工作面进风巷下行风流火灾数值模拟及风流控制研究

发布时间：2020-10-25 06:28

　　 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~2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。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD752
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 烟气运移实验研究现状
        1.2.2 烟气运移模拟研究现状
        1.2.3 研究不足
    1.3 主要研究的内容及技术路线
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 研究方法及技术路线
第二章 矿井下行风流火灾时期风流规律及控制分析
    2.1 火灾时期风流紊乱现象分析
        2.1.1 风流紊乱形式
        2.1.2 风流紊乱原因
    2.2 下行风流火灾风流逆转条件分析
    2.3 防止烟流逆退的临界风速
    2.4 下行风流火灾特点及危害
    2.5 矿井火灾时期风流状态控制技术
        2.5.1 基本控风原则
        2.5.2 常用控风方法
        2.5.3 进风侧下行风流火灾控风技术总结
    2.6 本章小结
第三章 胶带火灾燃烧特性分析及火灾场景设定
    3.1 胶带火灾燃烧特性
        3.1.1 胶带燃烧特征及危害
        3.1.2 火灾烟气性质及危害
    3.2 点火源、线火源燃烧特性
    3.3 胶带燃烧线火源的建模
        3.3.1 火源热释放速率（HRR）模型
        3.3.2 引燃火源选择
        3.3.3 线火源燃烧模型构建及验证
    3.4 本章小结
第四章 矿井下行风流火灾数值模拟及分析
    4.1 模拟软件简介
        4.1.1 Pyrosim软件介绍
        4.1.2 模拟的数学模型
        4.1.3 火灾模拟工具
    4.2 FDS的应用流程
    4.3 不同坡度的工作面进风巷火灾数值模拟
        4.3.1 工作面进风巷火灾模型的建立
        4.3.2 网格尺寸划分
        4.3.3 模拟场景边界条件设置
        4.3.4 测点及切片设置
    4.4 不同坡度的工作面进风巷火灾模拟结果及分析
        4.4.1 烟气流动分析
        4.4.2 CO浓度分析
        4.4.3 温度分析
    4.5 本章小结
第五章 矿井下行风流火灾时期风流控制
    5.1 物理模型
        5.1.1 工作面背景介绍及控风方案制定
        5.1.2 工作面物理模型及模拟场景设定
        5.1.3 边界条件设定
    5.2 火灾控风前模拟结果分析
        5.2.1 烟气流动分析
        5.2.2 CO浓度分布
        5.2.3 温度分布
    5.3 火灾控风后模拟结果分析
        5.3.1 烟气流动分析
        5.3.2 CO浓度分布
        5.3.3 温度分布
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

【相似文献】

相关期刊论文 前6条

1 戚颖敏;灾变通风理论基础与应用(续)[J];煤矿安全;1977年05期

2 王斌;曹庆贵;韩成功;彭志燕;;热风压作用下矿井下行风流逆转的判定[J];煤炭技术;2015年06期

3 高常福;回采面下行风流的分析与应用[J];煤矿安全;1991年01期

4 李先杰;崔满生;胡鹏华;王尔奇;谢叙兴;;留矿法铀矿井通风降氡技术[J];铀矿冶;2011年03期

5 周福宝;王德明;;矿井火灾下行风流逆转的突变动力学分析[J];辽宁工程技术大学学报;2006年02期

6 周福宝,王德明,周延;角联网络下行通风火灾的实验研究[J];矿业安全与环保;2001年06期

相关硕士学位论文 前1条

1 索在斌;工作面进风巷下行风流火灾数值模拟及风流控制研究[D];太原理工大学;2019年

本文编号：2855596