矿井火灾时期的风流紊乱解析课件

1、第五章 矿井火灾时期的风流紊乱 矿井火灾发生后，物质燃烧释放的热能与烟气，会以机械功的形式导致巷道风流的紊乱。在平巷，会以膨胀功形式导致节流效应；在倾斜和垂直井巷，会以火风压形式导致风流逆转。因此，火灾时期矿井通风调控的正确与否事关救灾工作的成败。第一节 风流紊乱的基本形式一、风流紊乱的基本形式 所谓风流紊乱是指井下发生火灾时，在火和烟气的作用下，正常情况时巷道内风流的流动方向以及风量的分配被打乱，火灾产生的有毒有害烟气进入到进风流中，使得事故范围进一步扩大，造成大量的人员伤亡。风流紊乱的基本形式是烟流逆退和风流逆转。 由于浮升力的影响，火灾燃烧中的火焰与生成的烟气一起向上流动。如图所示，在矿

2、井巷道中，如果火源处向上流动的烟流受顶板的阻挡，热烟气将在巷道的顶部形成沿巷道进、回两个方向的流动，其中巷道顶部逆着巷道进风方向流动的烟流被称为烟流逆退（smoke rollback）。1.烟流逆退 矿井火灾烟流逆退示意图火灾模拟实验中的烟流逆退现象 由于顶板对流动的粘性影响，在十分贴近顶板的薄层内，烟气的流动速度比较低；随着垂直向下离开顶板距离的增加，其速度先增加然后减小；而下降超过一定距离后，速度便逐渐减小为零。这种速度分布使得烟流前锋的烟气转向下流，然而热烟气仍具有一定的浮力，还会很快上浮。于是顶板上部的烟流会形成一连串的旋涡，它们可将烟气层下方的空气卷吸进来，因此烟流的厚度逐渐增加，而

3、速度逐渐降低。逆退的烟流由于受到通风系统压力的影响，流动速度逐渐减小，最后又顺风流流动，这种逆退烟流的回流现象也被称为烟流滚退。在实验模拟巷道中实拍到的烟流逆退现象如图所示。1.烟流逆退烟流逆退的危害：烟流逆退现象会对在风流上风侧灭火的救护队员造成威胁，逆退回来的烟气中往往包含了大量的有毒有害气体（如一氧化碳、二氧化硫等），其所挟带的热量有时还会使灭火队员的头顶上方的可燃物燃烧起来。伴随烟流的逆退，火烟有时也可能进入到进风系统中，在富燃料燃烧时还可能产生回燃和爆炸现象，这都将带来更大的危害，使事故扩大。从烟流逆退的产生机制中可得出，烟流逆退在水平、下行或上行巷道中都会产生。显然，在下行巷道中逆

4、退的烟流量最大，因为火灾烟流浮力的作用方向与风流流动方向是相反的；在上行巷道中逆退的烟流量最小，因为烟流浮力的作用方向与风流流动方向一致；而水平巷道中的烟气逆退流量则介于这二者之间。 在矿井火灾时期，火灾产生的火风压可能会造成某些支路压力的变化，从而会改变风流的流动方向。通风网络中的某分支风流方向发生改变的现象叫风流逆转，即该分支的风流方向与未起火时的方向相反。一般风流的逆转会使火灾区域扩大，为救灾和人员逃生带来更大的危害。过去国内外发生的许多起重特大火灾和瓦斯爆炸事故，都是由于发生风流逆转而造成了大量人员的伤亡。因此，保证矿井通风系统的稳定和防止风流逆转是矿井抗灾能力的一个最重要标志，同时也

5、是矿井火灾时期救灾工作的一个重要原则。 2.风流逆转为了分析矿井火灾对通风网络的影响，首先对通风方向与路线类型作如下定义：上行通风：在倾斜或垂直的巷道中，风流从标高低端向高端的流动。下行通风：在倾斜或垂直的巷道中，风流从标高高端向低端的流动。主干风路：发生火灾后，从入风井口经火源点到回风井的通路。旁侧支路：主干支路以外的其余支路均称旁侧支路。直接烟侵区：火烟在排往地面的沿途，通过所有的巷道时仍保持其发火前的风向不变，并受火烟弥漫的区域。矿井火灾时期常见的风流逆转风路有：上行通风的旁侧支路下行通风的主干风路火风压概念 火灾时，高温烟流流过巷道所在的回路中的自然风压发生变化，这种因火灾而产生的自然

