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1、 矿山安全实验指导书矿山安全实验指导书实验一矿井灾害的模拟和可视实验一矿井灾害的模拟和可视化实验化实验 实验目的 1.了解矿井灾害的模拟及可视化显示技术的意义、了解矿井灾害的模拟及可视化显示技术的意义、分类、优缺点及相关仪器、设备的使用方法；分类、优缺点及相关仪器、设备的使用方法；2.深刻理解矿井火灾（爆炸）发生特点和危害性，深刻理解矿井火灾（爆炸）发生特点和危害性，以及事故救灾特点。以及事故救灾特点。原理说明 矿井火灾不仅能使矿井遭受巨大的物质损失，同时也是导矿井火灾不仅能使矿井遭受巨大的物质损失，同时也是导致井下职工伤亡的重大渊源。矿井火灾发生都非常突然，致井下职工伤亡的重大渊源。矿井火灾
2、发生都非常突然，常常出人预料，而且发展迅猛、激烈，由于井下风流状态常常出人预料，而且发展迅猛、激烈，由于井下风流状态的急剧变化而可能造成更大的事故，如可燃气体爆炸。对的急剧变化而可能造成更大的事故，如可燃气体爆炸。对事故调查分析中存在较大的争议，如救灾决策措施、火源事故调查分析中存在较大的争议，如救灾决策措施、火源和爆源的位置、爆炸性积聚瓦斯的来源，很难使用手段清和爆源的位置、爆炸性积聚瓦斯的来源，很难使用手段清楚直观地标示和说明。而根据事故的发生环境、事故发生楚直观地标示和说明。而根据事故的发生环境、事故发生过程、救灾措施的实施过程和实施效果，利用模拟技术模过程、救灾措施的实施过程和实施效果
3、，利用模拟技术模拟事故的客观过程，再建立矿井灾害的可视化显示系统，拟事故的客观过程，再建立矿井灾害的可视化显示系统，可以重现事故发生时的场景和发生过程，再现瓦斯爆燃、可以重现事故发生时的场景和发生过程，再现瓦斯爆燃、火灾扑救、瓦斯爆炸等过程。给矿井事故调查分析提供一火灾扑救、瓦斯爆炸等过程。给矿井事故调查分析提供一种手段，也为同行和各级管理者提供科学直观的体验，以种手段，也为同行和各级管理者提供科学直观的体验，以使同样的事故不再发生。使同样的事故不再发生。原理说明虚拟可视化系统就是要利用各种先进的硬件技术及虚拟可视化系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件机交互手段，
4、软件工具，设计出合理的硬件、软件机交互手段，是参与者能交互地观察和操纵系统生成的世界，是参与者能交互地观察和操纵系统生成的世界，其具有沉浸其具有沉浸交互交互构想的特点。利用模拟和虚构想的特点。利用模拟和虚拟显示技术可以模拟火源周边环境的虚拟表现、拟显示技术可以模拟火源周边环境的虚拟表现、火灾发展过程的虚拟表现、火灾扑灭过程的虚拟火灾发展过程的虚拟表现、火灾扑灭过程的虚拟现实表现。系统的的基本手段和目标就是利用并现实表现。系统的的基本手段和目标就是利用并集成高性能的计算机软件硬件及各类先进的输入集成高性能的计算机软件硬件及各类先进的输入输出设备，去创建一个能提供具有身临其境的沉输出设备，去创建一
5、个能提供具有身临其境的沉浸感、具有完善的交互作用能力、能帮助和启发浸感、具有完善的交互作用能力、能帮助和启发构思的信息环境。构思的信息环境。原理说明用 户输 入 设 备输 出 设 备输 入 处 理输 出 处 理图 像声 音艺术制作合 成可视化系统平台计算机系统 虚拟现实系统的一般构成原理说明1.输出设备。计算机监视器加上一副立体眼镜，是最简单输出设备。计算机监视器加上一副立体眼镜，是最简单的的VR显示输出设备，计算机在监视器上同时产生两个独立显示输出设备，计算机在监视器上同时产生两个独立的图像，用户带上立体眼镜后就能看到一个立体图像。的图像，用户带上立体眼镜后就能看到一个立体图像。VR的声音效
