礦井火災(zāi)時(shí)期的風(fēng)流紊亂解析課件

1、第五章 礦井火災(zāi)時(shí)期的風(fēng)流紊亂 礦井火災(zāi)發(fā)生后，物質(zhì)燃燒釋放的熱能與煙氣，會以機(jī)械功的形式導(dǎo)致巷道風(fēng)流的紊亂。在平巷，會以膨脹功形式導(dǎo)致節(jié)流效應(yīng)；在傾斜和垂直井巷，會以火風(fēng)壓形式導(dǎo)致風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。因此，火災(zāi)時(shí)期礦井通風(fēng)調(diào)控的正確與否事關(guān)救災(zāi)工作的成敗。第一節(jié) 風(fēng)流紊亂的基本形式一、風(fēng)流紊亂的基本形式 所謂風(fēng)流紊亂是指井下發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在火和煙氣的作用下，正常情況時(shí)巷道內(nèi)風(fēng)流的流動方向以及風(fēng)量的分配被打亂，火災(zāi)產(chǎn)生的有毒有害煙氣進(jìn)入到進(jìn)風(fēng)流中，使得事故范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，造成大量的人員傷亡。風(fēng)流紊亂的基本形式是煙流逆退和風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。 由于浮升力的影響，火災(zāi)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(jìn)、回兩個(gè)方向的流動，其中巷道頂部逆著巷道進(jìn)風(fēng)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(zāi)煙流逆退示意圖火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)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?。欢陆党^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(zhuǎn)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(jìn)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(fēng)系統(tǒng)壓力的影響，流動速度逐漸減小，最后又順風(fēng)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(shí)驗(yàn)?zāi)M巷道中實(shí)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(fēng)流上風(fēng)側(cè)滅火的救護(hù)隊(duì)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(shí)還會使滅火隊(duì)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(shí)也可能進(jìn)入到進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)中，在富燃料燃燒時(shí)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(kuò)大。從煙流逆退的產(chǎn)生機(jī)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?yàn)榛馂?zāi)煙流浮力的作用方向與風(fēng)流流動方向是相反的；在上行巷道中逆退的煙流量最小，因?yàn)闊熈鞲×Φ淖饔梅较蚺c風(fēng)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(zāi)時(shí)期，火災(zāi)產(chǎn)生的火風(fēng)壓可能會造成某些支路壓力的變化，從而會改變風(fēng)流的流動方向。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的某分支風(fēng)流方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，即該分支的風(fēng)流方向與未起火時(shí)的方向相反。一般風(fēng)流的逆轉(zhuǎn)會使火災(zāi)區(qū)域擴(kuò)大，為救災(zāi)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(zāi)和瓦斯爆炸事故，都是由于發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)而造成了大量人員的傷亡。因此，保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定和防止風(fēng)流逆轉(zhuǎn)是礦井抗災(zāi)能力的一個(gè)最重要標(biāo)志，同時(shí)也

5、是礦井火災(zāi)時(shí)期救災(zāi)工作的一個(gè)重要原則。 2.風(fēng)流逆轉(zhuǎn)為了分析礦井火災(zāi)對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的影響，首先對通風(fēng)方向與路線類型作如下定義：上行通風(fēng)：在傾斜或垂直的巷道中，風(fēng)流從標(biāo)高低端向高端的流動。下行通風(fēng)：在傾斜或垂直的巷道中，風(fēng)流從標(biāo)高高端向低端的流動。主干風(fēng)路：發(fā)生火災(zāi)后，從入風(fēng)井口經(jīng)火源點(diǎn)到回風(fēng)井的通路。旁側(cè)支路：主干支路以外的其余支路均稱旁側(cè)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(shí)仍保持其發(fā)火前的風(fēng)向不變，并受火煙彌漫的區(qū)域。礦井火災(zāi)時(shí)期常見的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)風(fēng)路有：上行通風(fēng)的旁側(cè)支路下行通風(fēng)的主干風(fēng)路火風(fēng)壓概念 火災(zāi)時(shí)，高溫?zé)熈髁鬟^巷道所在的回路中的自然風(fēng)壓發(fā)生變化，這種因火災(zāi)而產(chǎn)生的自然

6、風(fēng)壓變化量（增加量），在災(zāi)變通風(fēng)中稱之為火風(fēng)壓。所謂火風(fēng)壓就是指煙流流經(jīng)有高差巷道時(shí)，由于風(fēng)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(fēng)壓的計(jì)算 圖示通風(fēng)系統(tǒng)中，在F點(diǎn)發(fā)火，3-4 風(fēng)路的風(fēng)溫和空氣密度發(fā)生變化，產(chǎn)生的火風(fēng)壓為：HfZ（mamg）gHf 1-2-3-4-1火風(fēng)壓，Pa；Z 3-4風(fēng)路的高差，m ；ma、mg3-4 風(fēng)路火災(zāi)前后空氣的平均密度，kg/m3 ；g 重力加速度，m/s2火風(fēng)壓的特性 （1）火風(fēng)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(fēng)壓的作用相當(dāng)于在高溫?zé)熈髁鬟^的風(fēng)路上安設(shè)了一系列輔助通風(fēng)機(jī)； （3）火風(fēng)壓的作用方向總是向上。 1）上行

