【毕业学位论文】大范围隐患区资源开采安全控制技术研究-安全技术及工程博士论文

博士学位论文 大范围隐患区资源开采安全控制技术研究 作者姓名： 苏家红 学科专业： 安全技术及工程 学院 （系、 所） ： 资源与安全工程学院 指导教师： 古德生 教授、院士 中 南 大 学 二八 年 三 月 分类号 密级 博士学位论文 大范围隐患区资源开采安全控制技术研究 者姓名： 苏家红 学科专业： 安全技术及工程 学院 （系、 所） ： 资源与安全工程学院 指导教师： 古德生 教授、院士 副指导教师： 论文答辩日期 答辩委员会主席 中 南 大 学 二八 年 三 月博士学位论文 摘要 要 本文针对铜坑矿大范围隐患区下的矿体开采安全技术，综合采用理论分析、工业试验、数值模拟等技术手段，展开了系统的研究工作。分析了大范围隐患区开采的安全问题及其影响因素， 研究在大范围隐患区下资源开采的地压安全与管理，提出了隐患矿体连续开采顶板诱导崩落技术思路及其实施工艺，预测了隐患区下的大爆破危害效应。对隐患矿体下的热环境与通风问题开展了数值模拟，提出相应的控制措施，结果表明，研究结果能够有效的改善大范围隐患区下矿体开采的安全技术条件，提高矿山的资源综合利用效率。 （ 1）针对华锡集团铜坑矿隐患矿体的开 采，研究了隐患矿体开采安全厚度的力学分析模型， 并运用非线性技术理论预测了隐患矿体连续开采条件下的顶板安全厚度。构建了基于 连续采矿对顶板扰动崩落的时变力学模型，分析了采矿扰动下的顶板诱导崩落时变效应。 （ 2）提出了隐患区下基于连续采矿顶板 诱导崩落技术，即顶板岩体中的部分强制放顶，两侧预裂控制崩落空间的诱导放顶方案，确定了合理的人工干扰放顶的时间，设计了诱导崩顶的爆破顺序和爆破参数。 （ 3）针对复杂的隐患区下细脉带的开采 环境，预测了地下工程大爆破灾害的危险度，主要包括地下大爆破的地震灾害、爆破冲击波和有害气体，提出了地下大爆破灾害与效应的安全控制措施。 （ 4）分析了大范围隐患区下开采的衍生 灾变特征和主要的灾变类型，提出了衍生灾变数字化监测与预报安全技术， 并通过数字化钻孔监测研究了诱导放顶的岩体裂隙演化规律。 （ 5）针对复杂自燃的细脉带矿体及其立 体开采环境下，通过数值模拟热源影响下的风流与作业点舒适度，优化隐患环境下地下采场通风参数，提出铜坑矿火区性能化设计方法和控制措施。 关键词：隐患矿体；安全厚度； 爆破； 顶板诱导崩落； 灾变监测； 热害 博士学位论文 摘要 o in in is To of of of to on of by At by by (1) To of in o., by EM to of by as on of is by of of is to in (2) To of is on of is of is by by is by EM to At of in of (3) of of in of to of (4) It is to of In to 士学位论文 摘要 to of by a on of (5) of it is a to in By MV to is of of 博士学位论文 目录 1目 录 摘 要 . .一章 绪论 .究的背景.要的问题.究现状.究的意义.究的思路与主要内容. 研究思路. 主要研究内容.二章 大范围隐患区下资源安全开采数值模拟研究 .言.患区矿体开采顶板安全厚度的非线性预测. 