工作面进风巷下行风流火灾数值模拟及风流控制研究

作     者：索在斌 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴世跃

授予年度：2019年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：矿井火灾 下行风流 数值模拟 烟气运移 风流控制 

摘      要：矿井火灾发生在井下狭长的巷道内,火灾有突发性,且如果前期没有进行及时救灾,火势将发展迅猛,在有限空间内使得灭火救灾工作难以实施,是矿井五大灾害之一。在所有形式矿井火灾中,下行风流火灾在火灾时期风流状态最为复杂,火灾危害最大,因此研究不同条件下下行风流火灾烟气运移规律以及灾变时期风流控制,对有效预防和控制火灾发展,帮助救灾指挥人员在火灾中做出有效的避灾、救灾决策,制定应急救援预案有重要的理论价值和实际意义。本文采用理论分析与数值模拟结合的方法,通过模拟工作面进风巷下行风流火灾,分析得出火灾时期烟气运移规律以及火灾时期相关参数变化。同时对进风侧下行风流火灾制定火灾时期控风方案,并利用数值模拟验证其有效性。主要研究内容和结论如下:(1)针对目前矿井火灾模拟中,大都将火源简化处理成点火源,无法还原火灾蔓延的过程,本文以美国NOISH胶带火灾实验为背景,利用FDS建立胶带燃烧线性火源,并引用NOISH胶带火灾实验的实验数据进行验证。火源选用t火源模型,在218s时达到最大热释放速率8MW,胶带选用丁苯橡胶SBR胶带。(2)建立工作面进风巷下行风流火灾模型,并将进风巷进行倾角设定为0°、5°、10°、15°和20°五组,利用FDS软件对五组模型进行火灾模拟,从而研究在不同坡度情况下,进风巷下行风流火灾烟气参数变化规律。分析模拟结果数据,主要得到如下结论:工作面进风巷下行风流巷道倾角存在一临界值10°,巷道倾角小于该值时,受灾区域为工作面和回风巷,大于该值时,受灾区域为采区运输巷和其他工作面;工作面皮带进风巷有条件时尽可能采用小倾角,控制火灾时期灾害区域。下行风流火灾中,巷道坡度的增大会使得下风侧巷道的上层烟气浓度下降,下层烟气受影响较小。(3)以山西回坡矿10-106工作面为背景,提出工作面进风巷下行风流火灾时期的控风方案。并利用FDS对控风前、后火灾烟气运移及参数进行数值模拟,验证所提控风方案的有效性。分析模拟结果,主要得到如下结论:工作面进风巷下行风流火灾,在没有采区措施的情况下,主要危害区域有工作面、采区进风巷、其他工作面。在此情况下,工作面的工作人员无法安全逃生;实施开通回风联巷,加大进风风量,并增加回风支路巷道的风阻的措施,可以有效的控制下行风流火灾的影响范围,保证工作面的工作人员撤离至安全区域。