煤炭矿井火灾第6章.ppt

第六章火灾时期风流的紊乱及其防治,第一节 火灾时期常见的风流紊乱形式 第二节 火风压的生成与计算 第三节 旁侧支路风流紊乱的原因及其防治 第四节 主干风路火灾的控制 第五节 矿井火灾时期风流紊乱实例,1,第一节 火灾时期常见的风流紊乱形式,一旦矿井发生火灾事故，不管是内因火灾还是外因火灾，由于是缺 氧燃烧，往往成生大量的有毒有害气体及高温烟流。如果烟流流经的 通道不畅通以及火源温度特别高，生成大量的烟雾，则往往容易造成 矿井风流局部或全矿性的紊乱，烟流可能侵入不该到达的区域。如果 没有正确的防范措施，将会造成严重的后果，导致事故的扩大，造成 更大的伤亡事故。 例如1947年1月30 波兰莫泽尤夫矿，采区上山发生火灾，由于矿井 通风管理薄弱，加之领导对火灾时期风流的变化规律缺乏知识，处理 不当，以至位于火区上风侧远离火源的采区遭到有毒气体的侵袭，致 使人物股丧生。 1)矿井概况 通风系统示意图(图6-33a)与网路图(图6-33b)只绘出了与火灾有 关部分。风流从进风井筒进入生产水平后，通过大巷、石门(2-3-1-5) 分别流向矿井两翼的各个煤层采区。西翼采区因自然发火封闭，生产 安排在东翼采区和西翼的上阶段。暗井是从上阶段下放重车的通道。,2,3,2)事故发生经过 火灾的发生是由于封闭的老火区复燃外延引燃了邻近采区上山(3)的木支架造成的。事故发生的当天一位区长曾于12点30分检查工作路过此地，并且发觉从火区密封墙上向外涌出青烟，这时井下各个采区都在照常工作，但42min后，突然从原来上风的暗井下口向石门涌出大量浓烟，掺入新风，毒化了位于上风头的采区。因为没有估计到火势的发展，没有预料到火烟会从暗井下涌，所以没有通知和撤出东翼采区的工人，以致25人中毒牺牲。 3)事故原因及教训 此次事故的发生完全是由于老火区封闭不严，燃烧外延而引起，基层领导也未能给予足够的重视，尽管发现火情而却未能及时处理，以致酿成了此次事故，从中可以总结出如下的经验教训： (1)在处理矿井火灾时，尤其针对发生在上行风流中的火灾，首先要着眼于控制火势的发展，以减小火风压的生成，这就要求将直接灭火法放在首位。同时要求在火源前面张挂临时风帘，以减少向火源点供风达到减弱火势的目的。 (2)在火源前面张挂风帘一是可以减少向火区供风，控制火势发展，同时也起了增大火区支路风阻稳定风流的作用。但在瓦斯矿井要十分注意检查火源与风帘之间的巷道里是否有局部积聚的瓦斯。 (3)保证回风系统的排烟道路畅通，因此，在排烟的道路上如果有风窗存在，要及时开启，如果能找到一条临时的通道使烟流短路，以最小的阻力排出矿井就更为理想。不过关键在于日常对矿井回风系统的管理，保持回风道支架完整，断面足够大，风速无超限的区段，没有局部阻塞是十分重要的。 (4)在上行风流中发生火灾时，在排烟的线路上已经撤出人员的情况下，千万不能停止主扇运转，更不允许轻易采取反风措施。,4,1、基本概念,1、直接烟侵区火灾时期，风流保持正常流动时，火烟随风流流动直接侵入的地区。,2、主干风路从入风井经火源到风井扇风机扩散器流出的风路。,3、旁侧支路除主干风路以外的支路。,4、节点通风网路中的起始点、分风点与汇风点。,5、火风压矿井火灾时期通风网路中出现的附加热风压，即火灾时期自然风压的增量。,2、风流紊乱的形式,1）旁侧支路风流的逆转 火灾时期火烟可能从主干风路的排烟段分出一股 烟流流朝着最近的旁侧支路逆流流动。,5,2）主干风路风流的逆退 火灾时期火烟可能一方面从主干风路的排烟段排出，另一方面还可能充满巷道全断面逆着主干风路的进风方向朝着最近的节点流去。,3）火烟的回流 在火源上风头巷道同一断面内既有新鲜风流沿着底板保持原有方向向火源流动，同时又有烟流沿着顶板逆风回退。,6,第二节 火风压的生成与计算,1、火风压的概念 矿井发生火灾时，通风网路中出现的附加热风压称为火风压。也有人称火风压为矿井火灾时期自然风压的增量。 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，在局部区段上产生的火风压。 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)。,2、局部火风压的计算 1) 流体静力学方法 根据火风压的定义知：火风压，即火灾时期矿井自然风压的增量，等于发火后矿井的自然风压值与发火前矿井的自然风压值之差。如图6-6a、b、c所示为矿井通风系统示意图，若在出风井井底车场发生火灾后，局部火风压hf为：火风压hf的计算,7,式中：Z高温烟流流经倾斜或垂直巷道的标高差；m； 0火灾前后巷道空气密度；kg/m3； g重力加速度；m/s2； Tf火灾后巷道风流平均温度；K； t发火前后巷道温度的平均增值；,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，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。