第六章 火灾时期风流紊乱防治

( Pa) 流体静 力学
式中：Z——高温烟流流经倾斜或垂直巷道的标高差；m； ρ 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；ºK； △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。
火 火
4 3 1
2
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
hf Z 0g
t
Tf
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：
Tm m s C PS TS m V C PV TV C Pm
(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，(J／ kg.K)； ms、mv——混合气体中烟流与风流各占的百分比，(ms+mv=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２５人丧生。 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。
取 则
CPS CPV CPm
Tm mS TS mV TV
(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 m v （% ） 渗入烟流的风量不同，混合气体的温度表 10 20 30 40 50 60 70
△T/△T0
V(m/s)
0.5 100.89 201.78 302.66
1.0 155.82 311.63 467.45
3.0 279.95 595.90 893.85
6.0 439.38 878.75 1313.13
0.1 0.01 0.001
33.86 67.72 101.58
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 m／s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 m／s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。
Tm（℃）
452
404
352
308
260
212
146
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。
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。
2
1 1 3
火
4
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。
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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）烟流的滚退
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： ①火源点燃烧物的燃烧温度； ②距火源点的距离及通过该点的烟量； ③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 燃 烟 木 汽 烧 煤 材 油 物 燃烧温度（℃） 1647 100-1177 1200 燃 烧 煤油 甲烷 CO 物 燃烧温度（℃） 700-1030 1800 1680
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。
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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。
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6 5
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)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：
hf Z f g
t
T0
( Pa) 热 力 学
式中：Z——高温烟流流经倾斜或垂直巷道的标高差；m； ρ 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；ºK； △t——发火前后巷道温度的平均增值；℃；
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(kg／s) 对烟流冷却程度的影响。
例：烟流流经断面为6m2、周长1Om的梯形巷道，取α ′=7，Cp=1.005kJ／ kgK，烟流密度ρ s=101 kg／m3。求烟流速度为0.1、0.5、1.0、3.0、6.0m ／s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 0.1
h f Z 0g h f Z f g