6、果包括音响和语音效果。由音频卡和立体声设备的声音效果包括音响和语音效果。由音频卡和立体声设备将电子信号变成立体声。给虚拟物体配上声音，人的耳朵将电子信号变成立体声。给虚拟物体配上声音，人的耳朵根据声音判断其大致距离和方向；这样与眼睛看到的虚拟根据声音判断其大致距离和方向；这样与眼睛看到的虚拟物体图像信息同时传到大脑，大大增强临境效果。此外，物体图像信息同时传到大脑，大大增强临境效果。此外，VR尚有带力觉输出的设备，如数据手套和操纵杆等。尚有带力觉输出的设备，如数据手套和操纵杆等。2.输入设备。输入设备。VR通过输入设备接收来自用户的信息。其输通过输入设备接收来自用户的信息。其输入设备主要有：入
7、设备主要有：数据手套数据手套三维球三维球6自由度鼠标自由度鼠标生物生物传感器传感器头部跟踪器头部跟踪器语音输入。语音输入。原理说明3.虚拟环境生成器。虚拟环境生成器。其功能是根据任务的性质和用户的要其功能是根据任务的性质和用户的要求，在求，在VR工具软件和数据库的支持下产生多维的虚拟环境，工具软件和数据库的支持下产生多维的虚拟环境，并使用户具有亲临其境的沉浸感和交互能力。并使用户具有亲临其境的沉浸感和交互能力。VR工具软件工具软件用来接收来自用户的输入信息，调用各种数据库，选用各用来接收来自用户的输入信息，调用各种数据库，选用各种种CAD软件，生成三维显示图形等。软件，生成三维显示图形等。4.
8、高性能的计算机处理系统。高性能的计算机处理系统。VR生成虚拟环境中的图像、生成虚拟环境中的图像、音响和压力，通过人机接口系统作用到用户的感觉器官，音响和压力，通过人机接口系统作用到用户的感觉器官，并实时通过传感器测试和跟踪用户的行为与反应，将得到并实时通过传感器测试和跟踪用户的行为与反应，将得到的输入数据反馈到的输入数据反馈到VR中，经计算机处理后再生成新的图像、中，经计算机处理后再生成新的图像、音响和作用力，如此不断循环。由于人的视觉系统要求视音响和作用力，如此不断循环。由于人的视觉系统要求视频图像的刷新速度很快，因而要求计算机系统具有高处理频图像的刷新速度很快，因而要求计算机系统具有高处理
9、速度、大存储容量和强联网特征。速度、大存储容量和强联网特征。实验设备 矿山非投入式虚拟现实显示系统矿山非投入式虚拟现实显示系统 实验内容 矿山虚拟显示显示系统的原理及使用方法。矿井火矿山虚拟显示显示系统的原理及使用方法。矿井火灾、爆炸的发生发展过程及不同典型事故的模拟灾、爆炸的发生发展过程及不同典型事故的模拟和可视化演示。和可视化演示。1.系统连接及检查。系统连接及检查。2.虚拟显示软件的基本使用方法。虚拟显示软件的基本使用方法。3.虚拟展示系统的启动及检查。虚拟展示系统的启动及检查。4.矿井火灾（爆炸）过程及典型事故的模拟及矿井火灾（爆炸）过程及典型事故的模拟及可视化展示。可视化展示。注意事
10、项 1.投影仪必须安装在有清洁空气流入流出的地方，投影仪必须安装在有清洁空气流入流出的地方，要保持室内环境。要保持室内环境。2.要避免室外光线直接射到屏幕，面向屏幕的窗要避免室外光线直接射到屏幕，面向屏幕的窗口使用不透明窗帘遮挡。口使用不透明窗帘遮挡。3.不要自行随意拆卸设备。不要自行随意拆卸设备。4.注意虚拟展示系统的正确启动程序。注意虚拟展示系统的正确启动程序。思考题 1.除了虚拟现实可视化形式外，还有那些可视化除了虚拟现实可视化形式外，还有那些可视化手段？手段？2.虚拟现实显示手段对事故分析、调查以及安全虚拟现实显示手段对事故分析、调查以及安全培训有何用途？培训有何用途？3.对矿井灾害虚
11、拟现实显示系统可以显示那些内对矿井灾害虚拟现实显示系统可以显示那些内容？容？实验报告 1.试验报告包括实验目的、内容、操作步骤。试验报告包括实验目的、内容、操作步骤。2.操作和演示内容的描述。操作和演示内容的描述。3.对思考题的论述。对思考题的论述。4.其它（包括实验心得、体会及意见等）。其它（包括实验心得、体会及意见等）。矿山安全工程矿山安全工程矿山安全工程矿山安全工程（防尘部分）实验教学（防尘部分）实验教学（防尘部分）实验教学（防尘部分）实验教学指导书指导书指导书指导书中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）实验一实验一 自动界面张力仪的使用与界面张力自动界面张力仪的使用与界面张力的计算的
