《[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
