礦井火災時期的風流紊亂解析課件

1、第五章 礦井火災時期的風流紊亂 礦井火災發(fā)生后，物質(zhì)燃燒釋放的熱能與煙氣，會以機械功的形式導致巷道風流的紊亂。在平巷，會以膨脹功形式導致節(jié)流效應；在傾斜和垂直井巷，會以火風壓形式導致風流逆轉。因此，火災時期礦井通風調(diào)控的正確與否事關救災工作的成敗。第一節(jié) 風流紊亂的基本形式一、風流紊亂的基本形式 所謂風流紊亂是指井下發(fā)生火災時，在火和煙氣的作用下，正常情況時巷道內(nèi)風流的流動方向以及風量的分配被打亂，火災產(chǎn)生的有毒有害煙氣進入到進風流中，使得事故范圍進一步擴大，造成大量的人員傷亡。風流紊亂的基本形式是煙流逆退和風流逆轉。 由于浮升力的影響，火災燃燒中的火焰與生成的煙氣一起向上流動。如圖所示，在礦

2、井巷道中，如果火源處向上流動的煙流受頂板的阻擋，熱煙氣將在巷道的頂部形成沿巷道進、回兩個方向的流動，其中巷道頂部逆著巷道進風方向流動的煙流被稱為煙流逆退（smoke rollback）。1.煙流逆退 礦井火災煙流逆退示意圖火災模擬實驗中的煙流逆退現(xiàn)象 由于頂板對流動的粘性影響，在十分貼近頂板的薄層內(nèi)，煙氣的流動速度比較低；隨著垂直向下離開頂板距離的增加，其速度先增加然后減??；而下降超過一定距離后，速度便逐漸減小為零。這種速度分布使得煙流前鋒的煙氣轉向下流，然而熱煙氣仍具有一定的浮力，還會很快上浮。于是頂板上部的煙流會形成一連串的旋渦，它們可將煙氣層下方的空氣卷吸進來，因此煙流的厚度逐漸增加，而

3、速度逐漸降低。逆退的煙流由于受到通風系統(tǒng)壓力的影響，流動速度逐漸減小，最后又順風流流動，這種逆退煙流的回流現(xiàn)象也被稱為煙流滾退。在實驗模擬巷道中實拍到的煙流逆退現(xiàn)象如圖所示。1.煙流逆退煙流逆退的危害：煙流逆退現(xiàn)象會對在風流上風側滅火的救護隊員造成威脅，逆退回來的煙氣中往往包含了大量的有毒有害氣體（如一氧化碳、二氧化硫等），其所挾帶的熱量有時還會使滅火隊員的頭頂上方的可燃物燃燒起來。伴隨煙流的逆退，火煙有時也可能進入到進風系統(tǒng)中，在富燃料燃燒時還可能產(chǎn)生回燃和爆炸現(xiàn)象，這都將帶來更大的危害，使事故擴大。從煙流逆退的產(chǎn)生機制中可得出，煙流逆退在水平、下行或上行巷道中都會產(chǎn)生。顯然，在下行巷道中逆

4、退的煙流量最大，因為火災煙流浮力的作用方向與風流流動方向是相反的；在上行巷道中逆退的煙流量最小，因為煙流浮力的作用方向與風流流動方向一致；而水平巷道中的煙氣逆退流量則介于這二者之間。 在礦井火災時期，火災產(chǎn)生的火風壓可能會造成某些支路壓力的變化，從而會改變風流的流動方向。通風網(wǎng)絡中的某分支風流方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫風流逆轉，即該分支的風流方向與未起火時的方向相反。一般風流的逆轉會使火災區(qū)域擴大，為救災和人員逃生帶來更大的危害。過去國內(nèi)外發(fā)生的許多起重特大火災和瓦斯爆炸事故，都是由于發(fā)生風流逆轉而造成了大量人員的傷亡。因此，保證礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定和防止風流逆轉是礦井抗災能力的一個最重要標志，同時也

5、是礦井火災時期救災工作的一個重要原則。 2.風流逆轉為了分析礦井火災對通風網(wǎng)絡的影響，首先對通風方向與路線類型作如下定義：上行通風：在傾斜或垂直的巷道中，風流從標高低端向高端的流動。下行通風：在傾斜或垂直的巷道中，風流從標高高端向低端的流動。主干風路：發(fā)生火災后，從入風井口經(jīng)火源點到回風井的通路。旁側支路：主干支路以外的其余支路均稱旁側支路。直接煙侵區(qū)：火煙在排往地面的沿途，通過所有的巷道時仍保持其發(fā)火前的風向不變，并受火煙彌漫的區(qū)域。礦井火災時期常見的風流逆轉風路有：上行通風的旁側支路下行通風的主干風路火風壓概念 火災時，高溫煙流流過巷道所在的回路中的自然風壓發(fā)生變化，這種因火災而產(chǎn)生的自然