,2)热动力学方法 根据热动力学的原理，火风压为火灾时期矿井自然风压的增量，其推导的计算公式为：,8,式中：Z高温烟流流经倾斜或垂直巷道的标高差；m； f火灾前后巷道空气密度；kg/m3； g重力加速度；m/s2； T0火灾前巷道风流平均温度；K； t发火前后巷道温度的平均增值；,9,这两个计算公式：流体静力学方法偏小，热动力学方法偏大。,由两个公式可以看出： Z值越大，即高温烟流流经井巷始末两端的标高差愈大，hf值愈大； t值越大，即火源燃烧越大，烟烟流温度越高，hf 值也大； Z值为0， hf为零。即在平巷内不产生火风压。 火风压的方向永远向上。,3、烟流的温度及其计算方法 1)影响烟流温度的因素 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： 火源点燃烧物的燃烧温度； 距火源点的距离及通过该点的烟量； 在火源与该点之间，从其它支路参入的风量及其温度。 2)燃烧温度 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140O。 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。表6-1列出几种燃烧物的燃烧温度。 表6-1 矿井常见燃烧物燃烧温度表,10,11,3)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。 如图所示的巷道，周长L(m)，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(Js)，则有；,式中:dQ单元长度巷道壁每秒的吸热量，Js； T距火源点x(m)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1K时，每秒在1m2的巷壁上所吸收的热量(Jm2K)；值可按下面的经验公式求得： =2+v1/2 或 =2+v2/3 在矿井条件下取5-10；v为烟流速度，ms。,12,烟流流过巷道单元长度的失热量为：,式中：dQ烟流的失热量，Js； G烟流量，kgs； CP定压比热，Jkg.K； dT在单元长度(dx)内烟流温度的下降值，K。,令,则,积分整理得,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，随火源点的距离增大而减小。下面给出一个实侧可以看出烟流距火源的距离x(m)及烟量G(kgs)对烟流冷却程度的影响。,（6-18）,(6-17),单元长度巷道壁面的吸热量等于烟流失热量。 ,13,例：烟流流经断面为6m2、周长1Om的梯形巷道，取=7，Cp=1.005kJkgK，烟流密度s=101 kgm3。求烟流速度为0.1、0.5、1.0、3.0、6.0ms时，距离火源xm处的温度增值T与火源温度增值T0之比。 根据公式(6-18)计算，其结果列如表6-2。,表6-2 烟流速度不同，距火源距离不同时，火烟温度降低程度表,距火源点X(m),V(m/s),T/T0,从上表可以看出：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。譬如，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，使烟量减少，烟速降低，这对控制其温度增值将是有效的。如将烟速控制在0.1 ms时，从表6-2可以看出，在距火源10lm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100O，则在101 m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6.0 ms时，则只有在距火源1313 m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，降低局部火风压的存效措施。,14,4)掺入风流后烟流温度的计算 设烟流的温度为Ts，掺入风流的温度为TV混合后的温度为：,(6-19),式中:Tm掺入风流后，混合气体的温度，K； CPs、CPv、CPm分别代表烟流、掺入风流以及混合后气体的比热，(Jkg.K)； ms、mv混合气体中烟流与风流各占的百分比，(ms+mv=1)。,取,则,(6-2O),当烟流温度为Ts=50O，风流温度Tv=20时，根据掺入烟流的风量不同，所计算得的混合气体温度如表6-3。,表6-3 渗入烟流的风量不同，混合气体的温度表,15,从表6-3看出，掺入风量有降低烟温的作用，但是并不显著。而且向火烟中掺入新风使其温度下降以减少局部火风压的方法，只有当火烟温度低于其本身的着火温度，而且也低于流经巷道中可燃物的着火温度时才能采用，否则掺入新风的地方，不管是由于火烟本身发生燃烧，还是由于煤或坑木发生燃烧，都可能产生再生火源。 应当指出的是，在回风系统的巷道中设置水幕，一旦发生火灾，在排烟的沿途，启动使之喷淋，对降低烟流的温度是十分显著的，国内外在使用这一方法中不仅收到了降低烟 温的作用，而且起到阻火的效果，将火灾控制在一定的范围内，阻止其蔓延。 