《[工学]矿井火灾防治教案4-7章阅读》由会员分享,可在线阅读,更多相关《[工学]矿井火灾防治教案4-7章阅读(110页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、矿井火灾防治技术矿井火灾防治技术主讲人: 李宗翔(教授、博士)联系方式:13941884616;0418-2838120宅E-mail:L第五章第五章 矿井火灾早矿井火灾早 期发现期发现早期预报外因火灾早期预报内因火灾 第六章第六章 矿井火灾风矿井火灾风 流的紊乱及其防治流的紊乱及其防治矿井火灾分类n按发火地点和对矿井通风的影响可分为上行风流火灾,下 行风流火灾和进风流火灾三类。上行风流火灾下行风流火灾回风井进风流火灾工作面n1上行风流火灾 是指沿倾斜或垂直井巷、回采工作面自下而上流动的风流,即风 流从标高的低点向高点流动的井巷火灾。n当上行风流中发生火灾时,因热力作用而产生的火风压,其作用
2、方向与风流方向一致,亦即与矿井主要通风机风压作用方向一致 。在这种情况下,它对矿井通风的影响的主要特征是,主干风路 (从进风井流经火源到回风井)的风流方向一般将是稳定的,即具 有与原风流相同的方向,烟流将随之排出,而所有其他与主干风 路并联或者在主干风路火源后部汇入的旁侧支路风流,其方向将 是不稳定的,甚至可能发生逆转,形成风流紊乱事故。因此,所 采取的防火措施应力求避免发生旁侧支路风流逆转。n2下行风流火灾n是指沿着倾斜或垂直井巷、回采工作面(如进风井、进风下山以 及下行通风的工作面)自上而下流动的风流,即风流由标高的高 点向低点流动的巷道火灾。n在下行风流中发生火灾时,火风压的作用方向与矿
3、井主要通风机 风压的作用方向相反。因此,随火势的发展,主干风路中的风流 ,很难保持其正常的原有流向。当火风压增大到一定程度,主干 风路的风流将会发生反向,烟流随之逆退,从而酿成又一种形式 的风流紊乱事故。n在下行风流内发生火灾时,通风系统的风流由于火风压作用所发 生的再分配和流动状态的变化,要比上行风流火灾时复杂得多, 因此,需要采用特殊的救灾灭火技术措施。n3进风流火灾n发生在进风井、进风大巷或采区进风巷道内的火灾。n之所以要区别出这种类别的火灾,主要是由于其发展的特征、对 井下职工的危害以及可能采取的灭火技术措施,在更大程度上又 有别于上、下行风流火灾。发生在矿井内的煤自燃火灾,一般不 易
4、早期发现,发生后又因供氧充分,发展迅猛,不易控制。井下 采掘人员大都处在下游风流中,极易遭受火灾火烟侵害,造成中 毒伤亡事故。在很多情况下,即使是矿井有所准备,如给工人配 备自救器等,在这种火灾中还是会发生大量的人员伤亡事故。如 1956年,比利时包斯德卡赛尔(Bois-de-Cazier)煤矿,进风井筒 火灾造成262人死亡,矿井被关闭。对于这种火灾,除了根据发 火风路的结构特性上行还是下行,使用相应的控制技术措施 外,更应根据风流是进风流的特点,使用适应这种火灾防治的技 术措施,如全矿或局部反风等。 6-1 火灾时期常见的风流紊乱形式1 直接烟侵地区n 井下发火后,火烟一般是随风流流经一系
5、列的巷道,最后经 由回风井排出地面。 如果火烟在排往地面的沿途,通过所有巷 道时仍保持其发火前的原有风向(原有风向不变),火烟弥漫的 区域称为直接烟侵地区。n 这种直接烟侵现象在井下发生火灾时是必然的,十分危险。 位于直接烟侵地区的人员要尽快撤离,以防止烟侵的危害。解除 直接烟侵危害的方法一是使烟流短路,或是实现反风。2 主干风路n 主干风路是指发生火灾后,从入风井口经火源点到回风井的路 线。 如图所示。一、基本概念3 旁侧支路n主干风路以外的其余支路均称旁侧支路。n如图中的支路。4 节点n矿井风流的起点(入风井口)、终点(主通风机排风口)、通 风网路或通风系统中的分风点与台风点统称节点。5