6、風壓變化量（增加量），在災變通風中稱之為火風壓。所謂火風壓就是指煙流流經(jīng)有高差巷道時，由于風流溫度升高和空氣成分變化等原因而引起該巷道位能差變化值。 火風壓的計算 圖示通風系統(tǒng)中，在F點發(fā)火，3-4 風路的風溫和空氣密度發(fā)生變化，產(chǎn)生的火風壓為：HfZ（mamg）gHf 1-2-3-4-1火風壓，Pa；Z 3-4風路的高差，m ；ma、mg3-4 風路火災前后空氣的平均密度，kg/m3 ；g 重力加速度，m/s2火風壓的特性 （1）火風壓產(chǎn)生于煙流流過的有高差的傾斜或垂直巷道中； （2）火風壓的作用相當于在高溫煙流流過的風路上安設了一系列輔助通風機； （3）火風壓的作用方向總是向上。 1）上行

7、通風旁側支路的風流逆轉在上行通風主干風路發(fā)生火災時，火風壓的作用方向與主通風機提供的風壓作用方向一致，因此上行通風主干風路一般不會發(fā)生風流逆轉，在火風壓作用下，其風量還會增加。但上行通風旁側支路在火風壓的作用下，卻會受到相反的影響。 一般來說，火風壓會使旁側支路的風量減小，甚至造成旁側支路的風流逆轉，上行風流旁側支路的風流逆轉是火災時期發(fā)生風流紊亂的常見形式之一。旁側支路風流逆轉又如圖所示的簡化通風網(wǎng)絡，設火災發(fā)生在采區(qū)的上山內(nèi)即上行風路a1中，由于高溫煙流流經(jīng)上行風路，所以在煙流的流經(jīng)路線上存在局部火風壓，就相當于安設有局部通風機，如圖中所示的hF1、hF2、hF3、hF4所示。這些局部火風

8、壓的作用方向與系統(tǒng)的主要通風機風壓（hf）作用方向一致。在這種情況下，主干風路12A3F4B56的風向一般是保持原來的方向不變，而旁側支路a2、b、c2則可能會發(fā)生風向逆轉。上行風流中發(fā)生火災的風網(wǎng)示意圖旁側支路風流逆轉的原因在于：由于火風壓的作用，使得主干風路的壓力提高，也增大了旁側支路回風側的壓力，隨著火勢的進一步發(fā)展，火風壓值不斷增大，旁側支路的壓差（如圖1-4中的h3-4、hA-B、h2-5）就會減小，甚至可能變?yōu)榱慊蜇撝?，旁側支路的風量也隨之減小直至為零，最后風流發(fā)生逆轉。2）下行通風主干風路的風流逆轉 當下行風流中發(fā)生火災或有高溫煙流流過時，所形成的火風壓與通風機提供的風壓作用方向

9、相反，由于這二者的相互作用關系，主干風路的風流在火災的初期，風量會逐步減??；隨著火勢的發(fā)展，火風壓進一步增大，當火風壓與風機提供的風壓平衡時，風量為零，此時發(fā)生的燃燒為富燃料燃燒，這一過程近似為點狀態(tài)，僅能維持較短的時間；當火風壓繼續(xù)增大時，即會發(fā)生風流的逆轉，此時將有大量的新鮮風流進入已窒息的火區(qū)，在火區(qū)的高溫條件下就可能發(fā)生回燃并可能引起爆炸。圖1-5表示下行主干風路3-5 發(fā)生風流逆轉。由于風流逆轉時可能會出現(xiàn)回燃或爆炸，容易造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，是下行通風主干風路發(fā)生火災的最危險階段。在我國的煤炭開采史上，有很大一部分重大事故是由于礦井火災和瓦斯爆炸發(fā)生主干風流的逆轉而引起的。

10、深刻掌握火災時期下行風流火災的變化規(guī)律，并采取積極有效的措施防止風流逆轉的發(fā)生，對于礦井火災的成功撲救具有十分重要的意義。圖1-5 下行通風主干風路風流逆轉兩種風流紊亂形式的特征見下表紊亂的形式發(fā)生地點發(fā)生原因表象煙流逆退著火巷及其相連的風路上火源處熱煙氣在浮升力的作用下，向上流動并受到頂板的阻擋，而出現(xiàn)向逆巷道進風方向的擴散。在巷道的頂部一部分逆著巷道進風方向流動的煙流；在機械風壓作用下，逆退的煙流又會回流到火源。風流逆轉上行通風的旁側支路；下行通風的主干支路。旁側支路中的機械風壓低于局部火風壓；下行通風的局部火風壓大于機械風壓。分支中風流流動方向與原風流方向相反。第二節(jié) 風流紊亂的原因與防