综上所述，火灾发生时控制供风，以阻止火势发展、降低火源点及排出烟流的温度；启动水幕系统，阻火降温等都是减少局部火风压生成、防止风流紊乱的可行措施。在排烟的沿途掺入新风降温的措施则是有条件的，只有在不引起再生火源的条件下，方可采用。,16,4、再生火源 井下发生火灾时，原生火源排出的高温烟流在流经的沿途掺入新风的地点再次着火，并引燃木支架或煤壁所生成的火源称之为再生火源。 从原生火源排出的火烟具有高温的特点，在流经的巷道中，如果没有新风流的参入，烟流因缺氧无法引燃巷道中的可燃物。但如果高温烟流流经的巷道有新风流的参入，当烟流温度高于巷道中可燃物（木背板、木支架、电缆、皮带等）的着火点时高温烟流将在参新风的地点再次发生燃烧，形成再生火源。 再生火源的产生，将是非常危险的，它将使事故扩大、造成风流紊乱。产生再生火源的危险性与火烟的温度、成分有密切的关系，在下列几种条件下都可能产生再生火源。,1)富燃料再生火源 当火灾气体从火源排出后，烟流温度非常高，高于火灾气体的着火温度，且含有大量的可燃成分，由于缺氧而不能燃烧。当有新鲜风流参入时，有了供氧条件，就会在汇合点燃烧并引燃巷道中的可燃物。这类火灾往往发生在巷道的交叉点。燃烧的火灾气体点燃支架、煤壁，电缆等，立即形成交叉点处的再生火源。,2)富氧再生火源 当高温火灾气体含有足够量的氧，但可燃性气体成分不多时，它本身虽不能燃烧，但是在它流经的沿途一遇可燃物，就有可能产生再生火源。,17,3)引起煤炭自燃 含有一定浓度可燃气体的火烟，虽然它的温度低于自燃或点燃其它可燃物的温度，但是由于救灾延续时间过长，在其流过的沿途与煤巷壁面接触能使煤壁温度提高，如果在煤壁内存在裂隙或裂缝，由于温度增高，有可能引起煤的自燃或瓦斯燃烧而形成再生火源。,再生火源可能发生在一个地方，也可能发生在排烟沿途的多个地点。再生火源的发生使救灾工作复杂化，为此在扑灭火灾时，一定要注意了解从火源点到风井排烟的沿途是否存在发生再生火源的条件。,综上所述，产生再生火源的条件可以概括为以下三个方面： 火灾气体的成份； 火烟温度； 可燃物的分布情况。,（1）火灾燃烧的时间愈长，再生火源发生的可能性愈大。 因此，如果短时间内不能控制火势和完成灭火工作时，必须根据具体情况采取冷却火烟、煤壁与支架的措施。最有效的降低温度的方法是设立水幕，水幕既可以冷却烟流，又可以阻挡火势蔓延。 （2）可以采用改变火烟排出路线的方法以防再生火源的发生，例如令高温烟流通过不燃性材料支护的岩巷。 （3）在火源前方构筑防火墙以减少向火区供风。,5、灾变时期的火源分类 1）富氧燃烧（非受限燃烧） 火源燃烧产生的挥发性气体在燃烧中已基本耗尽。 火源下风侧氧气浓度保持15%以上。 2）富燃料燃烧（受限燃烧、贫氧燃烧） 火源燃烧时火势大、温度高，火源产生大量炙热挥发性气体与主风流混合 形成炙热烟流，烟流中氧气浓度低于2%。,18,3）矿井火灾火源分带,19,富燃料燃烧火灾火源分带图,1冷却带；2焦化带；3燃烧带；4高温热解带；5剩余燃料带；6预热带；O2氧气浓度； C可燃气体浓度；tf温度。,富氧燃烧火灾火源分带图,1冷却带；2焦化带； 3燃烧带；4预热带。,20,4）富燃料火灾危险性,5）富燃料类火灾的防治,21,富燃料燃烧取决于可燃物的类型、数量及供氧量。可燃物越容易引燃，燃料数量越大，供氧量相对于燃料量不足(如停风、减风、巷道垮塌等)，空气预热温度越高，则发生富燃料类火灾的可能性越大。 富燃料燃烧还取决于巷道断面的大小，下风侧可燃物种类、数量和分布形式。巷道周长和断面积之比愈小(巷道断面愈小)，愈容易发生富燃料类火灾。,（1）防止富燃料类火灾发生的方法,(1)减小火焰沿巷道蔓延的速度，即在火灾刚发生时，及时采取灭火措施，避免火势扩大，或者在火源下风侧布置洒水水幕，减少下风侧可燃挥发性气体的产生。 (2)除非有十分可靠而安全的减风、停风理由，否则应维持着火区域的通风，即不减小风速。 如果矿井火灾已成为富燃料类火灾或已由富氧类火灾转变为富燃料类火灾时，为避免发生危险，与其浪费时间进行危险而收效不大的灭火，不如尽力防止其发展。,22,（2）控制富燃料类火灾的方法,(1)在着火巷道的相接邻巷道内喷水、喷高效泡沫，防止火势向其中蔓延。 (2)加固着火巷与相接巷道间的风门、隔墙，减少漏风。 (3)若时间允许，将混凝土或其他不燃性密封剂喷射在隔墙的周边和隔墙外几米距离的巷顶和巷帮上半部，减少火势蔓延和漏风的可能。 (4)在火源上风侧构筑带有自动关闭门的临时风门。如有人员在内，不得关闭风门。 (5)若能迅速准备充足的惰气，可以向着火巷注入惰气。注气氮效果差，其冷却效果不好，所以最好注入液氮或液态CO2。其目的是冷却火区，减小火势，并减少火源邻近区域挥发性气体的产生量。 (6)人员撤出灾区，关闭位于火源前方的自动风门，在可能的情况下，继续进行喷水、喷射高效泡沫和注入 CO2等工作。 (7)救护人员进行较大范围的火区封闭作业。若要全矿封闭，则需关闭主要通风机，封闭通往地面的所有出口。 对富燃料类火灾的处理原则是：在保证人员安全的前提下，在着火区域尽可能采取一些抑制火势的措施，然后封闭火区或矿井。