6、风压变化量（增加量），在灾变通风中称之为火风压。所谓火风压就是指烟流流经有高差巷道时，由于风流温度升高和空气成分变化等原因而引起该巷道位能差变化值。 火风压的计算 图示通风系统中，在F点发火，3-4 风路的风温和空气密度发生变化，产生的火风压为：HfZ（mamg）gHf 1-2-3-4-1火风压，Pa；Z 3-4风路的高差，m ；ma、mg3-4 风路火灾前后空气的平均密度，kg/m3 ；g 重力加速度，m/s2火风压的特性 （1）火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中； （2）火风压的作用相当于在高温烟流流过的风路上安设了一系列辅助通风机； （3）火风压的作用方向总是向上。 1）上行

7、通风旁侧支路的风流逆转在上行通风主干风路发生火灾时，火风压的作用方向与主通风机提供的风压作用方向一致，因此上行通风主干风路一般不会发生风流逆转，在火风压作用下，其风量还会增加。但上行通风旁侧支路在火风压的作用下，却会受到相反的影响。 一般来说，火风压会使旁侧支路的风量减小，甚至造成旁侧支路的风流逆转，上行风流旁侧支路的风流逆转是火灾时期发生风流紊乱的常见形式之一。旁侧支路风流逆转又如图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a1中，由于高温烟流流经上行风路，所以在烟流的流经路线上存在局部火风压，就相当于安设有局部通风机，如图中所示的hF1、hF2、hF3、hF4所示。这些局部火风

8、压的作用方向与系统的主要通风机风压（hf）作用方向一致。在这种情况下，主干风路12A3F4B56的风向一般是保持原来的方向不变，而旁侧支路a2、b、c2则可能会发生风向逆转。上行风流中发生火灾的风网示意图旁侧支路风流逆转的原因在于：由于火风压的作用，使得主干风路的压力提高，也增大了旁侧支路回风侧的压力，随着火势的进一步发展，火风压值不断增大，旁侧支路的压差（如图1-4中的h3-4、hA-B、h2-5）就会减小，甚至可能变为零或负值，旁侧支路的风量也随之减小直至为零，最后风流发生逆转。2）下行通风主干风路的风流逆转 当下行风流中发生火灾或有高温烟流流过时，所形成的火风压与通风机提供的风压作用方向

9、相反，由于这二者的相互作用关系，主干风路的风流在火灾的初期，风量会逐步减小；随着火势的发展，火风压进一步增大，当火风压与风机提供的风压平衡时，风量为零，此时发生的燃烧为富燃料燃烧，这一过程近似为点状态，仅能维持较短的时间；当火风压继续增大时，即会发生风流的逆转，此时将有大量的新鲜风流进入已窒息的火区，在火区的高温条件下就可能发生回燃并可能引起爆炸。图1-5表示下行主干风路3-5 发生风流逆转。由于风流逆转时可能会出现回燃或爆炸，容易造成重大的人员伤亡和财产损失，是下行通风主干风路发生火灾的最危险阶段。在我国的煤炭开采史上，有很大一部分重大事故是由于矿井火灾和瓦斯爆炸发生主干风流的逆转而引起的。

10、深刻掌握火灾时期下行风流火灾的变化规律，并采取积极有效的措施防止风流逆转的发生，对于矿井火灾的成功扑救具有十分重要的意义。图1-5 下行通风主干风路风流逆转两种风流紊乱形式的特征见下表紊乱的形式发生地点发生原因表象烟流逆退着火巷及其相连的风路上火源处热烟气在浮升力的作用下，向上流动并受到顶板的阻挡，而出现向逆巷道进风方向的扩散。在巷道的顶部一部分逆着巷道进风方向流动的烟流；在机械风压作用下，逆退的烟流又会回流到火源。风流逆转上行通风的旁侧支路；下行通风的主干支路。旁侧支路中的机械风压低于局部火风压；下行通风的局部火风压大于机械风压。分支中风流流动方向与原风流方向相反。第二节 风流紊乱的原因与防

