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礦井火災(zāi)時(shí)通風(fēng)穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)及其控制方法的選擇

文檔作者：阿伸延弗萊西娃		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月09日
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礦井火災(zāi)時(shí)通風(fēng)穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)及
其控制方法的選擇
保加利亞〕采礦地質(zhì)研究所TP斯蒂法諾夫
阿伸延弗萊西娃
一、前
礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的三個(gè)基本的不穩(wěn)定過(guò)程是:
(1)具有常變參數(shù)一溫度t()和可燃?xì)怏wqn()生成的火區(qū)發(fā)展
(2)瓦斯-空氣流中易變的溫度(s)和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中沿單獨(dú)分支(采煤工作面長(zhǎng)度
不同的氧氣、甲烷和一氧化碳的濃度
(3)在不穩(wěn)定空氣密度P(T)及隨后的空氣動(dòng)力阻抗變化R(),風(fēng)機(jī)壓力h(和火
區(qū)的抽吸力b(t)影響下氣流和瓦斯的流量變化。
第一個(gè)過(guò)程是根據(jù)試驗(yàn)來(lái)確定的,對(duì)一個(gè)近似的數(shù)學(xué)定義有足夠的已知數(shù)據(jù)。第二和第
三個(gè)過(guò)程只能在實(shí)際開采條件下用數(shù)學(xué)模擬和計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)查研究。
要求克服上述不穩(wěn)定情況的程序設(shè)計(jì)是在不斷的改進(jìn)中,各種應(yīng)急計(jì)劃的制定、技術(shù)人
員培訓(xùn)以及真正火災(zāi)的控制方法和程序作為常規(guī)的措施逐步地加以采用。
本文中作者對(duì)礦井火災(zāi)時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)工作情況預(yù)測(cè)在理論和實(shí)踐方面進(jìn)一步深入研究作了
述。
熱計(jì)算
作者研究的VENT-4P程序,是為了測(cè)定礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的不穩(wěn)定熱源該論文在第三
屆世界礦井通風(fēng)會(huì)議上發(fā)表。
自從那時(shí)以來(lái),對(duì)此程序又作了如下改進(jìn)
(1)通風(fēng)回路中各分支信息輸入的簡(jiǎn)化
(2)反映三個(gè)基本不穩(wěn)定過(guò)程情況的實(shí)時(shí)相關(guān)計(jì)算的簡(jiǎn)化
(3)按Cross的方法,把通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的累計(jì)計(jì)算和熱動(dòng)力循環(huán)測(cè)定更緊密結(jié)合起來(lái),
提高精度和減少收斂時(shí)間。
沿通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分支能量的傳遞包括直線段(s)和時(shí)間間隔(計(jì)算,這些計(jì)算與全部
通風(fēng)網(wǎng)路過(guò)程的實(shí)際操作是相互依存的。熱流對(duì)流的不穩(wěn)定性是由于下列原因造成的
(1)發(fā)火點(diǎn)的變化無(wú)常的溫度
(2)不同溫度的風(fēng)流與瓦斯流的混合
(3)瓦斯流與巷道兩幫之間的熱交換。
所有直線段不超過(guò)20m,時(shí)間間隔范圍從10s至60s。
空氣和空氣-瓦斯混合物的密度,可以表示為每個(gè)分支的平均累積值,在各個(gè)時(shí)間間隔
通風(fēng)系統(tǒng)是由流量、溫度、風(fēng)機(jī)壓力,熱抽吸力和機(jī)械能的損失等來(lái)使其平衡。與此同時(shí),
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各分支風(fēng)流的不穩(wěn)定系數(shù)用下列公式計(jì)算:
()=
式中Q基本空氣風(fēng)量(=0);
一通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生火災(zāi)后的風(fēng)量。
當(dāng)<1時(shí),通風(fēng)流為不穩(wěn)定狀態(tài),<0時(shí)通風(fēng)流則是反向流動(dòng),vET-4P程序記錄下
的變化,當(dāng)它達(dá)到預(yù)先設(shè)定的臨界值時(shí)則發(fā)出警報(bào)。
三、瓦斯計(jì)算
可燃?xì)怏w通過(guò)礦并通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)散總是嚴(yán)重危及井下工人的生命安全當(dāng)火勢(shì)發(fā)展迅速
或在風(fēng)流逆轉(zhuǎn)時(shí),當(dāng)?shù)V井其他采區(qū)充滿煙時(shí)更是特別危險(xiǎn)。在這些情況下,自救或井下人
員的順利離在很大程度上取決于空氣瓦斯流的溫度及濕度以及氧和一氧化碳的濃度。當(dāng)
火區(qū)的空氣進(jìn)入量受到限制,不能使甲烷的排放量增大,在火區(qū)能形成一種爆炸性混合物
空氣可燃?xì)怏w混合物及其進(jìn)入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)量的計(jì)算,當(dāng)然是礦井氣象學(xué)的一重要的理
論和實(shí)踐的課題,在這一方面,常規(guī)的計(jì)算主要是關(guān)于個(gè)別的掘進(jìn)巷道或運(yùn)輸大巷,但是當(dāng)
火災(zāi)威脅著礦井較大部分時(shí),必須有一個(gè)綜觀整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃,氣體動(dòng)力學(xué)的預(yù)測(cè)的