对于富燃料火灾往往不能采用直接灭火方式，只能在完成上述步骤后进行遥控灭火，如由地面注入惰气等。,第三节 旁侧支路风流紊乱的原因及其防治,1）上行风流中旁侧支路风流逆转的判别,23,火灾时期发生风流紊乱的形式不一，已如前述，其原因也不尽相同，但其主要原因有四个方面：局部火风压的生成；过量烟气的产生；主扇风压以及网络风阻的影响。,1、上行风流旁侧支路风流逆转的原因及其防治,旁侧支路风流的逆转主要是由于在上行风路中发生火灾时，没能及时控制，产生了较大的局部火风压而形成的。 如图6-15所示的简化通风网络，设火灾发生在采区的上山内即上行风路a中，由于高温烟流流经上行风路，所以局部火风压的作用方向与系统的主扇风压(hf)作用方向一致。在这种情况下，主干风路l-2-3（A）-4-F-5-6（B） -7-8-9的风向一般是保持原来的方向不变。而可能发生风向逆转的是旁侧支路(b、c、d)。,为了考察旁侧支路的风向变化规律，我们任取一条c支路作为考察对象。以c支路为界将把整个通风系统划分为内部分系统(i)和外、部分系统(o)两个部分。把连接进出风井口的大气看作一个风阻为零的支路，于是可将图6-15在形式上变换成如图6-16与6-17所示的封闭回路系统。,24,在通风系统简化封闭回路图中，设： hi内部分系统中出现的局部火风压,即hF1和hF2之和； ho外部分系统中出现的火风压，即hF3、hF4和主扇风压(hf)的总和； Ri内部分系统的合成风阻； Ro外部分系统的合成风阻； Rl旁侧支路的风阻 Qi内部分系统的风量； Qo外部分系统的风量； Ql旁侧支路的风量。,图6-17 通风系统简化封闭回路图,从图6-17中可以看出，内部分系统的风压hi极力使旁侧支路c的风流从节点B流向A，而外部分系统的风压ho则极力使其风流从节点A流向B。 若c支路的风流保持原来的方向A-B不变，沿闭合回路dAcB列出风压方程：,25,(6-21),沿闭合回路dAaB列出风压方程：,(6-22),(6-22)-(6-21)(6-21)得：,因,所以,故有,这就是旁侧支路c风流保持原有方向的条件式。 即风流方向：A B,(6-23),26,若旁侧支路c风流停滞，即风量为0。 则沿闭合回路dAcB列风压方程：,沿闭合回路cAaB列出风压方程：,后式减前式除以前式得：,因：,(6-24),这就是旁侧支路c风流停滞的条件式。,27,同理可以导出旁侧支路c风流逆转的条件式为：,(6-25),上行风流中旁侧支路 风流的逆转的判别式：,从图中可以看出： 1）若AB风向正常：可设Ri=，hi=- 2）若AB风流停滞：则Qo=Qi； 3）若AB风向逆转：可设Ro=；,2）上行风流中旁侧支路风流逆转的原因,28,（1）hi大。即火势大造成很大的火风压； （2）ho小。即主扇作用于着火巷道的压力小，或错误停风； （3）Ro大。即排烟路线阻力大，不畅通或堵塞； （4）旁侧支路风流的逆转与旁侧支路本身风阻无关。,(1)火灾发生后，火势凶猛，扑救不及时。 高温烟流流经的上行风路中产生了较大的局部火风压，使：hiho，条件式(6-25)得到满足，从而使旁侧支路风流方向发生逆转. (2)主扇管理比正确。 为了控制火势，减少向火源的供风，错误的停止主扇运转。使ho=0，条件式(6-25)得到满足，从而出现旁侧支路风流逆转。所以在这种情况下，不能停止主扇运行，也不允许放下主扇闸门。 (3)排烟通道不畅通。 对Ro值起决定性影响的是回风区域的风阻。在日常管理中，回风系统局部阻碍物较多，常年失修巷道断面缩小且维护条件较差，回风巷道中有调节风门、风帘等甚至冒顶造成风阻Ro大。满足条件式(6-25)，造成旁侧支路风流紊乱，使烟侵区域扩大。 (4)旁侧支路的风向与本身风阻大小无关。,29,以上分析是把旁侧支路当作一条近平水平巷道来处理的。当旁侧支路也是一条上行风路时，在风流逆转后，高温烟流必然会在这一支路上产生局部火风压hF，对风流的逆转起阻止作用。因此在推导旁侧支路风流逆转的条件式时，必须予以考虑。如图6-18，沿回路aBdA和回路aBcA列出风压方程为：,图6-18 旁侧风路出现局部火风压,(6-26),(6-27),(6-27)(6-26)-(6-27)得：,因,所以,故,(6-28),上式即是旁侧支路为上行风流时，高温烟流引起局部火风压(hi)造成风流逆转的判别式。,30,3）上行风流中旁侧支路风流逆转的过程,，旁侧支路风向不变，受到烟侵威胁的仅是直接烟侵地区。,(2)扑救不及时，火势发展，局部火风压逐渐升高，这时在旁侧支路内可以 观察到风量减少的现象。当满足条件式 时；旁侧支路风流停止流动,(3)火势继续发展，局部火风压连续上升，条件式 得到满足，旁侧 支路风流方向逆转。如果旁侧支路由一系列近水平巷道组成，风流逆转之后，虽然热烟流过，也不产生局部火风压，但在原来的风流停滞后，会立刻出现逆转。,(1)火灾刚刚发生，火风压不是很大，相对于主扇风压较小时，满足条件式,(4)实际与上行风流火区相并联的旁侧支路大多是由上山、斜巷以及暗井等一类倾斜或垂直的井巷组成。因此，产生的内部分系统火风压仅仅满足条件式(6-24)时，还不会导致风流的停滞现象。