“通風(fēng)安全學(xué)”實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)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(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232001）

“通風(fēng)安全學(xué)”是安徽理工大學(xué)針對(duì)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(dòng)規(guī)律，并探索控制風(fēng)流穩(wěn)定流動(dòng)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(jì)算、通風(fēng)動(dòng)力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)量調(diào)節(jié)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中理論聯(lián)系實(shí)際非常重要的一環(huán)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)踐測(cè)試手段加深對(duì)理論課程的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析問題的能力。

1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)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(jì)；水銀氣壓計(jì)和空盒氣壓計(jì)，風(fēng)扇濕度計(jì)；礦井通風(fēng)安全仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、單管壓差計(jì)、U形水柱計(jì)、皮托管、電功率測(cè)試儀。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求

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

操作性實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備好所需的儀器、儀表、設(shè)備和工具，實(shí)驗(yàn)小組以四五人為宜；對(duì)于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生必須認(rèn)真觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，做好記錄；對(duì)于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生需掌握有毒有害氣體濃度、測(cè)溫、測(cè)壓、測(cè)濕的基本原理，掌握風(fēng)壓測(cè)定儀器儀表測(cè)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(cè)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(cè)定，結(jié)合理論課程教學(xué)內(nèi)容，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性及誤差產(chǎn)生的原因，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后提交完整系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法與形式

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)形式：①對(duì)于“通風(fēng)安全學(xué)”中比較簡(jiǎn)單的參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，教師統(tǒng)一指導(dǎo)，簡(jiǎn)明扼要地講解儀器使用操作，由學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)要求獨(dú)立完成測(cè)試環(huán)節(jié)；②對(duì)于“通風(fēng)安全學(xué)”有難度的綜合性實(shí)驗(yàn)，一般由教師引導(dǎo)，結(jié)合理論知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出測(cè)試方法或手段，講授時(shí)結(jié)合示范引導(dǎo)學(xué)生，然后讓學(xué)生按實(shí)驗(yàn)要求循序漸進(jìn)開展測(cè)試；③對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，依靠學(xué)生自己設(shè)計(jì)，結(jié)合測(cè)試儀器設(shè)備，團(tuán)結(jié)協(xié)作、開放性地開展相應(yīng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并分析討論測(cè)試過程及結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

依據(jù)實(shí)驗(yàn)要求、方法與形式，“通風(fēng)安全學(xué)”實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論授課重點(diǎn)內(nèi)容主要開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

“通風(fēng)安全學(xué)”開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課，主要是為了讓學(xué)生驗(yàn)證、鞏固和加深本門課程的基本理論知識(shí)點(diǎn)，掌握實(shí)驗(yàn)基本操作步驟，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)有以下幾項(xiàng)。

3.1 有害氣體濃度測(cè)定和微氣候狀態(tài)測(cè)定

主要設(shè)備（耗材）：比長(zhǎng)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(jì)、熱水裝置。

項(xiàng)目?jī)?nèi)容：通過唧筒取樣按檢定管進(jìn)氣量和時(shí)間，將氣樣送至比長(zhǎng)法檢定管，通過反應(yīng)比色范圍、長(zhǎng)度測(cè)出待測(cè)氣體的濃度。通過卡他計(jì)浸熱上升指定高度后的下降回復(fù)初始狀態(tài)的時(shí)間，評(píng)價(jià)環(huán)境的勞動(dòng)舒適程度。

3.2 大氣參數(shù)測(cè)定

主要設(shè)備：水銀氣壓計(jì)、空盒氣壓計(jì)、風(fēng)扇濕度計(jì)。

項(xiàng)目?jī)?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(cè)試），學(xué)會(huì)使用水銀氣壓計(jì)和空盒氣壓計(jì)測(cè)試環(huán)境大氣壓，學(xué)會(huì)使用風(fēng)扇濕度計(jì)測(cè)試環(huán)境的相對(duì)濕度，理解飽和水蒸氣分壓的意義，計(jì)算測(cè)試環(huán)境的空氣密度。

3.3 風(fēng)流點(diǎn)風(fēng)壓和速度場(chǎng)分布測(cè)定

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

項(xiàng)目?jī)?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(jì)的使用、皮托管測(cè)壓的傳導(dǎo)方式，測(cè)試兩種通風(fēng)形式下相對(duì)全壓、相對(duì)靜壓和動(dòng)壓的關(guān)系；學(xué)會(huì)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)圓形巷道中速度場(chǎng)（動(dòng)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(cè)定

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

項(xiàng)目?jī)?nèi)容：加深理論課程關(guān)于通風(fēng)能量方程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，結(jié)合設(shè)備管路合理布置測(cè)點(diǎn)，分段討論，應(yīng)用能量方程，測(cè)試通風(fēng)巷道摩擦阻力和局部阻力，計(jì)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(cè)試

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

項(xiàng)目?jī)?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(cè)定的方法，合理布置測(cè)試位置，化簡(jiǎn)通風(fēng)機(jī)靜壓公式，測(cè)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(jì)算繪制出被測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論值結(jié)合分析。

4 實(shí)驗(yàn)考核及創(chuàng)新

“通風(fēng)安全學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核形式實(shí)行考勤10%、實(shí)操30%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及數(shù)據(jù)處理60%，實(shí)驗(yàn)過程、操作步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)協(xié)作能力、數(shù)據(jù)處理都是關(guān)鍵考查環(huán)節(jié)，同時(shí)開展拓展類的實(shí)驗(yàn)講解匯報(bào)PPT，充分激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)熱情和獨(dú)立思考能力?！巴L(fēng)安全學(xué)”實(shí)驗(yàn)涉及的儀器設(shè)備同時(shí)還應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新活動(dòng)中，通風(fēng)課程設(shè)計(jì)中從設(shè)備模型結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算與分配、礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力計(jì)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(dòng)中，結(jié)合儀器設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，讓學(xué)生依據(jù)教學(xué)模型、設(shè)備模型、實(shí)物設(shè)計(jì)出參賽作品，同時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)需要豐富教學(xué)手段，注重知識(shí)的延伸與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用相結(jié)合，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)填注式教學(xué)方式，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)知識(shí)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(dòng)，加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。