《中国地质大学》2014年硕士论文

发布时间：2016-12-10 15:44

本文关键词：矿井下行通风巷道火灾模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中国地质大学》 2014年

矿井下行通风巷道火灾模拟研究

张晓涛

【摘要】：矿井火灾是矿产资源生产过程中的主要灾害之一,具有突发性、发展迅猛、灭火和救护困难等特点。矿井火灾一旦发生,如果火势不能得到及时控制,火灾产生的附加热效应将改变矿井中的风流方向和流量,发生风流的紊乱,而井下严重的风流紊乱甚至会造成整个矿井的通风状况改变。而在所有形式的矿井火灾中,下行通风巷道中发生的火灾又是极具特殊性与复杂性的。由于在下行通风巷道中的机械风压方向与火灾形成的火风压方向是相反的,因此两者的相互作用会导致多种结果,当火势较小,火风压比机械风压小,此时巷道风量会减小,发生烟流逆退,但是风流不会发生逆转：当火势较大,当火风压较机械风压大,会发生风流逆转现象,此时不仅大量的气会逆流进入进风巷道,使得火灾范围扩大,而且大量的新鲜风流会进入已窒息的火区,在火区的高温条件下可能发生回燃,甚至引起爆炸。由于下行通风巷道中发生火灾危害性大,且情况复杂多变,难于控制,因此对下行通风巷道火灾时期温度的分布规律,高温烟流浓度及其传播过程进行数值模拟分析,对于确定避灾路线,有效地预防和控制火灾的发生与发展,指导矿井消防救灾工作都具有重要的理论价值和实际意义。由于进行地下矿井火灾实验危险性较大,较难实现。而近年来,随着计算机的发展和应用,数值求解的能力越来越高,为直接以理论流体力学计算气流组织创造了条件。计算流体动力学,就是伴随着计算机的出现而兴起的一门新科学,因此利用CFD方法对气流进行数值模拟方兴未艾。本文就是利用了FDS软件,以计算流体力学和传热学为基础,建立了矿井下行通风巷道局部三维模型,应用计算流体动力学的理论和方法模拟隧道在火灾过程中风流紊乱情况。在建模基础上,本文还具有一定的创新性。目前针对矿井火灾的研究比较多,但是专门针对下行通风处所发生的火灾研究还不多,又由于实验条件所限,加之成本较高,且建立计算模型也比较困难,国内对下行通风火灾的模拟研究还是比较少的。而且对地下隧道火灾的模拟研究大多数是将所研究隧道单独建模,仅仅研究该隧道的参数分布规律而忽略了隧道与隧道之间的相互影响,因此本文在建模时,除了建立下行通风巷道,还建立了与其连接的工作面巷道、回风巷道等,系统分析了火灾对这些巷道的影响。与此同时,本文还在总结了前人研究成果的基础上,提出了不同的控制措施,并根据控制措施改变模型的工作情况。建模中,本文设置了三种不同的工况,即在正常工作条件下没有采取任何控制措施的工况一；调节机械风压使其超过火风压以抑制烟气逆流的工况二以及在增大风压的同时,增设排烟道并提高原巷道风阻的工况三。根据模拟所得到的数据结果,研究了在不同工况下各巷道中的温度、烟气浓度及其气体流动情况的变化规律,同时分析不同控制措施的利弊。结果表明,在工况一条件下,烟气很快发生了逆流,高温有毒烟气很快到达入风口并进入进风巷道中；而在工况二条件下,高温火烟没有发生逆流现象,但是工作面仍然受到了火灾影响,这对该处的作业人员非常不利;在工况三中,高温火烟沿着排烟道直接引入到了回风巷道,控制了烟气逆流的同时也保证了工作面不受影响,有利于作业人员的安全疏散。最后,本文还分析了不同的下行通风巷道类型对模拟结果的影响。本文分别讨论了煤矿井下行通风巷道以及坡度不同,净高度不同,横截面积不同的下行通风巷道对模拟结果的影响,最后发现,煤矿井下巷道由于还需要考虑煤炭可燃物及其瓦斯爆炸等因素,不能直接模拟,只能通过测取温度,压力等相关参数进行间接模拟；而坡度,净高度,横截面积三个参数与发生火灾过程中所需的临界风速均成正相关的关系,其中坡度参数对其影响最大。论文一共分为五章,第一章为绪论。本章主要介绍了矿井火灾的危害性,下行通风巷道发生火灾的特殊性及其复杂性,矿井巷道火灾国内外的研究状况,以及本文的研究方法、内容以及解决的问题,为论文进一步研究做好铺垫作用。第二章介绍地下矿井火灾的基本理论,下行通风巷道火灾的特殊性,造成风流紊乱的基本形式,基本原因和发生条件,同时还介绍了控制高温火烟逆退的临界风速方程以及常用的控制下行通风巷道火灾的措施。第三章为FDS火灾模拟软件的基本介绍以及模型边界条件的设置,并根据相关控制措施设置三种不同的工况,分别对三种工作状况进行火灾动态模拟。第四章是分析三种不同工况下火灾发生后下行通风巷道及其邻近巷道的温度分布,烟气浓度分布及其流动情况,总结下行通风巷道火灾后各参数的变化规律,同时,对比不同工况下各参数的变化,总结不同控制措施的利弊,为不同情况的地下矿井采取下行通风巷道火灾控制措施提供依据。最后,还分析了不同巷道类型对模拟结果的影响。第五章是全文的总结。阐述了本文的主要结论,并对今后的工作提出了展望。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD754
【目录】：