6、支路n连接节点的通路称支路。它可能是由一段巷道组成,也可 能由多条巷道组成。二、风流的紊乱形式1 旁侧风流的逆转n在风流紊乱中旁侧支路风流的逆转是最常见的一种形式。2 主干风路烟流的逆退n 如图所示。火灾发生时,一方面是沿着主干风路的回风段向 地面排烟,当火势很大时,还充满巷道全断面,逆着主干风路进 风方向,朝着最近的进风节点逆流而退,称之为烟流的逆退。n这种风流的紊乱现象可能发生在上行风流通风的采区内。但更常 见的是发生在下行风流通风地区。三、火灾对通风系统的影响 n1、烟流逆退(roll back)n2、风(烟)流逆转 n3、火烟滚退n在火源上风头,巷道一断面内,既有风流沿着底板以原有的风
7、向 向火源流动,同时又有烟流因热上浮沿着顶板逆风回退,形成在 外观上看来似乎是烟流在回旋、滚动。 如图所示。n火烟的温度越高,流动速度越慢,发生滚退的机率与范围越大。n火烟滚退,多是主干风流逆退与旁侧风流逆转即将发生的前兆。n以上各种火灾时期的风流紊乱现象,可能单独发生,也可 能逐个地接连发生,也可能是同时发生。无论怎样发生, 都会扩大烟浸范围,造成灾难性的、后果极为严重的火灾 事故。6-2 火风压的生成与计算一、火风压的概念n 矿井发生火灾时,通风网络中出现的附加热风压称为火风压。实际上,火风压为矿井火灾时期自然风压的增量。n局部火风压:矿井发生火灾后,高温火烟流经每段倾斜或 垂直的井巷时,
8、在局部区段上产生的火风压。n全矿火风压:矿井发生火灾后,高温火烟流经每段倾斜或 垂直井巷时,所产生的局部火风压的总值(代数和)。火风压(浮力效应)n 矿井发生火灾时,火灾的热力作用会使空气的温度增 高而发生膨胀,密度小的热空气在有高差的巷道中就会产 生一种浮升力,这个浮升力的大小与巷道的高差及火灾前 后的空气密度差有关。在地面建筑中这种现象也很普遍, 被称为烟囱效应,即通常室内空气的密度比外界小,这便 产生了使气体向上运动的浮力,尤其是高层建筑中的许多 竖井,如楼梯井、电梯井等,气体的上升运动十分显著, 这种现象有时也叫热风压。火风压(浮力效应)n 在矿井中,火灾产生的热动力是一种浮升力,这种
9、浮 力效应(The buoyancy effect)就被称为火风压。火风压就是高温烟流经倾斜或垂直的井巷时产生的自然风压的增量。 火风压与矿井自然风压的产生机制是一致的,都是在倾斜 和垂直的巷道上出现的空气的密度差所至,只是使空气密 度发生变化的热源不同,故这二者都可称为热风压。n 矿井发生火灾后,由于火风压的作用会改变原通风系 统中压力的分布和风量的分配,即可能使通风系统风流发生紊乱,扩大事故范围,造成更为严重的损失。 二、矿井火灾的热风压计算火风压火风压(hF)为:hF = (Zg - ZF g) - (Zg - Z0 g) = Z g ( 0 - F ) (6-1)式中 hF局部火风压,
10、Pa;Z 高温烟流流经回风井简的垂高,m; 矿井进风井简内风流的平均密度,kg/m3;0 发火前出风井简内风流的平均密度,kg/m3;F 发火后出风井简内烟流的平均密度,kg/m3;g 重力加速度,m/s2。 n设火灾前后出风井筒内的绝对大气压力近似不变,即P=常量, 根据盖吕萨克定律可以写出式中 T 0 火灾前回风井简内风流的平均绝对温度,K;TF 火灾后回风井简内风流烟流的平均绝对温度,K。将之代入(6-1)式,整理得(6-1)上式是用火灾温度表达的火风压计算公式。(6-1a)式中 t 火灾前后烟流温度的增值,K或 ;n从上式可以看出:z值愈大,亦即高温烟流流经井巷始末两端的 标高差愈大,
11、hF值愈大;火源燃烧炽烈,烟量大而温高,t值大 ,hF值也大,在平巷内,z值近似为零,hF值甚小,无火风压。 火风压的特点(作用)n在风路中发生火灾时,火风压的作用只有在高温烟流流 经的上行或下行巷道里才能表现出来。n高温火烟对矿井通风的影响就好象在其流过的上行或下 行巷道里安设了局部通风机一样,它们的作用方向在上 行风路中与烟流方向相同,在下行风路中则相反。n是火燃能量释放的结果。节流效应(The Choke effect)n 节流效应是矿井火灾过程中的一种典型现象。矿井火 灾时期,由于火烟的热力作用等的影响,主干风路以及旁 侧支路中的风量往往会随着火势的发展而发生变化。如果 由于火灾的发生