12、计算中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）实验目的1.熟悉全自动界面张力仪的原理、结构、使用方法等；熟悉全自动界面张力仪的原理、结构、使用方法等；2.进行实际操作，测定出各种实验液体的表面及界面张进行实际操作，测定出各种实验液体的表面及界面张力值，并进行分析。力值，并进行分析。实验原理 1铂金环浸入液体一定位置铂金环浸入液体一定位置2.被测液体玻璃器皿下降，铂金环与被测液体之间的膜被拉长，被测液体玻璃器皿下降，铂金环与被测液体之间的膜被拉长，使铂金环受到一个向下的力，膜逐渐拉长，张力值逐渐增大，使铂金环受到一个向下的力，膜逐渐拉长，张力值逐渐增大，最大值就是液体的实测张力值最大值就是液体的实
13、测张力值P .通过传感器及电路处理自动显示出张力值通过传感器及电路处理自动显示出张力值P.张力值张力值P再乘以该液体的校正因子再乘以该液体的校正因子F（取决于实测张力值（取决于实测张力值P，液，液体密度，铂金丝的半径及铂金环的半径），即是液体的实际张体密度，铂金丝的半径及铂金环的半径），即是液体的实际张力值力值V,即即VPF 实验仪器 全自动界面张力仪实验步骤.仪器调水平仪器调水平.检查磁芯自由下垂、扭力丝张紧、杠秆臂水平检查磁芯自由下垂、扭力丝张紧、杠秆臂水平.打开电源稳定分钟打开电源稳定分钟.对于测表面张力，把对于测表面张力，把25度的试样倒入玻璃杯中度的试样倒入玻璃杯中2025高，使铂金
14、环深入高，使铂金环深入57处处.使被测液体下降最终测出最大值就是液体的实测表面使被测液体下降最终测出最大值就是液体的实测表面张力值张力值P6.计算出实际的张力值计算出实际的张力值V=PF实验注意事项 1.试验前应进行仪器的校验，用质量法校验：试验前应进行仪器的校验，用质量法校验：1）仪器安装好后，在铂金环上放一小纸片，调零；）仪器安装好后，在铂金环上放一小纸片，调零；2）小纸片上放一）小纸片上放一1000的砝码显示值为的砝码显示值为 81.70.1；3）若误差不在此范围，可通过可调电位器调整；）若误差不在此范围，可通过可调电位器调整；2.仪器的技术参数和测量范围仪器的技术参数和测量范围 1）测
15、量范围）测量范围0199.9mN/m；2）分辨率）分辨率0.1 mN/m；3）示值相对误差小于）示值相对误差小于预习和思考题 仪器的用途、使用领域，界面张力测定的目的和作用。仪器的用途、使用领域，界面张力测定的目的和作用。实验报告要求1.列表记录实验数据，并计算各被测液体的界面张力列表记录实验数据，并计算各被测液体的界面张力 2.计算实验的绝对误差与相对误差计算实验的绝对误差与相对误差3.其它（包括实验心得、体会及意见等）其它（包括实验心得、体会及意见等）实验二实验二实验二实验二 接触角测定仪的使用与计算接触角测定仪的使用与计算接触角测定仪的使用与计算接触角测定仪的使用与计算中国矿业大学（北京
16、）中国矿业大学（北京）实验目的1.熟悉接触角测定仪的原理、结构、使用方法等熟悉接触角测定仪的原理、结构、使用方法等2.进行实际操作，测定出各种液体对固体的接触角及液进行实际操作，测定出各种液体对固体的接触角及液体对固体的浸润性，并进行计算与分析体对固体的浸润性，并进行计算与分析 实验原理 液滴法液滴法.先转动目镜中的两条十字线与液滴两侧相切先转动目镜中的两条十字线与液滴两侧相切.使目镜的圆心与液滴的顶点使目镜的圆心与液滴的顶点A重合重合.转动目镜的十字线，使其中一条线通过液滴和试样接点，此转动目镜的十字线，使其中一条线通过液滴和试样接点，此线和试样平面夹角为线和试样平面夹角为/2实验仪器 接触