顶板稳定性评价方法与原则. 安全顶板厚度影响因素. 采空区的破坏机制及顶板安全厚度的数值模拟. 顶板安全厚度的非线性回归模型. 安全顶板厚度非线性神经网络预测. 安全顶板厚度的确定与验算. 时变分析方法. 顶板诱导崩落时变分析基本方程. 模型建立. 参数赋值. 结果分析.结.三章 隐患区下顶板诱导崩落技术研究 .板诱导崩落区概况.板诱导处理方案研究. 充填体下顶板诱导崩落技术研究. 非充填体下顶板诱导崩落模式的数值模拟.板诱导崩落工艺. 顶板诱导崩落技术参数的确定. 预裂孔线装药密度确定.士学位论文 目录 板诱导崩落装药结构和起爆方法. 安全技术措施. 爆破效果与分析.论.四章 大范围隐患区井下大爆破技术与安全控制.脉带大范围隐患区大爆破技术. 工程概况. 爆破方式. 爆破器材. 起爆网路. 爆破效果.患区下的爆破安全预测与控制. 地下隐患区下大爆破灾害效应类型. 大爆破灾害效应预测. 防止爆破过程中有害效应措施. 爆破地震作用控制及防护工程.破有害效应监测与分析.爆破震动. 爆破冲击波.爆破有害气体. 地压监控与安全措施. 矿山环境.结.五章 大范围隐患区开采衍生灾变与控制.范围隐患区开采衍生灾害特征. 衍生灾变的类型. 大范围隐患区开采衍生灾变特征.范围隐患区开采衍生灾变数值模拟与预测. 数值模拟模型的构建. 数值结果分析. 充填体下连续开采的三维有限元地压模拟结果.生灾变数字化监测与预报. 地压监测预报. 92号矿体地质灾害信息系统研究. 数字可视化钻孔监测.士学位论文 目录 隙形态统计分析. 裂隙倾向. 裂隙倾角. 裂隙迹长. 裂隙深度. 诱导致裂裂隙演化规律.生灾变行为控制.结.六章 大范围隐患区下通风环境与安全控制. 烟流的三维流动模型. 火灾烟气流动模型的控制方程.患区下采场通风与环境控制数值模拟. 物理模型. 基本假设. 边界条件. 数值模拟结果分析. 不同顶板热源温度环境下的热环境效果研究.坑矿火区采场性能化防火设计. 基本概念和优点. 矿山性能化设计的性能规范和防火安全目标. 矿山性能化设计方案的评估. 性能化方法在矿山自燃火灾防火设计中的应用.结.七章 结论与展望.要结论.要创新点.望.考文献 . 致 谢 . 126 攻读学位期间主要的研究成果 .士学位论文 第一章 绪论 1第一章 绪论 究的背景 我国金属矿山特别安全隐患区下的大型矿山以及众多的小矿山， 安全生产形势相当严峻，对生态环境造成了严重破坏，给国家造成了巨大的经济损失，严重制约了我国矿山企业的可持续发展，同时造成了恶劣的社会影响。 表 1矿山事故原因统计分析1事故原因 死亡人数百分比 (% ) 违反操作规程 53. 77工作环境不良或有缺陷 13. 22对现场工作缺乏检查或指挥错误 9. 51 安全设施缺少或有缺陷 8. 10 安全操作规程缺少或不健全 4. 88 教育培训不够缺乏安全操作知识 2. 71 设备设施工具有缺陷 1. 97 技术与设计上有缺陷 80 劳动组织不合理 0. 79 尽管采矿作业的安全性已经取得了很大的进步，但是采矿工程，特别是地下采矿工程仍然是危险性很大的活动。采矿作业的危险性主要源于：有限的工作空间、岩石应力和温度太高、岩石条件的差异、矿藏的地质条件以及矿藏中有毒有害的气体等。许多矿藏的岩石由于其强度和硬度只能采用爆破的方法来开采，这势必影响自动机械化在采矿中的应用。