7、通風(fēng)旁側(cè)支路的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)在上行通風(fēng)主干風(fēng)路發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火風(fēng)壓的作用方向與主通風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)壓作用方向一致，因此上行通風(fēng)主干風(fēng)路一般不會發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，在火風(fēng)壓作用下，其風(fēng)量還會增加。但上行通風(fēng)旁側(cè)支路在火風(fēng)壓的作用下，卻會受到相反的影響。 一般來說，火風(fēng)壓會使旁側(cè)支路的風(fēng)量減小，甚至造成旁側(cè)支路的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，上行風(fēng)流旁側(cè)支路的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)是火災(zāi)時(shí)期發(fā)生風(fēng)流紊亂的常見形式之一。旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)又如圖所示的簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)火災(zāi)發(fā)生在采區(qū)的上山內(nèi)即上行風(fēng)路a1中，由于高溫?zé)熈髁鹘?jīng)上行風(fēng)路，所以在煙流的流經(jīng)路線上存在局部火風(fēng)壓，就相當(dāng)于安設(shè)有局部通風(fēng)機(jī)，如圖中所示的hF1、hF2、hF3、hF4所示。這些局部火風(fēng)

8、壓的作用方向與系統(tǒng)的主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓（hf）作用方向一致。在這種情況下，主干風(fēng)路12A3F4B56的風(fēng)向一般是保持原來的方向不變，而旁側(cè)支路a2、b、c2則可能會發(fā)生風(fēng)向逆轉(zhuǎn)。上行風(fēng)流中發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)網(wǎng)示意圖旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的原因在于：由于火風(fēng)壓的作用，使得主干風(fēng)路的壓力提高，也增大了旁側(cè)支路回風(fēng)側(cè)的壓力，隨著火勢的進(jìn)一步發(fā)展，火風(fēng)壓值不斷增大，旁側(cè)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?fù)值，旁側(cè)支路的風(fēng)量也隨之減小直至為零，最后風(fēng)流發(fā)生逆轉(zhuǎn)。2）下行通風(fēng)主干風(fēng)路的風(fēng)流逆轉(zhuǎn) 當(dāng)下行風(fēng)流中發(fā)生火災(zāi)或有高溫?zé)熈髁鬟^時(shí)，所形成的火風(fēng)壓與通風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)壓作用方向

9、相反，由于這二者的相互作用關(guān)系，主干風(fēng)路的風(fēng)流在火災(zāi)的初期，風(fēng)量會逐步減??；隨著火勢的發(fā)展，火風(fēng)壓進(jìn)一步增大，當(dāng)火風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)壓平衡時(shí)，風(fēng)量為零，此時(shí)發(fā)生的燃燒為富燃料燃燒，這一過程近似為點(diǎn)狀態(tài)，僅能維持較短的時(shí)間；當(dāng)火風(fēng)壓繼續(xù)增大時(shí)，即會發(fā)生風(fēng)流的逆轉(zhuǎn)，此時(shí)將有大量的新鮮風(fēng)流進(jìn)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(fēng)路3-5 發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。由于風(fēng)流逆轉(zhuǎn)時(shí)可能會出現(xiàn)回燃或爆炸，容易造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，是下行通風(fēng)主干風(fēng)路發(fā)生火災(zāi)的最危險(xiǎn)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(zāi)和瓦斯爆炸發(fā)生主干風(fēng)流的逆轉(zhuǎn)而引起的。

10、深刻掌握火災(zāi)時(shí)期下行風(fēng)流火災(zāi)的變化規(guī)律，并采取積極有效的措施防止風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的發(fā)生，對于礦井火災(zāi)的成功撲救具有十分重要的意義。圖1-5 下行通風(fēng)主干風(fēng)路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)兩種風(fēng)流紊亂形式的特征見下表紊亂的形式發(fā)生地點(diǎn)發(fā)生原因表象煙流逆退著火巷及其相連的風(fēng)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(jìn)風(fēng)方向的擴(kuò)散。在巷道的頂部一部分逆著巷道進(jìn)風(fēng)方向流動的煙流；在機(jī)械風(fēng)壓作用下，逆退的煙流又會回流到火源。風(fēng)流逆轉(zhuǎn)上行通風(fēng)的旁側(cè)支路；下行通風(fēng)的主干支路。旁側(cè)支路中的機(jī)械風(fēng)壓低于局部火風(fēng)壓；下行通風(fēng)的局部火風(fēng)壓大于機(jī)械風(fēng)壓。分支中風(fēng)流流動方向與原風(fēng)流方向相反。第二節(jié) 風(fēng)流紊亂的原因與防

