第五章矿井火灾时期的通风分析.docx

1、第五章矿井火灾时期的通风分析第五章 矿井火灾时期的通风灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要。高温火灾气体的空气动力效应有两方面作用：一方面是燃烧生成的热能转化为机械能，形成附加的自然风压（即火风压）作用于通风网路；另一方面，在火源点生成大量火灾气体以及风流受热后体积膨胀所产生膨胀压力，对上风侧风流产生阻力作用，即膨胀节流效应，对风流产生动力作用。第一节 火风压一、火风压的产生矿井发生火灾时，高温火灾气流流经的井巷内空气成分和温度发生了变化，从而导致空气密度减小，产生附加的自然风压即火风压。在如图51所示的模型化的通风系统中，由于火源下风侧34风路的风温和空气成分发生变化，从而导

2、致其密度减小，该回路产生火风压，根据自然风压的计算公式可导出火风压的计算公式： H=Z g（mamg） （51）式中 H火灾时的火风压，Pa； Z火灾气体流经的井巷始末两点的标高差，m； ma、mg火灾前后井巷内的空气平均密度，kgm3；g重力加速度，ms2。由式（51）可以看出：火风压的大小与高温火灾气流流经井巷的高度和发火前后的空气密度有关。发火后空气的密度主要受火源的温度和范围、通过火源的风量等因素的影响。二、火风压的特性根据现场观察和理论研究，火风压具有以下特性：（1）火风压出现在火灾气体流经的倾斜或垂直的井巷中。Z越大，火风压值也越大。在水平巷道内，标高差很小时，火风压极小。（2）火

3、风压的方向总是向上。因此，上行风路中产生的火风压方向与主要通风机风压方向相同；下行风路中产生的火风压方向与主要通风机风压方向相反。（3）火势愈大，温度愈高，火风压也愈大。火风压的大小和方向取决于：烟气流过巷道的高度、通过火源的风量、巷道倾角、火源温度和火源产生的位置。鉴于上述分析结果，当井下发生火灾时，应迅速了解火源的位置，根据燃烧物的分布、燃烧规模、火源温度、流经巷道的特征（是上行还是下行）、风量大小，估算火风压值及其对通风系统的影响，以便采取有效措施，保证矿井通风网路中风流稳定。矿井火灾时，火源温度（10002500）和火源下风侧井巷的空气温度变化很大，要精确地计算出火风压值十分困难。但是

4、，根据火灾发生的地点、火风压的特点和火灾前巷道的通风状况，判断可能发生风流逆转的巷道，采取正确的稳定措施，则是完全必要和可能的。三、火风压对矿井通风的影响矿井火灾发展到明火阶段时，出现的火风压将扰乱矿井的正常通风系统，可能使全矿或局部的风向、风量发生变化，从而严重威胁矿井安全，对救灾抢险工作造成团难。所以井下一旦发生火灾，就要注意火风压对矿井通风的影响，防止引起不良后果。火烟温度对火风压值的大小起着重要作用。火烟流经巷道的温度高低取决下列主要因素：（1）燃烧物本身的温度。视燃烧物燃烧完全程度，如煤炭燃烧完全，生成二氧化碳时燃烧温度约达2500；燃烧不完全，生成二氧化碳时，约为1400。实际发生

5、火灾时的燃烧很复杂，一般发火处燃烧物体的温度常在l 000以上。（2）距火源的距离。在火灾烟气从火源处流向回风井的路程上，其温度随着离火源的距离增加而降低。（3）流过的火烟量。流过井巷的高温火烟量愈多，即流速愈大，其温度愈高，且高温火烟蔓延影响的范围愈远。如果将流向火源的风流截断或减少向火源处的供风量，可减少火源处产生的高温烟气量，从而减少了井巷中烟气流量，使井巷中的空气温度降低。（4）测温点与火源间从旁侧风流中掺入的风量及其温度。在高温火烟流经的途中掺入低温风量，可使火烟温度降低，且掺入风量的温度愈低、风量愈多，则火烟温度降低数值愈大。但须注意，当火烟温度高于井巷中物体的着火温度时，如掺入新

