矿井火灾时期的风流紊乱解析课件.ppt
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1、第五章第五章 矿井火灾时期的风流紊乱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,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以膨胀功形式导致节流效应节流效应;在倾斜和垂直井巷,会;在倾斜和垂直井巷,会以以火风压火风压形式导致风流逆转。因此,火灾时期矿井通形式导致风流逆转。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。风调控的正确与否事关救灾工作的成败。第一节第一节 风流紊乱的基本形式风流紊乱的基本形式一、风流紊乱的基本形式一、风流紊乱的基本形式 p所谓所谓风
2、流紊乱风流紊乱是指井下发生火灾时,在火和烟气的作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,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。使得事故范围进一步扩大,造成大量的人员伤亡。p风流紊乱的基本形式是风流紊乱的基本形式是烟流逆退烟流逆退和和风流逆转风流逆转。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,在矿井巷道中,如果火源处向一起向上流动。如
3、图所示,在矿井巷道中,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风方向流动的烟流被称为烟流逆退烟流逆退(smoke rollbacksmoke rollback)。)。1.1.烟流逆退烟流逆退 矿井火灾烟流逆退示意图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,在由于顶板对流动的粘性影响,在十分贴近顶板的薄层内十分贴近顶板的薄层内,烟气的流动速,
4、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,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其速度先增加然后减小;而;而下降超过一定距离后,下降超过一定距离后,速度便逐渐减小为零速度便逐渐减小为零。这种速度分布使得烟流前锋的。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,而速度逐渐降低。逆退的烟流由于受到通风系
5、统压力烟流的厚度逐渐增加,而速度逐渐降低。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。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:烟流逆退的危害:烟流逆退现象会对在烟流逆退现象会对在风流上风侧风流上风侧灭火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),其所挟带的有毒有害
6、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。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,火烟有时也可能伴随烟流的逆退,火烟有时也可能进入到进风系统中进入到进风系统中,在,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。大的危害,使事故扩大。从烟流逆退的产生机制中可得出,烟流逆退在从烟流逆退的产生机制中可得出,烟流逆退在水平、下水平、下行或上行巷道行或上行巷道中都会产生。显然,在下行巷道中逆退的烟中都会产生。显然,在下行巷道中逆退的烟流量最大,因为火
7、灾烟流浮力的作用方向与风流流动方向流量最大,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。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方向发生改变的现象叫风流
8、逆转风流逆转,即该分支的风流方向与未起火,即该分支的风流方向与未起火时的方向相反。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,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矿井通风系统的稳定和和防止风流逆转防止风流逆转是矿井抗灾能力的一个最重是矿井抗灾能力的一个最重要标志,同时也是矿井火灾时期救灾工作的一个重要原则。要标志,
9、同时也是矿井火灾时期救灾工作的一个重要原则。2.2.风流逆转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:路线类型作如下定义:p上行通风:在倾斜或垂直的巷道中,风流从标高低端上行通风:在倾斜或垂直的巷道中,风流从标高低端向高端的流动。向高端的流动。p下行通风:在倾斜或垂直的巷道中,风流从标高高端下行通风:在倾斜或垂直的巷道中,风流从标高高端向低端的流动。向低端的流动。p主干风路:发生火灾后,从入风井口经火源点到回风主干风路:发生火灾后,从入风井口经火源点到回风井的通路。井的通路。p旁侧支路:主干支路以外的其余支路
10、均称旁侧支路。旁侧支路:主干支路以外的其余支路均称旁侧支路。p直接烟侵区:火烟在排往地面的沿途,通过所有的巷直接烟侵区: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。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:矿井火灾时期常见的风流逆转风路有:p上行通风的旁侧支路上行通风的旁侧支路p下行通风的主干风路下行通风的主干风路火火风压概风压概念念 火火灾时,高温烟流流过巷道所在的回路中的自灾时,高温烟流流过巷道所在的回路中的自然风压发生变化,这种然风压发生变化,这种因火灾而产生的自然风因火灾而产生的自然风压变化量(增加量),
11、压变化量(增加量),在灾变通风中称之为火在灾变通风中称之为火风压风压。所谓火风压就是指烟流流经有所谓火风压就是指烟流流经有高差巷道高差巷道时,由于时,由于风流温度升高风流温度升高和和空气成分变化空气成分变化等原因而引起该等原因而引起该巷道位能差变化值巷道位能差变化值。火风压的计算火风压的计算 图示通风系统中,在图示通风系统中,在F F点发火,点发火,3-4 3-4 风路的风温风路的风温和空气密度发生变化,产生的火风压为: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,火风压,Pa;Z 3-4风路的高差,风路的高差,m;ma、mg3-4 风路火灾前后风路火
12、灾前后空气的平均密度,空气的平均密度,kg/m3;g 重力加速度,重力加速度,m/s2火风压的特性火风压的特性 (1 1)火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜)火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中;或垂直巷道中;(2 2)火风压的作用相当于在高温烟流流过的)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;风路上安设了一系列辅助通风机;(3 3)火风压的作用方向总是向上。)火风压的作用方向总是向上。1)上行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
13、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。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。火灾时期发生风流紊乱的常见形式之一。旁侧支路风流逆转旁侧支路风流逆转又如图所示的简化通风网络,设又
14、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火灾发生在采区的上山内即上行风路路a1中,由于高温烟流流经上行风中,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局部火风压,就相当于安设有局部通风机,如图中所示的通风机,如图中所示的hF1、hF2、hF3、hF4所示。这些局部火风压的所示。这些局部火风压的作用方向与系统的主要通风机风压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)作用方向一致。在这种情况下,主干风路下,主干风路12A3F4B56的风向一般是保持原来的风向一般是保持原来的方向不变,而旁侧支
15、路的方向不变,而旁侧支路a2、b、c2则可能会发生风向逆转。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旁侧支路风流逆转的原因在于:由于火风压的作用,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(如图侧支路的压差(如图1-41-4中的中的h h3-43-4、h hA A-B-B、h h2-52-5)就会减小,)就会减小,甚至可能变为零或负值,旁侧支路的风
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