實驗室專用儀器，該儀器可進行：1） 礦井井下氣體分析；2） 瓦斯爆炸危險程度判別；3） 瓦斯突出、瓦斯抽采、瓦斯燃燒等氣體組份全分

24、析；4） 火災氣體組份全分析。其中包括煤層自然發火預測、預報，封閉火區內煤層的熄滅程度及火區啟封指標的分析。3. 儀器特點 1）儀器設計靈活、合理，同時安裝有熱導、雙氫火焰檢測器、甲烷轉化爐、四路并聯、四套六通閥進樣、四根專用色譜柱、八階程序升溫裝置等； 2）自然發火標志氣體最小檢測濃度一氧化碳 CO、乙炔C2H20.5ppm ，乙烯C2H40.1ppm ，H25ppm；3） 可配備電子捕獲檢測器測定示蹤氣體SF6，火焰光度檢測器測定H2S、SO2等氣體；4）增加“爆炸三角形”軟件，能夠根據分析結果判別混合氣體爆炸危險程度。四、實驗原理分離原理：不同物質在固定性和流動相中具有不同的分配系數K，

25、當兩相做相對運動時，被測物質會6在兩相間依據不同的分配系數作多次分配以達到動態平衡，從而使得各組分得到分離。 流程如下：1. 轉化爐的轉化原理當分項測定一氧化碳、二氧化碳、甲烷時，試樣進樣后先經色譜柱分離，再進入甲烷化轉化器轉化為甲烷，用氫火焰離子化檢測器（FID）進行測定。轉化反應如下：2. GC4008（B）型煤礦專用色譜儀氣路系統圖通過四根根特殊色譜柱完成對H2、N2、O2、CO、CO2、烷烴、烯烴、炔烴的常量及微量組份分析。色譜柱A主要用來檢測O2、N2、CH4、CO等氣體；色譜柱B主要用來檢測CO2；色譜柱C主要用來檢測CH4、C2H4、C2H6、C2H2等氣體；色譜柱D主要用來檢測

26、CO、CH4、CO2等氣體。因此，在檢測氣體成分時應根據檢測目的將被檢測氣體通過相應的六通閥注入色譜儀進行檢測。3. 氫火焰離子化檢測原理（FID-Flame Ionization Detector） 1) 特點（1）對有機化合物靈敏度很高，對無機氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質靈敏度低或不響應；（2）具有結構簡單、穩定性好、靈敏度高、響應迅速等特點；2）結構由離子室和放大電路組成 （1）發射極和收集極之間加一定的直流電壓（100-300V）構成加電場；（2） FID在工作時需要載氣（N2、H2）、燃氣（H2）和助燃氣（Air）。測試時需要調整三者之間的比例關系，以使檢測器靈敏度打到最

27、佳。 3）工作原理當氫氣在空氣中燃燒時，火焰中的離子是很少的，但如果有碳氫化合物存在時，離子就大大增加了。從柱后流出的載氣和被測樣品與氫氣混合在空氣中燃燒（火焰如下圖所示），有機化合物被電離成正負離子，正負離子在電場的作用下就產生了電流，這個電流經微電流放大器放大后，可用記錄儀或數據處理機下來做為定量的依據（色譜圖）。具體工作原理分析如下： （1）當載氣含著有機物CnHm由噴嘴噴出進入火焰時，在C層發生裂解反應產生自由基：（2）產生的自由基在D層火焰中與外面擴散進來的激發態原子氧或分子氧發生如下反應：（3）生成的正離子與火焰中大量水分子碰撞而發生分子離子反應：（4） 化學電離產生的正離子和電子

28、在外加恒定直流電場的作用下分別向兩極定向運動而產生微電流。在一定范圍內，微電流的大小與進入離子室的被測組分質量成正比，因此氫焰檢測器是質量型檢測器。（5）離子電流信號經放大后輸出到記錄儀，得到峰面積與組分質量成正比的色譜流出曲線。4）影響因素（1）各種氣體流速配比 N2：H21：11：1.5 氫氣：空氣1：10（2）極化電壓 正常極化電壓選擇在100300V范圍內。（3）氫焰檢測器的溫度 檢測器溫度一般大于120 （4） 其他操作條件組件的絕緣、屏蔽、接觸是否良好，管路及離子室的清潔，氣體的凈化等。4. 熱導檢測器（TCD-Thermal Conductivity Detector）1）特點T

29、CD是目前氣相色譜儀上應用最廣泛的一種能用型檢測器。它結構簡單，穩定性好，靈敏度適中，線性范圍寬，對所有被分析物質均有響應，而且不破壞樣品，多用于常量分析，目前應用較為廣泛。當載氣（H2）混有被測樣品時，由于熱導系數不同，破壞了原有熱平穩狀態，使熱絲溫度發生變化，隨之電阻也就改變，電阻值的變化可以通過惠斯登電橋測量出來，所得電信號的大小與在載氣中濃度成正比，經放大后，記錄下來做為定性定量的依據（色譜圖）。2）結構 由池體和熱敏元件組成池體：一般用不銹鋼制成，其中有兩個或四個大小相同、形體完全對稱的孔道，孔道內各固定一根長短、粗細和電阻值完全相同的金屬絲作熱敏元件。熱敏元件：為提高靈敏度，熱敏元件一般選用電阻率高、電阻溫度系數大的鎢絲。3）檢測原理4） 影響因素（1） 電流。電流增加，熱絲溫