因此采矿作业经常是劳动密集型的，这对采矿的安全和生产都有消极的影响。如果矿藏岩石的力学性质有利于机械化开采，采矿的安全和效率就能得到极大的改善1。 铜坑矿是华锡集团主要的矿物原料生产基地，具有细脉带、 91 号和 92 号矿体，三大矿体呈上、中、下立体重叠分布，受多年开采的影响，已形成复杂的空区结构。随着下部 92 号矿体进行大规模开采后，地压问题逐渐显现严重，开采难度日趋增大。在目前的经济技术条件下，为了防止发生大面积地压灾害，必须寻求最佳回采方案和有效的监控措施。为了实现三大矿体的安全生产，回收宝贵的矿产资源，消除开采过程的安全隐患，避免地压及其环境灾害的发生，本研究在对铜坑矿开采技术与环境条件进行全面研究的基础上， 从地压分析理论及监控技术的角度，对 92 号矿体开采宏观地压进行了全面的分析。研究的技术路线为：从三大矿体工程地质、赋存环境和矿体开采现状分析，建立三维弹性有限元数值模拟分析模型，通过对三大矿体不同的开采阶段围岩应力、应变分布、稳定状态博士学位论文 第一章 绪论 2进行模拟分析，进行可开采顺序和地压控制方式等研究，采用岩体声发射、压力和位移监测方法，对矿体开采过程中采场顶板和矿柱的稳定性进行预测预报，及时指导矿山生产作业，提出相应得措施对策，确保井下作业设备和人员安全。 最先开采的细脉带矿体位于铜坑矿三大矿体最上部。 设计的采矿方法为无底柱分段崩落法。 1976 年矿岩崩落带发生了矿岩自燃，燃烧物质随着出矿而进入到工作面，对采矿作业造成极大的威胁。 1986 年停产。为防止火区蔓延， 1987年对 570m 水平以上矿段进行采矿方法改造，将 625平矿段留作隔火矿柱。 570平采用分段空场法二步回采。这种方法增加了充填成本又没有明显提高出矿品位，矿山生产处于亏损状态， 1990 年再次停产。直到 1997 年，华锡集团成立了设计组对细脉带矿体开采作出了全面的设计， 对细脉带矿体进行了二次圈定，并改变矿房的布置方向，设计采出品位（ 到 上。尽管 1997 年以来没有停止过采矿，但采矿能力并没有达到设计要求。只选择高品位部分 （矿脉） 用浅孔采矿法进行了回采， 留下了相当数量不规则分布的采空区。细脉带矿体现剩有 吨矿石未开采。 91#矿体位于细脉带矿体的下部，品位较 高，采用空场法嗣后充填二步骤回采。矿房采用块石胶结充填空区，矿柱采用废石干式充填空区，到 2003 年底止，已基本结束回采并已对大部分空区进行了充填。仅剩余边缘贫薄的零星矿段，保有基础矿石储量为 吨，其中 91#矿体充填空区 余未充填空区量为 随着矿山生产的建设发展，矿山开采的主要水平向下部 92#矿体转移，造成了三大矿体在垂直方向上多层重复采动的局面。 由于三大矿体空间分布的特异形态以及回采顺序紊乱，三大矿体开采形成上下空区群，矿山地压控制工作困难。上部隔火矿柱由于民采和局部自然冒落已呈不完整状态，稳定性受到很大影响。造成了火区蔓延和地压灾害等安全隐患。 1997 年被广西认定为特大事故隐患区。 多年来，铜坑矿投入了大量的人力物力进行事故隐患区的治理，使火区和地压灾害隐患基本处于受控状态。但是，从安全生产的角度看，触发事故的因素依然存在，事实上，多年来铜坑矿的生产发展一直受上述安全隐患的制约和困扰。 因此，合适的安全高效采矿技术手段，强采强出回采细脉带和 92 号矿体，彻底根治和消除安全事故隐患，这是铜坑矿生产发展的关键。 