11、治 災變時期通風調(diào)度決策正確與否對救災工作的成敗極為重要。實踐證明，當?shù)V井發(fā)生火災時，正確的穩(wěn)定風流，對保證井下人員安全撤出，防止瓦斯爆炸，阻止火災和煙氣蔓延擴大，以及對滅火工作都是十分重要的。 1、風流紊亂的原因 礦井發(fā)生火災時，造成風流混亂的一個很重要的原因是火災形成的火風壓?；痫L壓的作用方向可能與通風機風壓方向相同，使礦井總風量增加；也可能與通風機風壓方向相反，使礦井總風量減少。 2、上行風流紊亂的防治 1）發(fā)生風流逆轉的原因 因火風壓的作用使高溫煙流流經(jīng)巷道各點的壓能增大； 因巷道冒頂?shù)仍蛟斐苫鹪聪嘛L側風阻增大，導致主干風路火源上風側風量減小，沿程各節(jié)點壓能降低。 2）風流逆轉的規(guī)律

12、 上行風路產(chǎn)生火風壓，會導致旁側支路風流逆轉。 旁側支路風流是否發(fā)生逆轉，與本分支的風阻大小無關。 風流逆轉的過程一般是，風量先逐漸減小，至停止，到反向。旁側支路風量減小，則可能是逆轉的前兆。 3）旁側風流逆轉的防治 降低火風壓； 保持主要通風機正常運轉； 采用打開風門、增加排煙通路等措施減小排煙路線上的風阻。 3、下行風流紊亂的防治 1）發(fā)生風流逆轉的原因 在下行風路中產(chǎn)生火風壓，其作用方向與主要通風機作用風壓方向相反。當火風壓等于主要通風機分配到該分支壓力時，該分支的風流就會停滯；當火風壓大于該分支的壓力時，該分支的風流就會反向。主干風路風阻及其產(chǎn)生的火風壓一定時，風量越小，越容易反向。

13、2）風流逆轉的防治 防止下行風路風流逆轉的途徑有： 減小火勢，降低火風壓； 增大主要通風機分配到該分支上的壓力。 1、基本要求 保護災區(qū)和受威協(xié)區(qū)域的職工迅速撤至安全地區(qū)或地面； 有利限制煙流在井巷中發(fā)生非控制性蔓延； 防止火源附近和流過火源風流中的瓦斯達到爆炸濃度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的地區(qū)； 為救護創(chuàng)造條件。 第三節(jié) 火災風流的控制 2、控制方法 風流的控制可以是區(qū)域性的，也可以是全礦范圍內(nèi)的?？刂频姆椒梢越柚谥魍L機、局部通風機以及通風裝置；也可以只使用通風設施，如風門、臨時密閉和調(diào)節(jié)風窗等，或者幾種結合起來使用。 1）維持正常通風 適用條件： 火源位于采區(qū)內(nèi)部，煙流已彌蔓較大范

14、圍； 通風網(wǎng)路復雜的高瓦斯礦井，采用其他通風方式有發(fā)生瓦斯和煤塵爆炸危險； 火源位于獨頭掘進巷道內(nèi)，不能停運局部通風機； 火源位于主要回風巷； 2）減少風量 通過減少向火源供風抑制火勢發(fā)展。但應注意的是，減小風量不要引起瓦斯爆炸；若火源下風側有人員未撤出，則不能減風。 3）停風機 適用條件： 火源位于主要進風井巷，不能進行反風； 獨頭掘進面發(fā)火已有較長的時間，瓦斯?jié)舛纫殉^爆炸上限，這時不能再送風； 注意：停止主通風機時應同時打開回風井的防爆門或防爆井蓋。 4）反風 當井下發(fā)火時，利用反風設備和設施改變火災煙流的方向，以使火源下風側的人員，處于火源“上風側”的新鮮風流中。反風類型全礦反風區(qū)域反

15、風局部反風 （1）全礦反風 通過主通風機及其附屬設施實現(xiàn)。 （2）區(qū)域性反風 在多進、多回的礦井中某一通風系統(tǒng)的進風大巷中發(fā)火時，調(diào)節(jié)一個或幾個主通風機的反風設施，實現(xiàn)礦井部分地區(qū)風流反向的反風方式，稱為區(qū)域性反風。 （3）局部反風 當采區(qū)內(nèi)發(fā)生火災時，主要通風機保持正常運行，調(diào)整采區(qū)內(nèi)預設的風門開關狀態(tài)，實現(xiàn)采區(qū)內(nèi)部局部風流反向，這種反風方式稱為局部反風。 圖5-1 聯(lián)絡巷與專用反風巷布置圖 1進風大巷；2回風大巷；3進風下山；4回風下山；5聯(lián)絡巷；6專用反風巷 5）風流短路 火源位于礦井的主要進風系統(tǒng)，若不能及時進行反風或因條件限制不能進行反風時，可將進、回風井之間聯(lián)絡巷中的風門或密閉打開，使大部分煙流短路，直接流入總回風，減少流入采區(qū)煙流，以利人員避難和救護隊進行救護。 通常利用聯(lián)絡巷道進行風流短路的方法有以下幾種：1）增辟排煙支路 （1）上山采區(qū)增辟排煙支路。上山采區(qū)增設專用反風道布置圖1-進風大巷；2-回風大巷；3-進風上山；4-回風上山；5-專用反