精度主要取決于通風(fēng)網(wǎng)路中風(fēng)流連續(xù)性的數(shù)學(xué)模擬。
通風(fēng)回路的空氣一其他氣體混合物吸入量的最精確的計(jì)算借助于D泰勒的對(duì)流擴(kuò)
散模式。這一方法較簡(jiǎn)單,但計(jì)算有限差耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)作者用一簡(jiǎn)化方法將兩個(gè)計(jì)算進(jìn)行對(duì)比:
強(qiáng)力噴出一股氣體霧并在一有限區(qū)域瞬時(shí)混合第一種方法時(shí)間延遲的長(zhǎng),第二個(gè)方法加速
氣體分配入網(wǎng)路內(nèi)。比較來(lái)說(shuō),更精確的結(jié)果是用瞬時(shí)混合與實(shí)時(shí)的直線段(s)和時(shí)間間
隔()計(jì)算相結(jié)合(與熱計(jì)算相同的方法)得出的。一個(gè)由用DI泰勒方法得出更精確
的數(shù)值近似解可用到這些計(jì)算的修正中,一個(gè)Vg模型,加上vT-4P程序可以對(duì)火災(zāi)時(shí)通
風(fēng)回路的氣體力學(xué)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
四、通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的模擬方法
模擬一個(gè)礦井火災(zāi)的設(shè)想和控制受其影響的通風(fēng)系統(tǒng)是由B Budryk理論提出的,該理
論與抑制火災(zāi)和反風(fēng)有關(guān)(1953~1954)。他所闡述的測(cè)定在傾斜工作面的活動(dòng)和不活動(dòng)“熱
流”的各種方法仍在進(jìn)行定量和定性研究中,科技研究正直接朝向利用模擬裝置或計(jì)算機(jī)確
定通風(fēng)穩(wěn)定性的分析標(biāo)準(zhǔn)和火災(zāi)時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)的特征。
現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)在模擬模型研究的基礎(chǔ)上允許我們從事復(fù)雜的研究并能在生產(chǎn)時(shí)控
制礦井通風(fēng)系統(tǒng)
利用模擬模型對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的初步研究能對(duì)回路中拓?fù)鋵W(xué)的不穩(wěn)定性、流動(dòng)動(dòng)態(tài)
不穩(wěn)定性、風(fēng)門及風(fēng)窗的開啟和關(guān)閉的影響等進(jìn)行定量分析還可對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)充滿可燃?xì)怏w、
風(fēng)機(jī)反風(fēng)的可能性、人員的救護(hù)等進(jìn)行定量分析,影響正常通風(fēng)的火區(qū)位置由試驗(yàn)人員
選定。
通風(fēng)回內(nèi)火區(qū)位置的選擇,應(yīng)當(dāng)選在最可能發(fā)生火災(zāi)的地點(diǎn)和一個(gè)造成最大損失的地
點(diǎn)。選點(diǎn)的效果用火區(qū)的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定作用和礦井采區(qū)出現(xiàn)煙霧,從該采區(qū)很難撤離人員來(lái)分
析。在第一種情況下(動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定)火區(qū)應(yīng)位于通風(fēng)流的向外部或向內(nèi)部的起點(diǎn),這樣就形
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成最大的燃燒壓力。第二種情況(煙霧生成)指的是與撤離道長(zhǎng)度有關(guān)的困難、巷道的許
多地段被煙和可能是新鮮風(fēng)流與可燃?xì)怏w相混合的氣體等充滿的可能性。與火區(qū)位置有關(guān)
的一些問(wèn)題須要冗長(zhǎng)的計(jì)算,因?yàn)檫@些計(jì)算同樣是拓?fù)鋵W(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)的范圍之內(nèi)。vENT-
4P程序須存在一個(gè)模型使其應(yīng)付多變的測(cè)定。初步計(jì)算有助于設(shè)計(jì)并保持一定安全通風(fēng)網(wǎng)路
(拓?fù)鋵W(xué)意義上的),制定出處理事故圓滿的研究方案以及人員培訓(xùn)。顯然,這些計(jì)算應(yīng)當(dāng)
在拓?fù)鋵W(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)的通風(fēng)系統(tǒng)的精確模型上進(jìn)行。
如果礦井的管理能利用快速動(dòng)作的電子裝置和一真實(shí)通風(fēng)網(wǎng)路的模型,當(dāng)處理真正的
井火災(zāi)時(shí),從這些模擬所獲的數(shù)據(jù)可加以利用。
五、實(shí)
例
采用VENT-4P程序模擬可進(jìn)行各種計(jì)算。例如我們采用一中型礦井的通風(fēng)系統(tǒng)(見
下圖),它是由128支巷,92處巷道交叉點(diǎn)和37個(gè)小硐室組成。通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)還有二臺(tái)風(fēng)機(jī),
工作能力如下:
300
s260
25
230
3738210
76
73
3
士
2120
5
16
千士
0
1514
9
525
圖1通風(fēng)系統(tǒng)圖
節(jié)點(diǎn)40的風(fēng)機(jī),壓力1465Pa,風(fēng)量66.8m3/s
節(jié)點(diǎn)86的風(fēng)機(jī),壓力2652Pa,風(fēng)量97.4m3/s
火區(qū)溫度在最初30分鐘內(nèi)直線上升從0℃~900℃后30分鐘溫度保持恒定(900℃),直線
段計(jì)算的s小于30m,時(shí)間間隔為1分鐘。41、47、89和69回路中火情的特征如下:
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