只有当火势进一步发展，内部分系统的火风压进一步增大，满足 条件式(6-28)即 时， 旁侧支路在全长上才会出现风流逆转的现象。,31,但是火风压增至hi之前，虽然旁侧支路的风流不会发生逆转，却可以观察到火烟滚退的现象。在旁侧支路内，火烟在滚动中向着节点A蔓延。到达A点后，烟流将随新鲜风流迅速向a支路发展，这样才出现了真正的旁侧支路风流逆转的现象。,(5)从条件式(6-23)、(6-24)、(6-25)和。(6-28)可见，影响旁侧支路风流方向变化的因素，不单是局部火风压的大小。当降低外部分系统的风压(ho)，如放下主扇闸门、停止主扇运行；增大外部分系统的风阻(Ro)，如关闭排烟路线上的风门、发生冒顶堵塞；减小内部分系统的风阻(Ri)，如开启火源上风头的风门等都可能造成旁侧支路风流的逆转，从而扩大烟侵事故。,4）上行风流旁侧支路风流逆转的防治措施,在上行风流中发生火灾时，为了防止旁侧支路风流逆转、烟侵区域扩大，应采取以下措施：,(1)降低内部分系统的风压(hi)，即局部火风压，措施有： 在火源的上风头张挂风帘，构筑临时密闭以控制向火源供风，阻止火势发展，同时也增大了Ri； 采取直接灭火措施控制火势发展，扑灭火灾； 在高温烟流流经的巷道中建立水幕带，降低烟流的温度。,32,(2)提高或保持外部分系统的风压值(ho)，措施有： 要保持担负火区通风主扇的正常运转； 决不允许停止主扇运行，更不能放下主扇闸门； 轴流式风机可通过调整叶片角度提高主扇风压； 离心式风机调整导风叶片角度，提高主扇风压。,(3)增大内部分系统的风阻值(Ri)，措施有： 在火源的上风头张挂风帘； 在火源的上风头构筑临时板闭。 但在瓦斯矿井要密切注视供往火区风流中瓦斯浓度的变化，尤其对风帘与火源之间的巷道中是否有瓦斯局部聚积要严格检查。,(4)减小外部分系统的风阻值(Ro)，措施有； 提起排烟主扇风峒中的闸门； 开启排烟道路上的调节风门； 防止局部冒顶事故的发生，以免造成临时堵塞排烟通道； 在日常通风管理中，要十分重视回风系统巷道的维护工作，不能有局部堵塞。,2、下行风流发生火灾时风流的方向,下行风流中发生火灾时，火风压的方向与主扇风压作用的方向相反， 井下风流紊乱的情况与上行风流发生火灾时具有本质的差别。 如图6-19所示的通风网络，设支路a是内部分系统，c是旁侧支路，d 是外部分系统。ho为外部分系统风压，hi为内部分系统火风压，hl为旁 侧支路内的火风压。各支路(a、c、d)的风流方向是由ho、hi、hl三组 数值决定的。 从图中可以看出： ho、hi、hl三者之中谁最大，则它所在的支路风流保持与最大风压hmax 作用的方向相同； 三者中的最小风压hmin所在的支路，其风流方向将始终与hmin作用方向相反。 中值风压hm所在的支路的风流方向则是不定的，可能保持原有的方向，也可能发生逆转。,33,由此可知，在下行风流中发生火灾时，将可能有以下三种情况出现： （1） 外部分系统压力最大：hohihl或hohlhi （2）外部分系统压力其次： hihohl或hlhohi （3）外部分系统压力最小： hihlho或hlhiho,1)第一种情况：(hohihl或hohlhi),ho最大,此时外部分系统将保持正常风流不变。 如果hihl，则旁侧支路风流方向与火风压作用相反，内部分系统风流反向不定； 如果hlhi，则内部分系统风流方向与火风压作用相反，旁侧支路风流方向不定。 此时可能出现三种情况： a、c、d风流方向正常； a反向，c、d正常； c反向，a、d正常； 现分别讨论这几种情况,34,35,（1）hihl ho最大、hl最小：c、d风流正常，a不定。 a、c、d风流正常 火灾虽巳发生，但在c支路尚没有高温火烟流过，即局部火风压hl为零，此时各支路的风流仍保持原有的流向，如图所示。,沿闭合回路dc和ac分别列出风压方程:,(6-29),(6-30),(6-29)/(6-30)得:,(6-32),因：,以小值Ql代大值Qo则得不等式如下：,(6-31),(6-33),36,从上面的不等式可以看出,只有当风压ho足够大，而且风压hi及外部分系统的风阻Ro尽可能小时才能；维持正常的风流方向。而可能发生风流逆转的内部分系统的风阻Ri不起作用。因此，条件式(6-33)与采用上行风流通风系统保持风流正常方向的条件式(6-23)形式虽然不同，但其含意与结果是一致的。,由此得保持支路a、c、d正常风向的条件式为：, a风流反向，c、d风流正常 当支路a的风向已经逆转，火烟将由内部分系统 a流入旁侧支路c，并在其中出现热风压hl如图6-20b 所示，但hihl时，则有：,沿闭合回路dc得风压方程：,(6-34),37,沿闭合回路ac得风压方程：,(6-35),由(6-34)(6-35)则得:,(6-36),以大值Ql代替小值Qo，则得hihl时a风流反向，c、d风流正常的条件式：,因为hohi所以有：,因此，只要条件式:,得到满足，则支路a中的分流方向不定。在这种情况下，会出现火烟滚退现象，即新鲜风流沿着巷道底部流向火源，而火烟则从巷遭的顶部向着相反的方向流动，或者会出现火烟飘浮缭绕并慢慢充满整个巷道的现象。