12、,主干风路的进风量可能下降,这种现象 称之为节流效应。n1. 影响烟流温度的因素n烟流温度对火风压值起着决定性的作用,在烟流排出的过程中, 沿程各点的温度取决于下述因素:1) 火源点燃烧物的燃烧温度;2) 距火源点的距及通过该点的量;3) 在火源与该点之间,从其它支路参入的风量及其温度。n2. 燃烧温度n煤炭充分燃烧(供氧充足)生成CO2时,其燃烧温度可达2500。 缺氧燃烧不充分时,生成大量的CO,其燃烧温度可达1400, 燃烧温度即火焰的温度。因热量是从物质燃烧的火焰中放出的, 燃烧物质不同,火焰的温度也不相同。n表6-1列出几种燃烧物的燃烧温度。 三、巷道烟流的温度及其计算n燃烧温度愈高
13、,说明燃烧物热值愈高,热量越大,火势扩 展愈迅猛。n在矿井里发生火灾时,由于火源附近发生煤的干馏,以及 火灾初起时空气的过量供给,所以火源点的燃烧温度变化 范围极大,但实际也要超过1000,最高达1500。 三、巷道烟流的温度及其计算n3. 烟流温度计算烟流在排往出风井口的过程中,随着远离火源,温度逐渐降低。如图6-14所示的巷道,周长 U,烟流流过的单元长度 dx,单元长度 巷道壁每秒吸收的热量为 dQ,则有dQ = U dx T (616)式中 dQ 单元长度巷道壁每秒的吸热量,J/s;T 距火源 点x处烟流温度的增值,K; 对流传热系数(换热系数),当 烟流流过巷道时,其温度变化1时,每
14、秒在1m2的巷壁上所吸 收的热量(J/m2 K);值可按下面的经验公式求得 = 2 + , 或 = 2 + 在矿井条件下 取510;v 为烟流速度,m/s。 三、巷道烟流的温度及其计算烟流流过巷道单元长度的失热量为dQ = - G CP dT (616)式中 dQ 烟流的失热量,J/s;G烟流量,kg/s;CP定压比热,J/kg K;dT在单元长度(dx)内烟流温度的下降值。单元长度巷道壁面的吸热量等于烟流失热量。 U dx T = - G CP dT三、巷道烟流的温度及其计算积分整理得(6-18)式中 T0火源点温度的增值,K。从公式(6-18)可以看出,T 随烟量的增多而增高,随火源点的距
15、离增大而减小。下面给出一个实例可以看出烟流距火源的距离x(m)及烟量G(kg/s)对烟流冷却程度的影响。 烟流速度 v = 0.1、0.5、1、3、6 m/s例:烟流流经断面为6m2、周长U=10m的梯形巷道,取=7,CP = 1.0052 J/kgK,烟流密度1.01kg/m3,烟流速度为0.1、0.5、1.0、3.0、6.0 m/s时 ,距离火源x处的温度增值T与火源温度增值T0之比按公式(6-18)求得,其结果见图。 n从上图可以看出:烟速愈低,距火源的距离愈远,则火烟温度的 降低程度愈大,反之则相反。如,发火以后,在火源前方(上风侧)建立临时防火墙或悬挂风帘,以控制对火源的供风,使烟量
16、减少,烟速降低,这对控制其温度增值将是有效的。如将烟速度 控制在 0.1m/s时,从图6-2可以看出,在距火源101m处,火烟温度的增值T仅是火源点温度增值T0的千分之一。若火源温度增值为1000,则在101m处仅比原来的气温增高1。反之,如不采取措施截断供风,烟速为6m/s时,则只有在距火源1318m的地方,才能出现与上述相同的结果。因此,减少火源点的供风是冷却烟流,降低局部火风压的有效措施。 4. 掺入风流后烟流温度的计算设烟流的温度为TF掺和入风流的温度为TV混合后的温度为(618)式中 Tm 掺入风流后,混合气体的温度,K;CPF、CPV 、CPm 分别代表烟流、掺入风流以及混合后气体的比 热,(J/kg K); MF、MP 混合气体中烟流与风流各占的百