采区上山火灾烟气运动规律及对通风系统影响的数值模拟

摘要

煤矿火灾具有严重的破坏性，不但会导致整个矿井通风网络中风流温度快速升高，还会造成风流回流和紊乱，并威胁井下人员的生命安全。采区火灾发生后，若能了解和掌握采区烟气运动的规律和浓度分布，以及对采区正常通风系统的影响，就可以为灭火和火灾的救援工作提供理论指导，对掌握火灾发展规律、防止矿山火灾蔓延和减少火灾时期人员的伤亡具有重要的意义。
　　本文采用理论分析与数值试验相结合的方法研究采区火灾烟气运动规律。根据火灾烟气流动理论，借助于数值试验，按采区巷道的工程条件，设置了相关参数及边界条件，建立了采区通风系统模型（和火灾模型）;利用数值模拟软件FDS对采区巷道的火灾烟气流动特性及规律进行了研究。研究发现:①倾斜采区通风巷道中火源处产生的烟气膨胀上升，并向火源下风侧扩散，且扩散速度比较快，巷道内温度、风速与CO2浓度增大，当到达一定的时间后，火灾达到稳定，温度、风速与CO2浓度基本保持不变;在富氧燃烧状态下，烟流中的CO浓度很低。②采区上山的两种通风方式下，火灾烟气的影响一致，火源下风侧区域完全受火势影响，旁侧支路巷道下方发生火灾的影响范围要大于巷道上方，同时污染物及温度对平巷内的影响也要强于上方火灾;倾斜上行通风巷道火源上风侧区域受火势影响比较小。③倾斜巷道火区下风侧的旁侧支路易发生风流逆转现象，继而影响整个局部通风系统。④通风风速较小时，烟气会产生逆进风风流方向的现象，随着通风风速的增加，会对火灾烟气的逆流有一定的抑制作用，烟气逆流现象将消失。这些研究结论有助于人们对采区上山巷道火灾烟气运动规律有更深的了解和认识，为此类火灾防治提供理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 我国煤矿外因火灾事故概况

1．3 国内外煤矿火灾研究现状

1．3．1 国外煤矿火灾研究现状

1．3．2 国内煤矿火灾研究现状

1．4 论文研究内容和研究方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法和技术路线

第二章 火灾烟气流动理论

2．1 火灾烟气的产生和流动

2．1．1 烟气的产生及组成

2．1．2 火灾烟气的流动

2．2 烟气的生成速率和烟气层的形成

2．2．1 烟气的生成速率

2．2．2 烟气层的形成

2．3 影响烟流流动因素分析

2．3．1 风流逆转

2．3．2 风流逆退

2．4 FDS软件简介

2．4．1 FDS基本理论

2．4．2 FDS的特点

第三章 采区通风系统模型的建立

3．1 采区通风系统

3．1．1 轨道上山进风，运输机上山回风

3．1．2 运输机上山进风，轨道上山回风

3．2 火灾模型的建立

3．2．1 数值试验模型的假设

3．2．2 火源及火源位置的确定

3．2．3 数值实验参数确定

第四章 运输机上山火灾发生的数值试验

4．1 建立的模型

4．2 火灾发生在运输机平巷下方

4．2．1 火灾烟气流动分析

4．2．2 温度分析

4．2．3 风流速度分析

4．3 火灾发生在运输机平巷上方

4．3．1 火灾烟气流动分析

4．3．2 温度分析

4．4 风流逆转分析

4．5 本章小结

第五章 轨道上山火灾发生的数值试验

5．1 建立的模型

5．2 火灾发生在采区变电所下方

5．2．1 火灾烟气流动分析

5．2．2 温度分析

5．3 火灾发生在采区变电所上方

5．4 风流逆转分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况