对支路a中风速的测量及火烟动态的观察，可以判断是否有风流逆转的危险，以及危险程度的大小。,38, a风流停滞，c、d风流正常 此时：Qi=0；hl=0；Qo=Ql； 根据公式（6-31）得：,因此当hohihl时风流方向的判别式为：,39,（2）hlhi ho最大、hi最小：a、d风流正常，c不定。 a、c、d风流正常 火灾虽巳发生，但在c支路尚没有高温火烟流过，即局部火风压hl为零，此时各支路的风流仍保持原有的流向，判别式（6-33）已推导：, c风流反向，a 、d风流正常 当旁侧支路c的风向已经逆转，必然出现热风压hl如图所示，因hlhi，沿闭合回路da和ca分别列出风压方程:,两式相除得:,40,因:,则:,以大值Ql代替小值Qo，,由此得c风流反向，a、d风流正常的条件式为：,同理可推得a、d风流正常，c风流反向的条件式为：,41,因此，第一种情况(hohihl或hohlhi) 时风流方向判别式为：,42,2）第二种情况(hihohl或hlhohi),此时外部分系统压力ho其次，风流可能出现正常或反向； 当内部分系统压力最大时，内部分系统风路风流反向而旁侧支路正常； 当旁侧支路压力最大时，旁侧支路风流反向而内部分系统正常。,（1）hihohl 如图2-21a、b所示： 内部分系统压力最大，风流已反向； 旁侧支路压力最小，风流正常； 外部分系统压力其次，风流可能正常或反向；, a风流反向，c、d风流正常的条件式： 根据前面推导(6-36)可知，外部分系统支路d风流保持正常方向的条件为式：,43, d风流反向，a、c风流正常的条件式：,如图（6-21b）所示，外部分系统支路d风流方向逆转时：,因,所以,沿闭合回路dc得风压方程：,沿闭合回路ac得风压方程：,(6-40),(6-41),当(6-40)(6-41)得：,以小值的Ql代替大值的Qi得外部分系统支路d风流逆转的条件式：,(6-42),(6-43),44,同理外部分系统支路d风流停滞的条件式：,(6-43),（2）hlhohi 如图2-22a、b所示： 旁侧支路压力最大，风流已反向； 内部分系统压力最小，风流正常； 外部分系统压力其次，风流可能正常或反向；, c反向，a、d正常(已推导), c、d反向，a正常 同样可以列方程式推导得：,45,3）第三种情况(hihlho或hlhiho),此时外部分系统压力ho最小，风流肯定反向； 当内部分系统压力最大时，内部分系统风路风流反向而旁侧支路正常； 当旁侧支路压力最大时，旁侧支路风流反向而内部分系统正常。,如果在外部分系统里存在有并联支路b，其中出现的火风压hi小于ho时，则逆转后的风流就很可能流到旁侧支路b里去(图6-23a)。在这种情况下，支路c将变成已知系统的内部分系统，而支路b则变成旁侧支路，系统的外部分系统(支路b以外的部分)的风流欲保持原来方向或反向则由条件式(6-38)和(6-43)来判定。,如果在上述的系统里没有一个小于ho的支路火风压存在时，整个矿井的风流都会反向，进风井就会变成回风井。这时流入支路c的可能是从a支路排出的则流，(图6-23a)，也可能是逆着主扇作用方向而进入矿井的新鲜风流(图6-23b)。,46,如果火灾发生后通风系统已经变成由原来的回风井入风，则火灾的性质已经完全改变，由一个下行风流火灾变成了一个上行风流中的火灾。很自然，在这种情况下，必须把主扇的方向加以改变，至少应将主扇停转。,由以上的讨论可知，下行风流中发生火灾要比在上行风流中发生火灾复杂得多。要保证用下行风流通风的矿井在发火时不发生风流逆转的现象，也更加困难。因此，从处理火灾的角度出发，应当尽量避免采用下行风流通风。当火灾已经发生在这样的风流里时，最好力争将火烟经由上行风流引向回风井。,第四节 主干风路风流逆退的原因及其防治,前面一节介绍了旁侧支路风流逆转的原因及其防 治方法，旁侧支路风流的逆转是火灾时期引起矿井 风流紊乱最常见的现象，然而主干风路烟流逆退也 时有发生。二者对矿井的危害都非常大，造成烟流 弥满整个矿井，致使灾害事故扩大。因此，防止主 干风路的逆退也是重要的工作。 主干风路的逆退造成的风流的紊乱，在上行风流 中与下行风流中发生的原因是不同的与防治措施都 不一样，往往是情况更为复杂。下面分别对不同情 况下的主干风路烟流的逆退予以分析：,47,48,1）上行风流风路中烟流逆退的原因 在上行风路中发生火灾或有高温烟流流过时，局部火风压的作用方向与主扇的风压作用方向一致。主干风路的风流方向应该是稳定不变的，而风流紊乱的主要形式是旁侧支路风流的逆转，但有时也出现了主干风路中烟流逆退的现象。原因何在? 显然用局部火风压的作用是无法解释的。其原因是过量烟气生成造成主干风路烟流逆退的。,1.上行风流主干风路烟流逆退的原因与防治,（1)火灾时期过量烟气生成的原因 火源温度高，火势猛风流流经火源后体积膨胀； 高温使巷道干馏出大量火灾气体; 有水灭火方法不当，产生大量水蒸气。 保守的估计，烟流体积至少要超过供风体积的7O以上。这部分烟流体积的增量可视为一股通往主干风路火源点的“外来风源”，其量为Qf。