6、鲜空气可使火烟气体重新燃烧或使煤、坑木等发生燃烧而产生再生火源，所以只有当火烟温度低于井巷物体的着火温度时，才允许渗入新鲜风量。在火烟流经途中，要降低火风压值，最可靠的措施是减少供给火源的风量，以减少火烟生成量。当井下发生火灾时，火源及其烟气温度变化很大，要精确计算火风压值很困难。但根据影响火风压的因素和原有的通风状况，判断由于火风压可能造成风流逆转的风路，以便采取正确的控制风流措施，避免事故扩大是完全可能的。火风压在通风系统中的作用，好似辅助通风机的作用。火风压对风流影响的规律为：当矿井主干风路上的主通风机风压与火风压的作用方向一致时，主干风流将具有完全肯定的方向，不会发生逆转；但所有的旁侧

7、风流可能逆转。当主干风路上的主通风机风压与火风压的作用方向不一致时，主干风流则不会有肯定的方向，可正向流、无风、风流逆转。无风时的火风压值称为临界值。当火风压小于临界值时，风流方向不变；当火风压值大于临界值时，风流逆转，但逆转程度要视火风压值的大小，可能部分地逆转或全部地逆转。井下发生火灾时，发生风流逆转不仅能够扩大灾变，使事故复杂化，还给矿山救护队的灭火救灾造成困难，所以在火灾的初期阶段，就应采取有效措施防止风流逆转。由此可见，掌握矿井通风系统中各风路是上行还是下行风路，对发生火灾时正确判断通风系统的风流变化状况极为重要。在火灾的初期阶段，应立即采取有效措施，防止风流逆转。第二节 矿井火灾时

8、期风流紊乱及其防治一、风流紊乱的形式风流紊乱的形式主要有旁侧支路风流逆转、主干风路烟流逆退和火烟滚退三种形式。1.旁侧支路风流逆转。当火势发展到一定的程度时，通风网路中与火源所在排烟主干风路相连的某些旁侧分支的风流可能出现与正常风流方向相反的流动，在灾变通风中把这种现象叫做旁侧支路风流的逆转。如图52所示，假设在24分支内发生了火灾，正常情况下烟气将随风流通过45，56分支排出地面。当火势发展到一定程度时，会使旁侧支路34分支风流反向，烟流从主干风路流向旁侧风路侵入43、35分支，如图52（b）所示，从而扩大了事故的范围。2.主干风路烟流逆退。如图53所示，在分支24内的一点产生火源，若火势迅

9、猛，烟气生成量大，火源下风侧排烟受阻，烟气一方面沿主干风路的回风系统456排出，另一方面则充满巷道全断面逆着主干风路的进风流方向流向2节点，这种现象叫做烟流逆退。当逆退的烟流到达2节点后，将随旁侧分支23、35的风流侵袭更大的范围，从而使危害扩大。下行风或水平巷道中这种风流紊乱现象更为常见。图54 火烟滚退3.火烟滚退。在火源上风侧附近的巷道断面上出现两种不同的流向：即巷道上部烟气逆风流动，经过一定的距离后又与下部风流一起按原方向流动，如图54所示。烟气生成量越大、火源温度越高、巷道风速越低，发生滚退的概率越大。烟气的滚退，往往是主干风路风流的逆退和旁侧支路逆转的前兆。图55 挡风墙二、矿井火

10、灾时期风流紊乱的防治(一)上行风路产生火风压1. 风流紊乱的原因发生风流逆转的原因主要是：因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大；因巷道冒顶等原因造成火源下风侧风阻增大，导致主干风路火源上风侧风量减小，沿程各节点压能降低。2. 风流紊乱的规律图56 风障风流逆转的规律是，上行风路产生火风压，旁侧支路风流逆转。旁侧支路风流是否发生逆转，与本分支的风阻大小无关。风流逆转的过程一般是，风量先逐渐减小，至停止，到反向。旁侧支路风量减小，则可能是逆转的前兆。3.防治风流紊乱的主要措施为了防止旁侧风路风流逆转，主要措施有：(1)降低火风压；(2)保持主要通风机正常运转；(3)采用打开风门、增加排烟

11、通路等措施减小排烟路线上的风阻。(二)下行风路产生火风压在下行风路中产生火风压，其作用方向与主要通风机风压作用方向相反。当火风压等于主要通风机分配到该分支压力时，该分支的风流就会停滞；当火风压大于主要通风机分配到该分支的压力时，该分支的风流就会反向。主干风路风阻及其产生的火风压一定时，风量越小，越容易反向。防止下行风路风流逆转的措施有：减小火势，降低火风压；增大主要通风机分配到该分支上的压力。(三) 风流逆退的原因、规律及其防治由于火源处产生大量烟气以及风流加热后体积膨胀，类似于在火源处增加了一条风路（可称之为虚拟风路）。其体积流量超过原来风量，会导致烟流逆退。发生逆退的原因是：烟气的增量过大

