封閉火區(qū)內(nèi)氣體運移規(guī)律的影響因素研究

張九零 朱占虎 李小沫 姚仲寶 盧小娜

摘 ?要：通過參閱國內(nèi)外相關(guān)科研文獻(xiàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)氣體成層與火災(zāi)的發(fā)展趨勢聯(lián)系密切。研究影響氣體成層規(guī)律的因素為及時控制礦井火災(zāi)、實現(xiàn)安全快速滅火，提供了科學(xué)依據(jù)。通過研究，文章得出了以下結(jié)論：火區(qū)封閉的先后次序、外部壓力等都對封閉火區(qū)的氣體運移規(guī)律產(chǎn)生影響。根據(jù)課題研究得出的結(jié)論，我們可以安全有效控制和熄滅礦井火災(zāi)，減少不安全事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：封閉火區(qū);氣體運移;有效控制

引言

一旦發(fā)生直接滅火無效的礦井火災(zāi)，為阻止火勢進(jìn)一步擴(kuò)大，可根據(jù)封閉火區(qū)的方法解決此類問題。其中有全礦井封閉法，即封閉整個礦井的各種通道。全礦井封閉優(yōu)點在于地面作業(yè)，較安全，缺點是造成全礦停產(chǎn)，使后續(xù)工作（如火區(qū)管理、重啟火區(qū)等）難度加大。此外，還有井下局部封閉方法，包括兩種情況，其中一種是斷風(fēng)條件封閉火區(qū)，另一種是通風(fēng)條件封閉火區(qū)[1]。這兩種方法易在火區(qū)中產(chǎn)生瓦斯局部積聚，瓦斯?jié)舛壬仙^快，適用于火區(qū)氣體貧氧、氧濃度低至使瓦斯失爆、失燃的情況。

因為在對火區(qū)進(jìn)行封閉的過程中，其內(nèi)部的O2和CH4等氣體的濃度、火源具體位置以及風(fēng)流的方向等關(guān)鍵信息的判斷比較困難，因此，采用通風(fēng)封閉火區(qū)的方法被公認(rèn)為是最安全和最正確的方法，應(yīng)用相對較為廣泛。但應(yīng)用此類方法也有幾點需要注意：封閉火區(qū)過程中，原來通風(fēng)時，不能進(jìn)行停風(fēng)操作，應(yīng)保證通風(fēng)口的強行通風(fēng);原來無風(fēng)時，不能夠先恢復(fù)通風(fēng)然后再封閉火區(qū)[2]。

1 封閉順序?qū)怏w運移的影響

封閉順序有三種：“先進(jìn)后回”、“先回后進(jìn)”和“進(jìn)、回同時”。下面分別簡要分析這三種封閉順序?qū)饏^(qū)氣體的影響[3，4]情況。

“先進(jìn)風(fēng)后回風(fēng)”封閉。這種方法在建設(shè)回風(fēng)側(cè)防火墻時相對來說較為安全。但這種方法雖然氧氣濃度下降較快，但仍需要較長時間才能使氧濃度降低到失爆濃度。同時會引起火區(qū)內(nèi)壓力急劇降低，導(dǎo)致大量瓦斯涌出，易形成高濃度瓦斯積聚。同時，引起的風(fēng)流紊亂流動可能導(dǎo)致瓦斯爆炸或“二次”爆炸事故?！跋然仫L(fēng)后進(jìn)風(fēng)”封閉會導(dǎo)致火區(qū)內(nèi)壓力升高，抑制瓦斯涌出，但密閉施工中及封閉后，氧濃度基本不受影響，與含量逐漸上升的瓦斯預(yù)混，形成爆炸性大氣，且容易出現(xiàn)風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，回風(fēng)側(cè)密封工作辛苦，安全性差。“進(jìn)、回風(fēng)”同時封閉的方法耗時較短，能迅速切斷助燃?xì)怏w來源，施工密閉墻是應(yīng)在距巷道頂部三分之一處，墻體中部留出充分的通風(fēng)孔，稀釋火區(qū)涌出瓦斯，減緩火區(qū)可燃?xì)怏w達(dá)到爆炸危險程度的時間。綜上分析，采取 “進(jìn)回同時”的封閉方法是最為安全的方法。

2 外部壓力改變對氣體運移的影響

礦井自身機械風(fēng)壓以及自然風(fēng)壓的變化很大程度上決定了封閉火區(qū)內(nèi)部壓力的變化。分析可知，漏風(fēng)量與壓力線性相關(guān)，因為漏風(fēng)影響氣體運移，進(jìn)而影響外部壓力變化;從中還可看出漏風(fēng)量隨時間逐步衰減，在均壓滅火原理方面也符合。

3 浮力效應(yīng)

“浮力效應(yīng)”是指礦井在發(fā)生火災(zāi)的狀況下，密度隨著氣流溫度升高而變小，火風(fēng)壓發(fā)生變化的現(xiàn)象。根據(jù)出現(xiàn)范圍不同，我們把火風(fēng)壓可分成局部火風(fēng)壓、全礦火風(fēng)壓兩種。局部火風(fēng)壓會改變局部巷道的通風(fēng)情況。

局部火風(fēng)壓引起的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)壓分布變化，可由式（1）計算[4]：

4 節(jié)流效應(yīng)

火災(zāi)過程中，對流過火區(qū)的煙流產(chǎn)生的阻礙作用，稱為煙流的節(jié)流效應(yīng)。這種阻礙作用是由于以下兩點，第一，燃燒火焰占據(jù)巷道截面面積。第二，由于火焰的熱效應(yīng)，風(fēng)流增加。

風(fēng)流流動經(jīng)某通路，溫度體積膨脹會發(fā)生節(jié)流效應(yīng)，其阻力大小用下列公式計算[5]：

（2）

式中：hl-節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生的阻力，Pa;

ρ1、ρ2-火區(qū)上、下風(fēng)側(cè)風(fēng)流密度，kg/m3;

v1、v2-火區(qū)上、下風(fēng)側(cè)煙流速度，m/s;

hm-火區(qū)高度，K;

θ-火區(qū)傾角。

由此可得，節(jié)流阻力伴隨火災(zāi)的發(fā)生、火勢的加劇而產(chǎn)生、增大。

5 結(jié)束語

論文分析了影響封閉火區(qū)氣體運移規(guī)律的因素：封閉順序、外部壓力以及熱力作用。得出以下結(jié)論：采用“進(jìn)回同時”的方法進(jìn)行封閉火區(qū)，其爆炸危險性相對來講最小;而漏風(fēng)量與封閉火區(qū)的外部壓力線性相關(guān)，且漏風(fēng)程度直接影響封閉火區(qū)內(nèi)部的氣體運移規(guī)律;因此，浮力和節(jié)流效應(yīng)都會對礦井火災(zāi)造成更深程度的危害，在一定程度上增加了礦井火災(zāi)的爆炸危險性。

參考文獻(xiàn)

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