如图6-24a所示。,49,（2）主干风路风流逆退的判别式 2-F段风流正常流动 h2-3=R2-FQ2-F2+RF-3QF-32 QF-3 =Q2-F +Qf 因此： h2-3=R2-FQ2-F2+RF-3（Q2-F +Qf）2 h2-3RF-3 Qf2 Qf2h2-3/RF-3 2-F段风流停滞 Q2-F为0，则： Qf2 =h2-3/RF-3 2-F段风流反向 Qf2h2-3/RF-3,式中：Qf过量烟气，m3/s； RF-3主干风路F-3段巷道风阻，Ns/m5； h2-F-3主扇作用于2-F-3支路的风压，Pa。,50,2）防止上行风流风路中烟流逆退的措施,（3）主干风路风流逆退的原因,1）烟流生成量Qf越大越易逆退 控制火势发展，正确使用水灭火方法； 2）主扇作用于主干风路的压力越小越易逆退 可增加旁侧凤路的风阻或提高主扇压力； 3）主干风路排烟段风阻越大越易逆退 保持畅通的排烟通道，防止局部冒顶； 4）若主干风路风流的逆退势不可免时，应在火源上风侧寻找一条短路使逆退的烟流尽快排往回风系统。,（1）烟气生成量越大，主干风路愈易发生烟流的逆退。 因此要控制烟气的增量，其途径有二： 控制火势发展 采用直接灭火，尽快扑灭火灾。 在火源上风头张挂风帘，控制向火源的供风 用水灭火时，水流不要直接射向火源的中心，以免产生过量的水蒸； 阻断供风,控制火势的发展。,51,（2）主扇作用于主干风路的风压愈小, 主干风路愈易发生烟流的逆退。 因此，要加大主扇作用于主干风路上的压力，措施有二： 增加旁侧支路的风阻，提高主干风路得风压； 主扇要保持正常运转，不要轻易采取停扇、降压运转的措施。,（3）主干风路排烟段的风阻越大，主干风路愈易发生烟流的逆退。 因此，要减少主干风路排烟段的风阻，措施： 回风系统巷道平时要维护良好，保证足够断面，防止回风巷道局部堵塞； 位于排烟通道上的风门、风窗、风帘要及时开启； 防止局部冒顶事故的发生。,（4）如果主干风路烟流逆转势不可免时，最好能在火源的上风侧寻找一条短路通道，使逆退的烟流尽快排往回风系统。,52,2.下行风流主干风路烟流逆退的原因与防治,火灾发生在下行风路或者高温的烟流流经下行风路时，出现的风流变化要比上行风路的更为复杂。 可以象考查下行风流旁侧支路风流逆转一样，推导出多种情况下风流方向变化的条件式。 在下行风流中发生火灾或有高温烟流流过时，由于局部火风压的作用与原来的风向相反，主干风路的风流比较容易反向，从而出现烟流逆退的现象。 比较稳妥的处理方法是增作相应的巷道工程，开辟局部反风系统以便在必要时启用。如果能将下行风流的火灾变为上行风流火灾，在事故处理中将会带来不少方便。,所谓局部反风系统是指在采区内部配置一条平时不用而灾变时才启用的 反风回路，使采区的主要巷道或工作面处于潜在的角联支路中，利用角联 支路风流方向可变的原理，根据需要随时启闭有关的风门，以改变风流方 向，实现灾变时期采区主要巷道和工作面风流反向的应急措施，而矿井主 要进回风巷仍保持原有的风流方向，主扇保持正常运行。 这一措施对于控制火灾范围，撤退灾区人员，抢险救灾都是十分有利的。所谓控制灾变范围是指采取局部反风后，从灾区涌出的烟气，将沿矿井 的主要回风路线排出地面。而不会象全矿井反风那样，整个进回风系统都 颠倒过来使全矿的进风区域受到火烟的侵袭。 所谓有利于灾区人员的撤退和抢救是指当采区进风巷和工作而上发生火 灾后，由于迅速采取了区域性反风措施，使位于火源下风侧的人员能够较 快地解除火烟的威胁，并沿反风后的进风路线撤离灾区。 上、下山开采的局部反风系统可根据采区与主要进回风大巷的相对位置 不同有以下几种方式：,53,3.工作面局部反风,1）增辟排烟支路 （1）上山采区增辟排烟支路 如图6-25所示的上山采区巷道布置系统，它的回风上山实 际上是下行风流，如果在其中发生火灾，在反向火风压的作用 下主干风路风流反向，烟流逆退而侵袭工作面人员。 如果在布置工作而时掘一条专用的排烟巷并安设风门T4、T5、 在行人联络斜巷中安设风门T6，平时予以关闭如图6-25a所示称 常闭风门。在采区进风上山和回风上山内分别设置常开风门T2、 T3；在进风大巷内设常开风门Tl。 当在回风上山如图6-25b所示位置发生火灾时，便可采取以下 步骤实现反风。首先将采区人员撤至进风大巷，然后开启专用 反风巷道中的常闭风门T4、T5 及T6，关闭T2、T3风门使采区风流 反向，排放烟流，最后使用大巷中的常开风门T1调节风量，以 冲淡烟流。 采取以上措施后，火势得到抑制，便可采取相应的灭火措施 予以熄灭。,54,55,（2）下山采区增辟排烟支路,如图6-26所示的下山采区巷道布置系统，在进风下山的上口，增辟排烟专用巷5，平时没常闭风门T4、T5予以隔绝(图6-26a)，在行人联络斜巷中安设风门T6，以保证下山采区正常通风。 如果在进风下山内发生火灾，高温火烟随风流下行产生局部火风压，其作用方向与原来的风向相反，如图6-26b，随着火势的发展局部火风压增大，进风下山风流反向可能出现主干风路烟流逆退时，当即开启专用反风巷的常闭风门T4、T5、及T6，同时关闭常开风门T2、T3以使采区风流反向，而逆退的烟流通过行人联络斜巷排入回风大巷。