12、；主通风机作用于主干风路的风压小。防止逆退的措施有：减小主干风路排烟区段的风阻；在火源的下风侧使烟流短路排至总回风；在火源的上风侧巷道的下半部构筑挡风墙，迫使风流向上流，并增加风流的速度（如图55）。挡风墙距火源5 m左右；也可在巷道中安设带调节风窗的风障，以增加风速（如图56）。 第三节 矿井火灾时期风流的控制矿井发生火灾时，为了保证井下作业人员安全地撤出，防止火灾烟气到处蔓延和瓦斯爆炸，控制火灾继续扩大，并为灭火创造有利条件，采取正确的控制风流措施是非常重要的。矿井火灾时风流控制是一个比较复杂的技术问题，需要灾变通风理论知识和一定的事故处理经验为指导。矿井发火时对通风的基本要求是：（1）保

13、护灾区和受威胁区域的职工迅速撤至安全区域或地面；（2）有利于限制烟流在井巷中发生非控制性蔓延，防止火灾范围扩大；（3）不得使火源附近瓦斯聚积到爆炸浓度，不容许流过火源的风流中瓦斯达到爆炸浓度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的区域；（4）为救护工作创造有利条件。风流的控制可以是区域性的，也可以是全矿范围内的。控制风流的方法可以借助于主通风机、局部通风机以及通风装置；也可以只使用通风设施，如风门、临时密闭和调节风窗等，或者几种结合起来使用。火灾时常用的通风措施有以下几种：一、稳定风流的措施维持正常通风，稳定风流。这一措施的适用条件是：（1）火源位于采区内部，烟流已弥蔓较大的范围，井下人员分布范围大。（2

14、）通风网路复杂的高瓦斯矿井，采用其它通风制度有发生瓦斯和煤尘爆炸危险，或使灾情扩大。（3）火源位于独头掘进巷道内，不能停止局部通风机运转。（4）火源位于采区或矿井主要回风巷，维持原风向有利于火烟迅速排出。（5）当火灾发生的具体位置、范围、受火灾威胁区域等情况没有完全了解清楚时。（6）减少向火源供风，抑制火势发展。采用正常通风会使火势扩大，而隔断风流又会使火区瓦斯浓度上升时，应采取减少向火源供风风量的方法通风。但应注意的是，减小风量不要引起瓦斯爆炸；若火源下风侧有人员未撤出，则不能减风。二、局部风流短路对于中央并列式通风的矿井，火源位于矿井的主要进风系统，若不能及时进行反风或因条件限制不能进行反

15、风时，可将进、回风井之间联络巷中的风门或密闭打开，使大部分烟流短路，直接流入总回风，减少流入采区的烟流，以利人员避难和救护队进行救护。三、反风图57 局部反风示意图当井下发火灾时，利用反风设备和设施改变火灾烟流的方向，以使火源下风侧的人员处于火源“上风侧”的新鲜风流中。反风方式按范围可分为全矿井反风、区域性反风和局部反风三种。1.全矿井反风。通过主通风机及其附属设施实现。2.区域性反风。在多进、多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发生火灾时，调节一个或几个主通风机的反风设施，实现矿井部分区域风流反向的反风方式，称为区域性反风。3.局部反风。当采区内发生火灾时，主要通风机保持正常运行，调整采区内预设的风门开闭状态，实现采区内部局部风流反向，这种反风方式称为局部反风。某矿采区通风系统简化为如图57所示的网路，火源处于对角巷道分支。 正常通风时，1、2号风门关闭，3、4号风门开启，风流方向如实线所示。反风时1、2号风门开启，3、4号风门关闭，风流方向如虚线所示。四、停止主通风机工作以下情况下可考虑停止主要通风机工作：（1）火灾发生在进风井筒或进风井底，因条件限制不能进行反风，又不能让火灾气体短路进入回风时；（2）独头掘进工作面发火已有较长的时间，瓦斯浓度已超过爆炸上限，这时不能再送风；（3）主通风机已成为通风阻力时。停止主通风机时应同时打开回风井的防爆门或防爆井盖，使风流在火风压作用下