本文關鍵詞：礦井下行通風巷道火災模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國地質(zhì)大學》 2014年

礦井下行通風巷道火災模擬研究

張曉濤  

【摘要】：礦井火災是礦產(chǎn)資源生產(chǎn)過程中的主要災害之一,具有突發(fā)性、發(fā)展迅猛、滅火和救護困難等特點。礦井火災一旦發(fā)生,如果火勢不能得到及時控制,火災產(chǎn)生的附加熱效應將改變礦井中的風流方向和流量,發(fā)生風流的紊亂,而井下嚴重的風流紊亂甚至會造成整個礦井的通風狀況改變。而在所有形式的礦井火災中,下行通風巷道中發(fā)生的火災又是極具特殊性與復雜性的。由于在下行通風巷道中的機械風壓方向與火災形成的火風壓方向是相反的,因此兩者的相互作用會導致多種結(jié)果,當火勢較小,火風壓比機械風壓小,此時巷道風量會減小,發(fā)生煙流逆退,但是風流不會發(fā)生逆轉(zhuǎn)：當火勢較大,當火風壓較機械風壓大,會發(fā)生風流逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象,此時不僅大量的氣會逆流進入進風巷道,使得火災范圍擴大,而且大量的新鮮風流會進入已窒息的火區(qū),在火區(qū)的高溫條件下可能發(fā)生回燃,甚至引起爆炸。由于下行通風巷道中發(fā)生火災危害性大,且情況復雜多變,難于控制,因此對下行通風巷道火災時期溫度的分布規(guī)律,高溫煙流濃度及其傳播過程進行數(shù)值模擬分析,對于確定避災路線,有效地預防和控制火災的發(fā)生與發(fā)展,指導礦井消防救災工作都具有重要的理論價值和實際意義。 由于進行地下礦井火災實驗危險性較大,較難實現(xiàn)。而近年來,隨著計算機的發(fā)展和應用,數(shù)值求解的能力越來越高,為直接以理論流體力學計算氣流組織創(chuàng)造了條件。計算流體動力學,就是伴隨著計算機的出現(xiàn)而興起的一門新科學,因此利用CFD方法對氣流進行數(shù)值模擬方興未艾。本文就是利用了FDS軟件,以計算流體力學和傳熱學為基礎,建立了礦井下行通風巷道局部三維模型,應用計算流體動力學的理論和方法模擬隧道在火災過程中風流紊亂情況。 在建�；A上,本文還具有一定的創(chuàng)新性。目前針對礦井火災的研究比較多,但是專門針對下行通風處所發(fā)生的火災研究還不多,又由于實驗條件所限,加之成本較高,且建立計算模型也比較困難,國內(nèi)對下行通風火災的模擬研究還是比較少的。而且對地下隧道火災的模擬研究大多數(shù)是將所研究隧道單獨建模,僅僅研究該隧道的參數(shù)分布規(guī)律而忽略了隧道與隧道之間的相互影響,因此本文在建模時,除了建立下行通風巷道,還建立了與其連接的工作面巷道、回風巷道等,系統(tǒng)分析了火災對這些巷道的影響。 與此同時,本文還在總結(jié)了前人研究成果的基礎上,提出了不同的控制措施,并根據(jù)控制措施改變模型的工作情況。建模中,本文設置了三種不同的工況,即在正常工作條件下沒有采取任何控制措施的工況一；調(diào)節(jié)機械風壓使其超過火風壓以抑制煙氣逆流的工況二以及在增大風壓的同時,增設排煙道并提高原巷道風阻的工況三。根據(jù)模擬所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果,研究了在不同工況下各巷道中的溫度、煙氣濃度及其氣體流動情況的變化規(guī)律,同時分析不同控制措施的利弊。結(jié)果表明,在工況一條件下,煙氣很快發(fā)生了逆流,高溫有毒煙氣很快到達入風口并進入進風巷道中；而在工況二條件下,高溫火煙沒有發(fā)生逆流現(xiàn)象,但是工作面仍然受到了火災影響,這對該處的作業(yè)人員非常不利;在工況三中,高溫火煙沿著排煙道直接引入到了回風巷道,控制了煙氣逆流的同時也保證了工作面不受影響,有利于作業(yè)人員的安全疏散。 最后,本文還分析了不同的下行通風巷道類型對模擬結(jié)果的影響。本文分別討論了煤礦井下行通風巷道以及坡度不同,凈高度不同,橫截面積不同的下行通風巷道對模擬結(jié)果的影響,最后發(fā)現(xiàn),煤礦井下巷道由于還需要考慮煤炭可燃物及其瓦斯爆炸等因素,不能直接模擬,只能通過測取溫度,壓力等相關參數(shù)進行間接模擬；而坡度,凈高度,橫截面積三個參數(shù)與發(fā)生火災過程中所需的臨界風速均成正相關的關系,其中坡度參數(shù)對其影響最大。 論文一共分為五章,第一章為緒論。本章主要介紹了礦井火災的危害性,下行通風巷道發(fā)生火災的特殊性及其復雜性,礦井巷道火災國內(nèi)外的研究狀況,以及本文的研究方法、內(nèi)容以及解決的問題,為論文進一步研究做好鋪墊作用。 第二章介紹地下礦井火災的基本理論,下行通風巷道火災的特殊性,造成風流紊亂的基本形式,基本原因和發(fā)生條件,同時還介紹了控制高溫火煙逆退的臨界風速方程以及常用的控制下行通風巷道火災的措施。 第三章為FDS火災模擬軟件的基本介紹以及模型邊界條件的設置,并根據(jù)相關控制措施設置三種不同的工況,分別對三種工作狀況進行火災動態(tài)模擬。 第四章是分析三種不同工況下火災發(fā)生后下行通風巷道及其鄰近巷道的溫度分布,煙氣濃度分布及其流動情況,總結(jié)下行通風巷道火災后各參數(shù)的變化規(guī)律,同時,對比不同工況下各參數(shù)的變化,總結(jié)不同控制措施的利弊,為不同情況的地下礦井采取下行通風巷道火災控制措施提供依據(jù)。最后,還分析了不同巷道類型對模擬結(jié)果的影響。 第五章是全文的總結(jié)。闡述了本文的主要結(jié)論,并對今后的工作提出了展望。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TD754
【目錄】：

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