11、治 災(zāi)變時(shí)期通風(fēng)調(diào)度決策正確與否對救災(zāi)工作的成敗極為重要。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)V井發(fā)生火災(zāi)時(shí)，正確的穩(wěn)定風(fēng)流，對保證井下人員安全撤出，防止瓦斯爆炸，阻止火災(zāi)和煙氣蔓延擴(kuò)大，以及對滅火工作都是十分重要的。 1、風(fēng)流紊亂的原因 礦井發(fā)生火災(zāi)時(shí)，造成風(fēng)流混亂的一個(gè)很重要的原因是火災(zāi)形成的火風(fēng)壓?；痫L(fēng)壓的作用方向可能與通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓方向相同，使礦井總風(fēng)量增加；也可能與通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓方向相反，使礦井總風(fēng)量減少。 2、上行風(fēng)流紊亂的防治 1）發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的原因 因火風(fēng)壓的作用使高溫?zé)熈髁鹘?jīng)巷道各點(diǎn)的壓能增大； 因巷道冒頂?shù)仍蛟斐苫鹪聪嘛L(fēng)側(cè)風(fēng)阻增大，導(dǎo)致主干風(fēng)路火源上風(fēng)側(cè)風(fēng)量減小，沿程各節(jié)點(diǎn)壓能降低。 2）風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的規(guī)律

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

13、2）風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的防治 防止下行風(fēng)路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的途徑有： 減小火勢，降低火風(fēng)壓； 增大主要通風(fēng)機(jī)分配到該分支上的壓力。 1、基本要求 保護(hù)災(zāi)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(fēng)流中的瓦斯達(dá)到爆炸濃度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的地區(qū)； 為救護(hù)創(chuàng)造條件。 第三節(jié) 火災(zāi)風(fēng)流的控制 2、控制方法 風(fēng)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(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)以及通風(fēng)裝置；也可以只使用通風(fēng)設(shè)施，如風(fēng)門、臨時(shí)密閉和調(diào)節(jié)風(fēng)窗等，或者幾種結(jié)合起來使用。 1）維持正常通風(fēng) 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(fēng)網(wǎng)路復(fù)雜的高瓦斯礦井，采用其他通風(fēng)方式有發(fā)生瓦斯和煤塵爆炸危險(xiǎn)； 火源位于獨(dú)頭掘進(jìn)巷道內(nèi)，不能停運(yùn)局部通風(fēng)機(jī)； 火源位于主要回風(fēng)巷； 2）減少風(fēng)量 通過減少向火源供風(fēng)抑制火勢發(fā)展。但應(yīng)注意的是，減小風(fēng)量不要引起瓦斯爆炸；若火源下風(fēng)側(cè)有人員未撤出，則不能減風(fēng)。 3）停風(fēng)機(jī) 適用條件： 火源位于主要進(jìn)風(fēng)井巷，不能進(jìn)行反風(fēng)； 獨(dú)頭掘進(jìn)面發(fā)火已有較長的時(shí)間，瓦斯?jié)舛纫殉^爆炸上限，這時(shí)不能再送風(fēng)； 注意：停止主通風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)同時(shí)打開回風(fēng)井的防爆門或防爆井蓋。 4）反風(fēng) 當(dāng)井下發(fā)火時(shí)，利用反風(fēng)設(shè)備和設(shè)施改變火災(zāi)煙流的方向，以使火源下風(fēng)側(cè)的人員，處于火源“上風(fēng)側(cè)”的新鮮風(fēng)流中。反風(fēng)類型全礦反風(fēng)區(qū)域反

15、風(fēng)局部反風(fēng) （1）全礦反風(fēng) 通過主通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)施實(shí)現(xiàn)。 （2）區(qū)域性反風(fēng) 在多進(jìn)、多回的礦井中某一通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)大巷中發(fā)火時(shí)，調(diào)節(jié)一個(gè)或幾個(gè)主通風(fēng)機(jī)的反風(fēng)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)礦井部分地區(qū)風(fēng)流反向的反風(fēng)方式，稱為區(qū)域性反風(fēng)。 （3）局部反風(fēng) 當(dāng)采區(qū)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，主要通風(fēng)機(jī)保持正常運(yùn)行，調(diào)整采區(qū)內(nèi)預(yù)設(shè)的風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)采區(qū)內(nèi)部局部風(fēng)流反向，這種反風(fēng)方式稱為局部反風(fēng)。 圖5-1 聯(lián)絡(luò)巷與專用反風(fēng)巷布置圖 1進(jìn)風(fēng)大巷；2回風(fēng)大巷；3進(jìn)風(fēng)下山；4回風(fēng)下山；5聯(lián)絡(luò)巷；6專用反風(fēng)巷 5）風(fēng)流短路 火源位于礦井的主要進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，若不能及時(shí)進(jìn)行反風(fēng)或因條件限制不能進(jìn)行反風(fēng)時(shí)，可將進(jìn)、回風(fēng)井之間聯(lián)絡(luò)巷中的風(fēng)門或密閉打開，使大部分煙流短路，直接流入總回風(fēng)，減少流入采區(qū)煙流，以利人員避難和救護(hù)隊(duì)進(jìn)行救護(hù)。 通常利用聯(lián)絡(luò)巷道進(jìn)行風(fēng)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(shè)專用反風(fēng)道布置圖1-進(jìn)風(fēng)大巷；2-回風(fēng)大巷；3-進(jìn)風(fēng)上山；4-回風(fēng)上山；5-專用反