要的问题 我国金属矿山安全生产存在的主要问题2： （ 1）我国大多数矿山地质条件复杂，容 易引发重大事故，给安全生产造成极大的困难。而且随着开采深度的不断增加，冲击地压危险性增大，围岩温度提高，通风排水难度增大。 博士学位论文 第一章 绪论 3（ 2）由于安全生产许可制度起步晚，安 全生产法规体系不健全，安全生产监督管理体制不完善，力量不足、手段落后、尚未建立起完善的监控体系。尤其个体或集体中小型矿山数量众多的格局，使安全生产的监管对象多元化，监管的难度极大。加上个别地方政府的不科学发展观，以及官员不良的政绩观在作祟，致使个人利益高于地方政府的长远利益， 对一些没有安全生产许可证或达不到安全要求的金属矿山不能停产整顿，更不能按照安全生产法 、 安全生产违法行为行政处罚办法 、 安全生产许可证条例的规定进行关闭。 （ 3）数量占绝对优势的小矿，矿山装备 落后，开采技术手段落后，采矿方法不规范，安全科学技术水平较低。 （ 4）个别地区矿业秩序混乱，越界开采 现象十分严重，形成许多人为的事故隐患，大部分企业缺乏自我约束机制和自我管理的能力等问题。近几年发生的死亡 30 人以上的特别重大事故都与此有关。 （ 5）安全意识薄弱、法制观念不强、管理人员凭主观意志和经验进行工作 ,管理技术和手段落后。我国矿山从业人员，特别是中小矿山的从业人员主要以农民工为主，他们文化素质明显偏低，安全意识差、安全生产工作技能差、自我保护能力弱，就是矿长、安全管理人员和特种作业人员的持证率也较低，先上岗后取证的现象比较普遍，目前安全生产培训无论工作机构数量，还是培训质量都很难保障工作需要。 （ 6）在矿山生产中，尾矿库建设前期工 作对自然条件（考虑不周，盲目压低资金而置安全于不顾， 未经过设计或由不具有相应设计资质的设计单位进行设计等）或施工质量不良；尾矿库由不具备专业知识的人员管理，尾矿工未经过专业技术培训，未制定合理的安全管理制度和安全操作规程，未按设计要求或有关规定执行等原因， 尾矿库工程灾害频频发生， 造成了惊人的人员伤亡和财产损失。 （ 7）每年未按规定在固定资产更新和技 术改造资金中提取安全措施费用或投入安全费用的比例混乱。安全费用投入不足是造成事故发生的主要原因，致使工程改造达不到规定的安全技术要求。投入的比例混乱，金属矿山企业不能建立安全生产的长效管理机制，效益好的时候能确保安全费用的投入，效益不好的时候只能采取降低安全费用的投入，使工程质量达不到安全技术要求。 究现状 矿山安全生产的目的就是要避免或减少矿井事故的发生， 而矿山伤亡事故的发生，其实质就是由能量或物质的意外释放对人员造成的伤害，能量或物质发生意外释放又是由于不安全行为和不安全状态所产生的， 不安全行为和不安全状态又可以追踪到人、机（物） 、环境三方面3所以，矿山井下生产系统是一个由人、机（物） 、环境三方面所组成的、空间分布极其复杂的灾害系统。矿山井博士学位论文 第一章 绪论 4下发生的主要灾害形式有瓦斯煤尘爆炸、透水、自然发火、煤与瓦斯突出、机电事故、冒顶片帮、坍塌、高处坠落、放炮、物体打击、中毒与窒息、机械伤害、起重伤害、其他伤害、触电、火药爆炸、其它爆炸、灼烫、火灾、淹溺等等。表1根据文献给出的非煤矿山死亡事故按事故类别统计结果。 同时还应注意到，尽管这些事故的发生机理各异，但致灾因素却相互关联，在时间、空间上各种灾害都可能随时随地发生，且相互影响。