第5章 矿井火灾时期的风流紊乱 (新的).doc

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1、第五章矿井火灾时期的风流紊乱矿井火灾发生以后，如果不能及时控制火势，火灾产生的附加热效应将改变矿井中的风流方向和流量，即产生风流紊乱，而井下的风流紊乱往往是造成人员重大伤亡、使灾害扩大的主要因素。因此，认识矿井火灾时期风流紊乱的特性，掌握防止风流紊乱的相关技术措施，对预防矿井风流紊乱的发生，减少矿井火灾带来的损失具有十分重要的意义。本章介绍风流紊乱产生的原因、形式、发生条件及相应的预防措施，并介绍相关的案例。第一节风流紊乱的基本形式及产生原因一、风流紊乱的基本形式所谓风流紊乱是指井下发生火灾时，在火和烟气的作用下，正常情况时巷道内风流的流动方向以及风量的分配被打乱，火灾产生的有毒有害烟气

2、进入到进风流中，使得事故范围进一步扩大，造成大量的人员伤亡。风流紊乱的基本形式是烟流逆退和风流逆转。1.烟流逆退由于浮升力的影响，火灾燃烧中的火焰与生成的烟气一起向上流动。如图5-1-1所示，在矿井巷道中，如果火源处向上流动的烟流受到顶板的阻挡，热烟气将在巷道的顶部形成沿巷道进、回两个方向的流动，其中巷道顶部逆着巷道进风方向流动的烟流被称为烟流逆退（smokerollback）[1]。由于顶板对流动的粘性影响，在十分贴近顶板的薄层内，烟气的流动速度比较低；随着垂直向下离开顶板距离的增加，其速度先增加然后减小；而下降超过一定距离后，速度便逐渐减小为零。这种速度分布使得烟流前锋的烟气转向下流

3、，然而热烟气仍具有一定的浮力，还会很快上浮。于是顶板上部的烟流会形成一连串的旋涡，它们可将烟气层下方的空气卷吸进来，因此烟流的厚度逐渐增加，而速度逐渐降低。逆退的烟流由于受到通风系统压力的影响，流动速度逐渐减小，最后又顺风流流动，这种逆退烟流的回流现象也被称为烟流滚退。在实验模拟巷道中实拍到的烟流逆退现象如图5-1-2所示。从烟流逆退的产生机制中可得出，烟流逆退在水平、下行或上行巷道中都会产生。显然，在下行巷道中逆退的烟流量最大，因为火灾烟流浮力的作用方向与风流流动方向是相反的；在上行巷道中逆退的烟流量最小，因为烟流浮力的作用方向与风流流动方向一致；而水平巷道中的烟气逆退流量则介于这二者

4、之间。烟流逆退的现象会对在风流上风侧灭火的救护队员造成威胁，逆退回来的烟气中往往包含了大量的有毒有害气体（如一氧化碳、二氧化硫等），其所挟带的热量有时还会使灭火队员的头顶上方的可燃物燃烧起来。伴随烟流的逆退，火烟有时也可能进入到进风系统中，在富燃料燃烧时还可能产生回燃和爆炸现象，这都将带来更大的危害，使事故扩大。图5-1-1矿井火灾烟流逆退示意图图5-1-2火灾模拟实验中的烟流逆退现象2.风流逆转在矿井火灾时期，火灾产生的火风压可能会造成某些支路压力的变化，从而会改变风流的流动方向。通风网络中的某分支风流方向发生改变的现象叫风流逆转，即该分支的风流方向与未起火时的方向相反。一般风流的逆转

5、会使火灾区域扩大，为救灾和人员逃生带来更大的危害。过去国内外发生的许多起重特大火灾和瓦斯爆炸事故，都是由于发生了风流逆转而造成了大量人员的伤亡。因此，保证矿井通风系统的稳定和防止风流逆转是矿井抗灾能力的一个最重要标志，同时也是矿井火灾时期救灾工作的一个重要原则[2]。为了分析矿井火灾对通风网络的影响，首先对通风方向与路线类型作如下定义：上行通风：在倾斜或垂直的巷道中，风流从标高低端向高端的流动。下行通风：在倾斜或垂直的巷道中，风流从标高高端向低端的流动。主干风路：发生火灾后，从入风井口经火源点到回风井的通路。旁侧支路：主干支路以外的其余支路均称旁侧支路。直接烟侵区：火烟在排往地面的沿途，

6、通过所有的巷道时仍保持其发火前的风向不变，并受火烟弥漫的区域。矿井火灾时期常见的风流逆转风路有上行通风的旁侧支路、下行通风的主干风路。（1）上行通风旁侧支路的风流逆转在上行通风主干风路发生火灾时，火风压的作用方向与主通风机提供的风压作用方向一致，因此上行通风主干风路一般不会发生风流逆转，在火风压作用下，其风量还会增加。但上行通风旁侧支路在火风压的作用下，却会受到相反的影响。一般来说，火风压会使旁侧支路的风量减小，甚至造成旁侧支路的风流逆转。上行风流旁侧支路的风流逆转是火灾时期发生风流紊乱的常见形式之一。如图5-1-3所示的简单风网，三个采区分别布置在风网的2—4、3—4、3—5三条支路中

7、。若I号采区的进风巷道内发生火灾，正常情况下火烟将随风流侵袭到I号采区，并通过4—5、5—6回风支路排出地面（图5-1-3（a））。显然火源所在的风路1—2—F—4—5—6为主干风路，而其余的支路如2—3、3—4、3—5均称为旁侧支路。在火灾时期旁侧支路只要保持原有风向不变，就不会受到火烟的侵袭，Ⅱ、Ⅲ号采区也将处于安全状态。但实际情况并非如此，当火势发展迅猛时，往往会从主干风路的排烟段分出一股烟流，沿着旁侧支路全断面地逆着原有的风