启用常开风门Tl 以调节风量冲淡专用巷中的烟流。这时可派救护队从回风系统下去救助遇难人员和处理火灾。,56,2）走向长壁工作面的局部反风 如图6-27a所示的上山采区巷道布置系统，为了保正工作面的正常通风，常闭风门T1、 T2、T5、T7是必须设置的，可在采区内部增设常开风门T3、T4、T6、T8。,当工作面进风区域发生火灾时，如图6-27b所示的位置发生火灾，为避免高温烟流进入工作面，可采取如下措施进行局部反风：首先撤出工作面的人员到进风大巷，如撤退时风流已经反向，则必须使用自救器。然后打开常闭风门T1、T2,关闭常开风门T3、T4使工作面风流反向，而采区的主要风流系统保持不变。,当采区进风上山发生火灾事故时，如图6-27c所示的位置发生火灾，为避免高温烟流进入工作面，可采取如下措施进行局部反风：打开常闭风门T1、T2 、T5、T7,关闭常开风门T3、T4、T6、使采区变为回风系统，而工作面风流保持不变。最后关闭风门T8，控制向火源的供风，抑制火势发展。,57,3）倾向长壁工作面的局部反风 如图6-28a所示的倾向长壁工作面，开掘专用反风道6，在专用反风道6与行人斜巷5中设置常闭风门T3、T4，在工作面进回风顺槽设常开风门T1、T2，在进风大巷中设常开风门T5。 当如图6-28b所示的位置发生火灾时，则可沿4-6撤出工作面的人员到进风大巷，然后打开常闭风门T3、T4,关闭常开风门T1、T2使工作面风流反向流向回风大巷。同时关闭进风大巷中的常开风门调节风量。,58,4）设双上山回风,如图6-29a 为采区设双上山回风的巷道布置示意图。在联络巷ab中设常闭风门T5、T6，在两条回风上山中设常开风门T3、T4，在采区上山中设常开调节风门T2，在进风大巷中设常开调节风门T1，平时两条上山均作回风用。假设在左边一条回风上山中发生火灾(图6-29b)，则立即打开ab间的常闭风门T5、T6关上常开风门T3，抑制火势。火烟气体从右边一条回风上山排出，同时采取其它灭火措施熄灭火灾。,59,以上几种形式的反风，风门的动作可以是远距离操纵，也可以再发火时派救护队员去开关。在有条件的矿井，可使用远距离操纵的自动风门。条件不允许时，除常闭风门预先没置外，其余常开风门可以临时构筑，进风大巷内的常开风门也可用挂布帘代替。总之，使用何种形式的风门，如何操纵，是否各种风门都预先设置，应根据具体条件而定。 前面介绍的风流紊乱现象可能单独发生，也可能同时发生，无论怎样发生都可能造成灾难性的后果，因此了解它们发生的原因及防治措施是十分必要的。所有风流紊乱条件式的推导都是以最简单的并串联风网为例，而生产矿井的风网极其复杂，因此有关结论与措施也仅是处理火灾的基本原则。从来没有条件完全相同的火灾事故，因此，上述处理火灾的原则必须结合千变万化的现场条件，灵活运用。,第五节 矿井火灾时期风流紊乱实例,1、波兰莫泽尤夫煤矿火灾事故 1947年1月30日波兰某矿采区上山发生火灾，由于矿井通风日常管理工作 薄弱，领导对火灾时期风流变化的规律缺乏知识，处理不当，以致使位于 火区上风侧远高火源的采区遭到有毒有害气体的侵袭，使25人牺牲。 1)矿井概况 通风系统示意图(图6-33a)与网路图(图6-33b)只绘出了与火灾有关部分。 风流从进风井筒进入生产水平后，通过大巷、石门(2-3-1-5)分别流向矿井 两翼的各个煤层采区。西翼采区因自然发火封闭，生产安排在东翼采区和 西翼的上阶段。暗井是从上阶段下放重车的通道。 2)事故发生经过 火灾的发生是由于封闭的老火区复燃外延引燃了邻近采区上山(3)的木支 架造成的。事故发生的当天一位区长曾于12点30分检查工作路过此地，并 且发觉从火区密封墙上向外涌出青烟，这时井下各个采区都在照常工作， 但42min后，突然从原来上风的暗井下口向石门涌出大量浓烟，掺入新风， 毒化了位于上风头的采区。因为没有估计到火势的发展，没有预料到火烟 会从暗井下涌，所以没有通知和撤出东翼采区的工人，以致25人中毒牺牲。,60,61,3)事故原因及教训 此次事故的发生完全是由于老火区封闭不严，燃烧外延而引起，基层领导也未能给予足够的重视，尽管发现火情而却未能及时处理，以致酿成了此次事故，从中可以总结出如下的经验教训： (1)在处理矿井火灾时，尤其针对发生在上行风流中的火灾，首先要着眼于控制火势的发展，以减小火风压的生成，这就要求将直接灭火法放在首位。同时要求在火源前面张挂临时风帘，以减少向火源点供风达到减弱火势的目的。 (2)在火源前面张挂风帘一是可以减少向火区供风，控制火势发展，同时也起了增大火区支路风阻稳定风流的作用。但在瓦斯矿井要十分注意检查火源与风帘之间的巷道里是否有局部积聚的瓦斯。 (3)保证回风系统的排烟道路畅通，因此，在排烟的道路上如果有风窗存在，要及时开启，如果能找到一条临时的通道使烟流短路，以最小的阻力排出矿井就更为理想。不过关键在于日常对矿井回风系统的管理，保持回风道支架完整，断面足够大，风速无超限的区段，没有局部阻塞是十分重要的。 (4)在上行风流中发生火灾时，在排烟的线路上已经撤出人员的情况下，千