11、治 灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要。实践证明，当矿井发生火灾时，正确的稳定风流，对保证井下人员安全撤出，防止瓦斯爆炸，阻止火灾和烟气蔓延扩大，以及对灭火工作都是十分重要的。 1、风流紊乱的原因 矿井发生火灾时，造成风流混乱的一个很重要的原因是火灾形成的火风压。火风压的作用方向可能与通风机风压方向相同，使矿井总风量增加；也可能与通风机风压方向相反，使矿井总风量减少。 2、上行风流紊乱的防治 1）发生风流逆转的原因 因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大； 因巷道冒顶等原因造成火源下风侧风阻增大，导致主干风路火源上风侧风量减小，沿程各节点压能降低。 2）风流逆转的规律

12、 上行风路产生火风压，会导致旁侧支路风流逆转。 旁侧支路风流是否发生逆转，与本分支的风阻大小无关。 风流逆转的过程一般是，风量先逐渐减小，至停止，到反向。旁侧支路风量减小，则可能是逆转的前兆。 3）旁侧风流逆转的防治 降低火风压； 保持主要通风机正常运转； 采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻。 3、下行风流紊乱的防治 1）发生风流逆转的原因 在下行风路中产生火风压，其作用方向与主要通风机作用风压方向相反。当火风压等于主要通风机分配到该分支压力时，该分支的风流就会停滞；当火风压大于该分支的压力时，该分支的风流就会反向。主干风路风阻及其产生的火风压一定时，风量越小，越容易反向。

13、2）风流逆转的防治 防止下行风路风流逆转的途径有： 减小火势，降低火风压； 增大主要通风机分配到该分支上的压力。 1、基本要求 保护灾区和受威协区域的职工迅速撤至安全地区或地面； 有利限制烟流在井巷中发生非控制性蔓延； 防止火源附近和流过火源风流中的瓦斯达到爆炸浓度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的地区； 为救护创造条件。 第三节 火灾风流的控制 2、控制方法 风流的控制可以是区域性的，也可以是全矿范围内的。控制的方法可以借助于主通风机、局部通风机以及通风装置；也可以只使用通风设施，如风门、临时密闭和调节风窗等，或者几种结合起来使用。 1）维持正常通风 适用条件： 火源位于采区内部，烟流已弥蔓较大范

14、围； 通风网路复杂的高瓦斯矿井，采用其他通风方式有发生瓦斯和煤尘爆炸危险； 火源位于独头掘进巷道内，不能停运局部通风机； 火源位于主要回风巷； 2）减少风量 通过减少向火源供风抑制火势发展。但应注意的是，减小风量不要引起瓦斯爆炸；若火源下风侧有人员未撤出，则不能减风。 3）停风机 适用条件： 火源位于主要进风井巷，不能进行反风； 独头掘进面发火已有较长的时间，瓦斯浓度已超过爆炸上限，这时不能再送风； 注意：停止主通风机时应同时打开回风井的防爆门或防爆井盖。 4）反风 当井下发火时，利用反风设备和设施改变火灾烟流的方向，以使火源下风侧的人员，处于火源“上风侧”的新鲜风流中。反风类型全矿反风区域反

15、风局部反风 （1）全矿反风 通过主通风机及其附属设施实现。 （2）区域性反风 在多进、多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发火时，调节一个或几个主通风机的反风设施，实现矿井部分地区风流反向的反风方式，称为区域性反风。 （3）局部反风 当采区内发生火灾时，主要通风机保持正常运行，调整采区内预设的风门开关状态，实现采区内部局部风流反向，这种反风方式称为局部反风。 图5-1 联络巷与专用反风巷布置图 1进风大巷；2回风大巷；3进风下山；4回风下山；5联络巷；6专用反风巷 5）风流短路 火源位于矿井的主要进风系统，若不能及时进行反风或因条件限制不能进行反风时，可将进、回风井之间联络巷中的风门或密闭打开，使大部分烟流短路，直接流入总回风，减少流入采区烟流，以利人员避难和救护队进行救护。 通常利用联络巷道进行风流短路的方法有以下几种：1）增辟排烟支路 （1）上山采区增辟排烟支路。上山采区增设专用反风道布置图1-进风大巷；2-回风大巷；3-进风上山；4-回风上山；5-专用反