17、角测定仪 实验步骤1.试验准备试验准备1)仪器及试样工作台找水平仪器及试样工作台找水平2)固体试样置于工作台上，用弹簧片压紧固体试样置于工作台上，用弹簧片压紧3)液体调整器抽取液体后装在支架上，旋转测微头在针头形成液液体调整器抽取液体后装在支架上，旋转测微头在针头形成液滴滴4)上下移工作台使液滴留在试样上上下移工作台使液滴留在试样上5)水平移工作台使液滴在目镜中心水平移工作台使液滴在目镜中心6)按工作原理的方法读取接触角按工作原理的方法读取接触角实验步骤2.试验测定试验测定1）先转动目镜中的两条十字线与液滴两侧相切）先转动目镜中的两条十字线与液滴两侧相切2)工作台上移，使目镜中的圆心与液滴的顶
18、点工作台上移，使目镜中的圆心与液滴的顶点A重合重合3)转动目镜的十字线，使其中一条线通过液滴和试样节点转动目镜的十字线，使其中一条线通过液滴和试样节点B，此，此线和试样平面的夹角为线和试样平面的夹角为/2实验注意事项 1.测量温度范围测量温度范围:室温室温190 2.仪器放大倍率仪器放大倍率 30X、50X、100X、150X预习和思考题 仪仪器器的的用用途途、使使用用领领域域测测定定各各种种液液体体对对固固体体的的接接触触角及液体对固体的浸润性的意义和用途。角及液体对固体的浸润性的意义和用途。实验报告要求 1.试验的主要步骤操作方法试验的主要步骤操作方法 2.列表记录实验数据，并计算各种液体
19、对固体的接触角，分析列表记录实验数据，并计算各种液体对固体的接触角，分析各种液体对固体的浸润性各种液体对固体的浸润性.计算实验的绝对误差与相对误差计算实验的绝对误差与相对误差.其它（包括实验心得、体会及意见等）其它（包括实验心得、体会及意见等）实验三实验三 粉尘浓度的测定与分析中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）实验目的1.熟悉不同类型份尘测定仪的原理、结构、使用方法等熟悉不同类型份尘测定仪的原理、结构、使用方法等2.进行实际操作，测定出各种液体对固体的接触角及液体对固体进行实际操作，测定出各种液体对固体的接触角及液体对固体的浸润性，并进行计算与分析的浸润性，并进行计算与分析实验原理 可可
20、吸吸入入粉粉尘尘个个体体采采样样器器用用来来测测定定佩佩带带者者在在采采样样时时间间内内所所吸吸入入的的呼呼吸吸性性粉粉尘尘和和全全尘尘量量，仪仪器器的的可可吸吸入入离离子子标标准准曲曲线线按按BMRC曲线（约翰内斯堡曲线）设计和标定。曲线（约翰内斯堡曲线）设计和标定。实验仪器1可吸入粉尘个体采样器2.定点粉尘采样器3.电子天平4.电热干燥箱1台5.专用滤膜，样品盒，冲击板等 实验步骤1.充电充电13个小时以上个小时以上2.调定流量调定流量2.0升升/分分3.将烘干的滤纸装入采样头，现场采样将烘干的滤纸装入采样头，现场采样4.采样结束后，分别收集第采样结束后，分别收集第1、第、第2级测得的粉尘
21、量，级测得的粉尘量，50度下烘干度下烘干半小时半小时5.用电光天平称重用电光天平称重预习和思考题1.测测定定和和分分析析不不同同产产尘尘地地点点人人员员接接触触的的呼呼吸吸性性粉粉尘尘、全全尘尘浓浓度度、比例比例2.思思考考粉粉尘尘污污染染状状况况，尘尘肺肺病病与与粉粉尘尘浓浓度度关关系系，粉粉尘尘防防治治的的重重要要性等性等实验报告要求1.试验的主要步骤操作方法试验的主要步骤操作方法2.列表记录实验测定数据，并计算不同产尘地点的呼吸性粉尘列表记录实验测定数据，并计算不同产尘地点的呼吸性粉尘和全尘浓度，分析各类人员接尘的水平和全尘浓度，分析各类人员接尘的水平.其它（包括实验心得、体会及意见等）其它（包括实验心得、体会及意见等）