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矿井火灾时煤矿生产中的重要灾害,矿井火灾产生的高温烟流会使得正常的通风系统紊乱,高温要害气体随着风流流动造成更大的危害。因此,研究火灾时期的灾变规律以及火灾影响的灾变范围对火灾时期正确的判断火灾巷道中的风流状态有重要的研究意义。 本文采用理论研究、实验模拟相结合的方法,对巷道火灾时期通风网络的灾变规律、灾变范围进行研究。 (1)理论研究矿井内因火灾的发生规律。内因火灾发生过程分的三个阶段即:潜伏阶段、自热阶段与燃烧阶段。火灾燃烧阶段分为三个过程即发展阶段,稳定阶段,衰退阶段。理论研究巷道火灾燃烧阶段的三个时期CO浓度、O2含量、风量温度的变化规律。研究发现,巷道火灾时期CO浓度变化经过快速上升缓慢降低,在缓慢上升到最大值再缓慢下降的变化规律,是在火灾发展不同过程中不断变化的;O2含量是在火灾发展阶段中降低,稳定阶段不变,衰退阶段上升;温度变化规律与氧气含量相反,在火灾发展阶段升高,稳定阶段几乎不变,衰退阶段降低。 (2)实验模拟矿井火灾燃烧阶段的灾变规律。煤自燃火灾发展阶段,在此期间热量不断积累直的到煤燃点,出大量出现CO气自燃期也是火灾发展阶段,从出现火星到火势发展到顶峰时,温度从室温20℃迅速增长到153.5℃,在此期间CO浓度指数增长到达一个小顶峰348mg/m3,O2含量减小,最小值为20.0%;火灾处于稳定发展阶段,温度几乎不变,CO浓度缓慢减小到310mg/m3后开始增长到456mg/m3;O2含量在此期间大小为20.1%几乎不变.18:09以后火灾处于衰退阶段,温度从开始减低,直至火源熄灭到达室温,CO浓度先开始减小到370mg/m3,又开始增加到595mg/m3,最后开始缓慢减小直至火源彻底熄灭浓度为0。 (3)理论研究水平巷道发生火灾时对巷道通风系统的影响,实验模拟水平巷道中火灾时期风量变化规律。主运顺槽发生火灾时,主运顺槽和远离火区的联络巷风量明显下降;而辅运顺槽和靠近火区的联络巷风量却有所增加。实验结果得出分支7即靠近火源位置的联络巷在火灾时期风量增加最多,达到85%,离火源最远的联络巷风量减少最多可达31.03%。其他巷道火灾时期风量变化与火源距离有关,离火源越近,风量影响越大。 (4)理论研究水平巷道发生火灾时的灾变范围,实验模拟水平角联巷道中发生火灾时烟流的灾变范围和各个巷道烟流温度。研究水平巷道火灾时烟流的在变范围与影响程度。通过火灾相似模拟试验,不同测点温度值反映火灾时期火灾烟流对巷道的影响范围。实验发现:火灾时期火灾下风侧巷道均会被火灾产生的高温烟流影响;火灾产生高温烟流对巷道的影响与火源距离有关,离火源越远烟流温度越低;着火巷道高温烟流影响最大,周边巷道影响较小;通过水平巷道坑木火灾相似模拟试验,不同燃烧程度下(即温度不同)水平巷道烟流逆退时的临界温度,实验测得火区温度为376.5℃时烟气逆流的临界风速为0.491m/s,火区温度为420.6℃时烟气逆流都临界风速为0.59m/s,火区温度为544.1℃时烟气逆流都临界风速为0.71m/s,火区温度为691.2℃时烟气逆流都临界风速为0.793m/s。在固定的巷道内发生火灾时烟气逆流的临界温度与火源的燃烧强度有关,燃烧强度越大温度越高临界风速越大。同时验证了理论推导的火灾时期临界风速公式的准确性。 (5)对火灾时期常用的通风构筑物风流控制技术和空气幕风流控制技术做了理论研究,并对火灾时期不同着火点采用不同风流控制技术提出建议。水平巷道着火时,早有效的风流控制是临时风帘或者风墙,防止发生风流逆转。同时应该增大火灾巷道h,减小火灾巷道R;上行或者下行通风网络着火时应根据各个巷道的风流情况适当增阻减阻、增减风压、局部反风、全部反风等风流控制措施,均为减少火势控制火灾。