所以，矿山矿井的安全评价应立足于人、机（物） 、环境三方面进行系统的分析与判断，评价和确定出矿山矿井系统所具有的安全可靠度，以掌握矿山矿井系统的安全状态，为矿山安全管理体系的整改提供依据。 表 12006 年金属与非金属矿事故分事故类别情况表20同比 同比 事故起数 % 死亡人数 % 合计 1869 271 顶片帮 362 3 22 体打击 390 13 塌 223 31 处坠落 302 19 20 32 炮 154 06 10 毒和窒息 78 2 57 9 械伤害 92 2 辆伤害 78 5 他伤害 175 229 地下资源的开采中有应用房柱法、全面法、留矿法等空场类方法采矿，才存在采空区处理问题。地下采空场除在特定条件下可以支撑并永久保留外，通常都应当进行处理，其目的在于消除空场，避免冲击地压隐患。归纳国内外的空场处理方法，不外乎崩落和充填两大类，进一步细分为有 5 类：即“崩” 、 “充” 、 “撑” 、“封”和前述某几种方法的“联合”21各类采空场处理方法都有特定的适用条件，在其特定的条件下各有利弊。用崩落法处理埋深较小或较厚大的矿体开采所形成的采空场时，易引起地表沉陷、开裂，但能及时消除空场，并且可以简化处理工艺，提高劳动生产力；充填法限制岩体移动的效果较好，但需要巨大的投资建充填系统，充填成本也较高；支撑法处理顶板坚硬稳固的采空场时，只能暂时维持空场稳定，除非采出率极低，它并不能最终消除顶板冲击地压，而且人工矿柱支撑较昂贵，人工矿柱支撑要损失大量资源。联合法是一类较有发展前途的采空场处理方法。应用联合法，容易根据生产实际吸收采纳各基本方法的优点，克服其局限性。空场处理应与其利用相结合，最大限度地是应用地下资源，保护环境，实现矿产开发的可持续发展。 多少年来，尽管在采矿工程的实践中，人们以各种各样的方式应用人工扰动博士学位论文 第一章 绪论 5诱发岩石力学系统失稳的原理和成果28但是，基于人工扰动诱发岩石力学系统失稳原理的诱导崩落技术，作为一种新技术提出来，还是最近几年的事情，并已得到了快速的发展。澳大利亚诺斯帕克斯矿 矿体的围岩系中等节理到节理发育的岩体，其特征是夹有石膏页脉，岩体强度随深度而减弱。该矿体上段 480m 目前正采用矿块崩落法开采，拉底范围长为 196m，宽 180m。拉底工作完成后，从未达到过连续崩落。因此需要采取诱导崩落的措施，来保持安全的崩落，以维持矿山生产。为此该矿利用原先钻在所采矿块中部的勘探孔进行水力碎裂以诱发崩落，试验取得了成功，产出的矿石超过了 700 万吨，而且费用大大低于常用的各种诱导崩落方法。随着诱导崩落技术的不断发展，高压注水、应力诱导等，当今崩落采矿方法的应用趋势是朝着开采比较稳固矿床的方向发展，通常根本不会考虑用崩落采矿方法的稳固性较好的矿床， 今后也可以采用自然崩落采矿法进行开采。 在国内，诱导崩落技术在坚硬厚煤层顶煤开采中得到了广泛的应用。索永录在对坚硬特厚煤层综放开采顶煤破坏基本特征及影响顶煤破碎冒放主要因素分析的基础上， 提出了综放开采大放高坚硬顶煤深孔爆破和爆后破坏区动压注水预先综合弱化方法，建立了预先弱化作用力学模型，分析了预先综合弱化作用基本规律及主要参数的确定方法，并结合靖远矿务局红会一矿的具体条件，进行了试验研究，并取得圆满成功37。 为了更加清晰地反映顶煤物理力学性态的这一转化过程， 谢和平院士将这一转化过程分为 4 个阶段： （ 1）原始状态阶段； （ 2）裂隙发育阶段； （ 3）裂隙扩展与贯通阶段； （ 4）顶煤的碎裂与冒落阶段。