【摘 要】
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煤炭是我国社会经济发展的支柱型基础能源,2020年给出的数据显示中国一次能源生产总量为43.3亿吨标准煤,煤炭占能源总量比重为67.6%,煤炭这种不可再生能源在能源消费结构中仍然占据很大比重,其中矿井火灾事故属于煤矿常见事故之一,而矿井巷道又被分为水平巷道和倾斜巷道。在目前已有的研究中,关于矿井水平巷道火灾时期火源热释放速率、火区阻力、烟流滚退距离、临界风速以及烟气分布规律的研究硕果累累,而关于矿
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煤炭是我国社会经济发展的支柱型基础能源,2020年给出的数据显示中国一次能源生产总量为43.3亿吨标准煤,煤炭占能源总量比重为67.6%,煤炭这种不可再生能源在能源消费结构中仍然占据很大比重,其中矿井火灾事故属于煤矿常见事故之一,而矿井巷道又被分为水平巷道和倾斜巷道。在目前已有的研究中,关于矿井水平巷道火灾时期火源热释放速率、火区阻力、烟流滚退距离、临界风速以及烟气分布规律的研究硕果累累,而关于矿井倾斜巷道火灾时期不同巷道坡度、不同风速、等条件下烟流温度、压力、速度、有毒有害气体浓度以及逆流层和临界速度等问题的研究相对缺乏。深入分析矿井倾斜巷道火灾烟流运移规律,可以进一步完善矿井巷道火灾理论,并为矿井火灾救援提供技术指导。本文针对矿井倾斜巷道火灾,根据稳定流动模型、传热学原理、可压缩风流能量平衡方程、气体状态方程、道尔顿分压定律和空气流动的连续性方程理论研究矿井火灾时期倾斜巷道火灾发生时烟气流动变化规律,建立有关烟流的温度、动压、密度和速度分布方程。并在现有理论和实验基础上,建立相似比为1:20的倾斜巷道模型,模型中不同巷道坡度(5°、10°、15°)、不同入口风速(0.5m/s、1m/s、1.5m/s)条件下对巷道内各测点位置的压力、温度、密度、风速和有害气体浓度进行实时测量,得到倾斜巷道火灾发生时期:(1)在同一入口风速条件下,巷道倾角越大温度和CO扩散的越快,气体密度、风速和动压变化越大;(2)在同一巷道倾角条件下,入口风速越大,在同一时间巷道同一位置的温度越低,CO浓度越低,气体密度越小,风速和动压变化幅度越小。通过运用ANSYS数值模拟软件研究倾斜巷道火灾发生时烟流运移的温度场、速度场、密度场、压力场、有毒有害气体浓度进行模拟和分析,得出烟流参数的数值模拟云图和曲线图。对此进行分析研究得到,(1)同一巷道倾角不同入口风速条件下,入口风速越大,温度越低,机械风压远远大于火风压,巷道内风速影响越小,CO聚集处越远离火源,气体密度降低,各点动压变化幅度越小:(2)同一入口风速不同巷道倾角条件下,巷道倾角越大,温度越低,巷道内风速影响越大,CO聚集处越远离火源,气体密度越低,各点动压变化幅度越大,机械风压远远大于火风压,烟气运移呈层流状态。针对矿井倾斜巷道火灾烟流运移规律的实验研究结果和数值模拟结果呈现良好的一致性。通过对倾斜巷道火灾烟流运移规律的理论、实验和数值模拟三个方面的研究,掌握矿井倾斜巷道火灾烟流的运移规律及对通风系统的影响规律,提出当火灾发生时在火源下风处设置温度感应器和CO感应器,启动排风扇,防止CO聚集,加速排除CO,同时向总控室传递信号,开启警报,组织人员逃生,以便在火灾发生及时采取措施对火灾烟流进行控制,使火灾发生后影响限制在最小的范围之内,减少损失。
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