文档介绍：第五章矿井火灾时期的通风
灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要。高温火灾气体的空气动力效应有两方面作用:一方面是燃烧生成的热能转化为机械能,形成附加的自然风压(即火风压)作用于通风网路;另一方面,在火源点生成大量火灾气体以及风流受热后体积膨胀所产生膨胀压力,对上风侧风流产生阻力作用,即膨胀节流效应,对风流产生动力作用。
第一节火风压
一、火风压的产生
矿井发生火灾时,高温火灾气流流经的井巷内空气成分和温度发生了变化,从而导致空气密度减小,产生附加的自然风压即火风压。在如图5—1所示的模型化的通风系统中,由于火源下风侧3—4风路的风温和空气成分发生变化,从而导致其密度减小,该回路产生火风压,根据自然风压的计算公式可导出火风压的计算公式:
H=Z g(ρma—ρmg) (5—1)
式中 H——火灾时的火风压,Pa;
Z——火灾气体流经的井巷始末两点的标高差,m;
ρma、ρmg——火灾前后井巷内的空气平均密度,kg/m3;
g——重力加速度,m/s2。
图5—1 火风压的产生
由式(5—1)可以看出:火风压的大小与高温火灾气流流经井巷的高度和发火前后的空气密度有关。发火后空气的密度主要受火源的温度和范围、通过火源的风量等因素的影响。
二、火风压的特性
根据现场观察和理论研究,火风压具有以下特性:
(1)火风压出现在火灾气体流经的倾斜或垂直的井巷中。Z越大,火风压值也越大。在水平巷道内,标高差很小时,火风压极小。
(2)火风压的方向总是向上。因此,上行风路中产生的火风压方向与主要通风机风压方向相同;下行风路中产生的火风压方向与主要通风机风压方向相反。
(3)火势愈大,温度愈高,火风压也愈大。
火风压的大小和方向取决于:烟气流过巷道的高度、通过火源的风量、巷道倾角、火源温度和火源产生的位置。鉴于上述分析结果,当井下发生火灾时,应迅速了解火源的位置,根据燃烧物的分布、燃烧规模、火源温度、流经巷道的特征(是上行还是下行)
、风量大小,估算火风压值及其对通风系统的影响,以便采取有效措施,保证矿井通风网路中风流稳定。
矿井火灾时,火源温度(1000℃~2500℃)和火源下风侧井巷的空气温度变化很大,要精确地计算出火风压值十分困难。
但是,根据火灾发生的地点、火风压的特点和火灾前巷道的通风状况,判断可能发生风流逆转的巷道,采取正确的稳定措施,则是完全必要和可能的。
三、火风压对矿井通风的影响
矿井火灾发展到明火阶段时,出现的火风压将扰乱矿井的正常通风系统,可能使全矿或局部的风向、风量发生变化,从而严重威胁矿井安全,对救灾抢险工作造成团难。所以井下一旦发生火灾,就要注意火风压对矿井通风的影响,防止引起不良后果。
火烟温度对火风压值的大小起着重要作用。火烟流经巷道的温度高低取决下列主要因素:
(1)燃烧物本身的温度。视燃烧物燃烧完全程度,如煤炭燃烧完全,生成二氧化碳时燃烧温度约达2500℃;燃烧不完全,生成二氧化碳时,约为1400℃。实际发生火灾时的燃烧很复杂,一般发火处燃烧物体的温度常在l 000℃以上。
(2)距火源的距离。在火灾烟气从火源处流向回风井的路程上,其温度随着离火源的距离增加而降低。
(3)流过的火烟量。流过井巷的高温火烟量愈多,即流速愈大,其温度愈高,且高温火烟蔓延影响的范围愈远。如果将流向火源的风流截断或减少向火源处的供风量,可减少火源处产生的高温烟气量,从而减少了井巷中烟气流量,使井巷中的空气温度降低。
(4)测温点与火源间从旁侧风流中掺入的风量及其温度。在高温火烟流经的途中掺入低温风量,可使火烟温度降低,且掺入风量的温度愈低、风量愈多,则火烟温度降低数值愈大。但须注意,当火烟温度高于井巷中物体的着火温度时,如掺入新鲜空气可使火烟气体重新燃烧或使煤、坑木等发生燃烧而产生再生火源,所以只有当火烟温度低于井巷物体的着火温度时,才允许渗入新鲜风量。
在火烟流经途中,要降低火风压值,最可靠的措施是减少供给火源的风量,以减少火烟生成量。当井下发生火灾时,火源及其烟气温度变化很大,要精确计算火风压值很困难。但根据影响火风压的因素和原有的通风状况,判断由于火风压可能造成风流逆转的风路,以便采取正确的控制风流措施,避免事故扩大是完全可能的。
火风压在通风系统中的作用,好似辅助通风机的作用。火风压对风流影响的规律为:
当矿井主干风路上的主通风机风压与火风压的作用方向一致时,主干风流将具有完全肯定的方向,不会发生逆转;但所有的旁侧风流可能逆转。当主干风路上的主通风机风压与火风压的作用方向不一致时,主干风流则不会有肯定的方向,可正向流、无风、风流逆转。无风时的火风压值称为临界值。当火风压小于临界值时,风流方向不变;当火风压值大于临界值时,风流逆转,但逆转程度要视火风压