并结合大同矿务局忻州窑煤矿 8911工作面的综放开采实践，详细研究了顶煤松动爆破技术的方案制定及实际应用，运用分形理论及室内爆破实验研究，得出了三角形布孔方式具有能量利用率高、爆破效果好等优点38。通过实践证明，该方案满足了在坚硬厚煤层综放开采中成功进行顶煤预破碎的需要。 对于坚硬且裂隙不发育的厚煤层而言， 采用综放开采技术时不能自行充分完成上述后 3 个阶段，以至于顶煤在支架上方不能垮落或垮落块度大，因此利用人工手段使顶煤在支架上方充分破碎是坚硬厚煤层综放开采成功的关键问题， 工程爆破是破碎煤岩体的常用而有效的方法。 根据大同矿务局忻州窑煤矿的煤层与地质条件，采用在工作面顶煤处开两条专用爆破施工巷道，向两侧施水平或向下微倾斜钻孔进行爆破，称为对坚硬顶煤的松动预爆破方式。如图 1示， 为钻孔区； B 点为起爆点； 为爆破后的顶煤 体弹性模量、力学强度下降，使其能充分完成上述后 3 个阶段，达到顺利放出顶煤的目的。 博士学位论文 第一章 绪论 6图 1板物理力学性态的转化过程 闫少宏提出了用人工切槽注入高压水，人为定向将坚硬老顶分层，从而降低其来压强度的控制坚硬顶板的新途径，论述了水力压裂机理、裂缝扩展的基本条件及裂缝扩展的方向，并用实验验证了理论研究成果39。利用注水软化作为提高含较厚夹矸顶煤体冒放性的方法，试验取得了较好的效果，为类似综放工作面的开采提供了借鉴。 李俊平应用控制爆破局部切槽放顶技术处理采空区40，使采场形成一条相同的隔离带。切槽的目的是削弱拉应力分布区围岩的强度，促使顶板最先沿放顶带冒落、下沉，并逐步扩展直至达到围岩自然平衡状态。采用控制爆破的目的是使崩落的松石，沿掏槽中轴线抛掷、挤压、堆筑成松石坝，削弱一定规模空场冒落激起的空气冲击波的影响；随着顶板下沉而最先在堆坝处接顶，又可将大空场分隔成几个互不相连的小空场，从而减小出现同时冒落的范围，并调整待采矿体的应力集中程度。 张明海等提出了一种经济、有效而可行的防治冲击地压成灾的卸压洞法。同时又从岩石力学系统稳定性角度，对其进行了理论分析41。该法从本质上是在矿山采掘活动中以人为定点开挖卸压洞来弱化煤体， 使由采掘诱发的冲击地压在预定点发生，释放其周围系统中的大部分能量。即在人为预定点释放能量，从而达到控制或防治冲击地压灾害的目的。研究表明，卸压洞是一简单易行的防治冲击地压灾害的方法，在巷道掘进时顺便掘出卸压洞，增加工程量小，不影响生产环节，效果明显；卸压洞起到了安全阀的作用，即在定点位置，人为弱化局部煤体，以局部煤体的失稳破坏保护运输巷道和整个煤体工作面的稳定。 在矿井火灾研究方面， 矿井火灾作为一种长期威胁矿山安全生产的主要自然灾害之一，历来受到人们的极大关注42自 50 年代波兰学者 对火灾时期风流紊乱规律进行了一系列开创性的研究工作以来， 国内外均投入了大量图 1道掘进时卸压洞布置示图 博士学位论文 第一章 绪论 7的人力、物力从各个方面开展了广泛的研究工作并取得了一定的成果。但由于火灾过程的复杂性、多变性、随机性以及通风网络的动态性，使人们对于矿井火灾的发生、发展及其后果在很大程度上还仅限于定性的水平42 （ 1）理论研究45于矿井火灾时期的通风状态及烟流运动规律的理论研究成果中具代表性的还是 50年代波兰学者 量烟气作用学说认为：除火风压之外由于火灾而造成的气体膨胀等效于在火灾发生处加一外来的流源。 