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《矿井瓦斯爆炸模拟实验》

实验指导书

安全与应急管理工程学院

安全科学与工程系

二○二○年六月

《矿井瓦斯爆炸》实验指导书

一、实验目的

掌握光学瓦斯测定器测定甲烷浓度的方法；观察瓦斯爆炸过程。

二、实验原理和设备

1、光学瓦斯测定器总体结构

图1仪器的结构

1照明装置组，2聚光镜组，3平面镜组，4折光棱镜组，5反射棱镜组，

6物镜组，7测微组，8目镜组，9吸收管组，10气室组，11按钮组

2、光学瓦斯测定器工作原理

仪器内部的光学系统如图2所示。

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图2光学系统图

由光源1发出的光经过聚光镜2后到达平面镜3，并在0点分为两部分；一

部分反射，一部分折射。第1部分光束穿过气室5的测室，折光棱镜6将其折回

穿过另测的小室后又回到平面镜3，折射入平面镜后在其后表面（镀反射膜）反

射，于0点穿出平面镜向反射棱镜7前进，经偏折后进入望远镜8：第2部分光

束折射入平面镜后在其后表面反射，然后穿过气室中央小室回到平面镜，于0｀

点反射后于第1部分光束会合，一同进入望远镜，两光束的物镜的焦平面上产生

白光特有的干涉现象；干涉花样中央为白纹，两旁为彩纹，眼睛通过目镜进行观

测。

3、瓦斯爆炸装置总体结构

WSE—1型爆炸演示装置如图3所示。

主机：前面板有LED发光二极管组成的显示屛，并有三路探头、V—F调整

电位器、三路30%校准按钮、对管调整电位器、电源开关、大屛幕显示开关及探

头测量选择开关。后面板装有两个电缆插座，两个保险管座及探头输出测量线柱。

爆炸腔体：它是甲烷爆炸实验场所，长为3米，断面是R为0.25米的1/4

3

圆，体积为0.15米，前面为钢化玻璃，便于观看爆炸过程。

长时引爆器：前面板装有声响和延时指示灯，延时的时间为本10秒钟。

接线箱：它是连接主机和爆炸腔体的部分，面板装有接线插头、进气孔和引

燃输出，及测量选择指示插座。

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显示屏：它是由发光二极管组成的，段数码显示，每个字为本180*90mm,

并装有CH4%符号，供学生观看，主机与显示屏之间有电缆线连接。

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图3WSE—1型爆炸演示装置

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4、瓦斯爆炸工作原理

瓦斯爆炸的实质是一定浓度的瓦斯与空气中的氧气遇高温热源发生的剧烈

氧化反应。其化学反应过程十分复杂，最终的化学反应式为：

CH＋2O=CO＋2HO＋890.3kJ/mol

4222

如果氧气不足，反应的最终式为：

CH＋O=CO＋H＋HO

4222

研究表明，瓦斯爆炸是一种热-链式反应。当爆炸混合物吸收一定能量（通常是

引火源给予的热能）后，反应分子即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基（也

称自由基）。这类游离基具有很大的化学活性，成为化学反应的活化中心。在适

当的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。

这样循环下去，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为

爆炸。

三、实验方法

1、光学瓦斯测定器使用前的准备工作

1）对药品效能进行检查

如果吸收管内装的氯化钙、钠石灰等药品吸收能力降低或失效，将影响测

定的准确性。可根据药品的使用时间和变化程度确定是否能