过量烟气学说的提出很好的解释了主干风路（特别是上行风路）烟流逆退的原因，并得出了相应的风流方向判别式。 而局部火风压理论则为分析旁侧支路风流的逆转和下行主干风路的风流逆退提供了理论基础，此后，许多学者对各种不同的风流流向（上、下行风流）的巷道内发生火灾时风流的流向提出了众多的判别式，建立了火灾时期风流流动状态的理论基础。通过这些判别式，使人们对矿井火灾时期的风流及烟流的运动规律形成了一些定性的认识， 并用于指导火灾时期的风流控制及救灾工作，尽管这些判别式在直观上给出了判别井巷风流方向的条件和依据，但其中的一些参数如过量烟气 部火风压 今尚无一致公认的成果。在这方面许多的研究机构和人员一直在进行着不懈的努力。 到目前为止，关于局部火风压的计算，在现场的实际计算中应用最多的是以流体静力学及热力学出发所推导出的计算公式，它形式简单、计算方便 （ 2）实验研究 长期以来，实验研究一直是矿井火灾及其相关学科（如流体力学、传热学、燃烧学等）领域中的重要研究手段之一。针对火灾时期的矿井通风状态及烟流运动规律，国内外均展开了大量的实验研究，其中既有实际规模的巷道实验，也有小规模的模型实验。 70 年代初，波兰在巴尔巴拉实验矿井对 火灾的早期预测、火源的探查、烟流的组分、风流的异常变化以及灾变通风等问题进行了实验研究。美国在模型实验和巷道实验的基础上在 80年代的初期又在实验矿山中进行了燃煤 60吨的大规模实验，考察了烟流气体组分与通风参数变化间的关系。 8587 年间，西德在多特蒙德市的特肚莫尼亚矿对斜巷中的火灾进行了实验，考察了不同的风流速度、风流方向、燃烧规模等条件下，着火巷道中的温度分布，以及皮带燃烧时火焰沿皮带扩展的距离。另外，东德在一个盐矿的平巷中也进行了皮带燃烧实验。考察了不同风流速度的条件下，皮带的燃烧速度，以及烟流气体组分和温度在巷道中的分布。日本在 80 年代进行了多次规模不同的巷道火灾实验。 88 年井上雅弘等人在九州矿研究中心的一条实验巷道中进行了 7 次大规模的木材燃烧实验，博士学位论文 第一章 绪论 8每次木材用量 8000等。对火源温度、风速变化、温度分布、烟流组分等进行了考察。在同一地点，内野健一等人进行了长度 50坑木带燃烧实验， 考察了巷道木支架火灾蔓延速度及着火带的长度得出了火灾蔓延速度与通风速度成正比的结论。另外，也是在这一巷道中还有人进行了规模更大的燃烧实验，最多一次烧掉木材 3200验中主要考察了烟流的逆流（滚退）现象。实验结果表明：初期风速越小，火灾烟流逆流发生的越快，在初期风速为 平均风速 s 以上时，即可防止逆流的发生。 随着计算机技术及计算数学的发展，出现了计算流体力学、计算传热学以及计算燃烧学等一批新的相关学科分支。从 70 年代开始，越来越多的人开始致力于矿井火灾过程的数值模拟， 并开发出了多种用于矿井火灾时期通风状态模拟的程序。 1973 年美国密西根大学的格鲁尔（ 授首先编制出了矿井火灾稳态模拟的计算机程序。 在 1979 年和 1987 年他们又分别完成了矿井火灾的瞬态模拟程序及用于解决矿井火灾时期风流状态模拟和控制问题的计算机程序，即序。 后通过对 序的完善和补充， 增加了对岩石温度、火源的产热量、风机性能、分支排序等参数的处理，又推出 序。 80 年代前期，日本的中川佑一和山尾信 一郎考虑到了火灾地点气体组分变化及气体质量流量的增大对通风网络的影响