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【参考文献】

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1 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

2 王东武;张延松;;瓦斯爆炸界限的影响因素研究[J];矿业安全与环保;2009年06期

3 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

4 陈海峰;周德闯;王浩波;汪箭;;隧道坡度对临界风速影响的数值研究[J];火灾科学;2009年03期

5 徐文强;刘芳;董龙洋;李列平;;基于FDS的地下停车场火灾数值模拟分析[J];安全与环境工程;2012年01期

6 乐增;金润国;毛龙;湛鑫;;高校宿舍火灾数值仿真模拟[J];中国安全生产科学技术;2009年02期

7 康虎林,孟庆财;矿井火风压使风流逆转的条件及控制措施[J];煤炭技术;2003年07期

8 黄帅;陈开岩;王军;;基于火灾试验的FDS大涡模拟非均匀网格优化[J];安全与环境工程;2012年04期

9 闫治国;朱合华;杨其新;;火灾时隧道火风压及其对通风影响的试验研究[J];同济大学学报(自然科学版);2006年12期

10 张廷彪;张祉道;;关于隧道火灾时火风压计算方法的讨论[J];现代隧道技术;2010年01期

【共引文献】

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1 徐文彬;姚安林;李又绿;曾祥国;徐荣鹏;;高压输气管道穿越河流的结构动力学分析[J];四川建筑科学研究;2012年02期

2 刘军;刘敏;智会强;路世昌;;FDS火灾模拟基本理论探析与应用技巧[J];安全;2006年01期

3 王伟;王静;柯琪材;吴燕强;;高校图书馆火灾数值模拟与分析[J];安全;2012年03期

4 王从陆;吴超;王卫军;;活塞风数值模拟及在矿内运输巷道中的应用[J];安全与环境学报;2007年03期

5 吴小华;李耀庄;易亮;徐志胜;;隧道集中排烟模式下火灾数值模拟研究[J];安全与环境学报;2010年06期

6 黄小辉;毕小平;李贺佳;;车用柴油机中冷器空气冷却侧阻力性能计算[J];车辆与动力技术;2008年04期

7 黄小辉;毕小平;;计算流体力学在车辆冷却风道设计中的应用[J];兵工学报;2008年11期

8 周振刚，刘鸿志，王洪铭;用电子显微镜测量微小雾滴尺寸[J];北京航空航天大学学报;1994年04期

9 刘应书,廖冬生,杨天钧,苍大强,丁玉龙;高炉氧煤枪煤粉浓度场的研究[J];北京科技大学学报;1993年05期

10 王文才;侯涛;姜宇鸿;李晨;;巷道火灾时期火区阻力的实验测定与分析[J];内蒙古科技大学学报;2012年01期

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1 韩传军;刘洋;李蓉;李大彬;雷中清;;基于CFD的三缸柱塞泵泵阀失效机理研究[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年

2 刘秋新;张琳琳;;焊接车间污染源放散与控制的研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年

3 艾红雷;张毅雄;;核反应堆水池流固耦合动力特性分析[A];四川省力学学会2010年学术大会论文集[C];2010年

4 张海鹏;李永维;;1025t/h锅炉燃烧切圆反转原因探析及解决办法[A];山东省石油学会油田电力、通信及自动化技术研讨会优秀工程技术论文集[C];2009年

5 徐远清;陈祥光;;基于数值模拟的室内热舒适神经网络控制[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年

6 吴明;王骁;杨波;石爱国;杨宝璋;;舰船任意吃水——纵倾组合浮态阻力计算的CFD方法[A];2009特大型船舶操纵和船舶安全与管理论文集[C];2009年

7 吴明;王骁;杨波;石爱国;杨宝璋;;舰船任意吃水——纵倾组合浮态阻力计算的CFD方法[A];1995-2009航海技术论文选集（第1集）[C];2010年

8 罗宾;胡洪平;姚明格;胡元太;;双层圆管中超声气泡的受激振动分析[A];2012'中国西部声学学术交流会论文集(Ⅱ)[C];2012年

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1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 余枫;海上搜救模拟器中近海溢油的实时仿真与可视化研究[D];大连海事大学;2010年

4 王曙辉;旋转式连续微波再生微粒捕集器再生机理及结构优化研究[D];湖南大学;2010年

5 汪洋;微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究[D];浙江大学;2010年

6 倪建军;气流床气化炉及其辐射废锅内的多相流动、传热与熔渣行为研究[D];华东理工大学;2011年

7 崔洁;分级式合成气初步净化系统中旋风分离器的分离机理与结构特性研究[D];华东理工大学;2011年

8 金玉珍;激励喷嘴作用下纱线—气流场特性研究[D];浙江大学;2010年

9 荀涛;清洁强流真空二极管相关技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

10 崔洪江;YC6T柴油机进排气系统性能仿真及优化研究[D];大连海事大学;2011年

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1 王春霞;倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响[D];河南理工大学;2010年

2 张艳利;局部通风掘进工作面换热系数计算方法研究[D];河南理工大学;2010年

3 王伟伟;基于粒子系统的矿井瓦斯爆炸的模拟与研究[D];山东科技大学;2010年

4 韩芳明;船用换热式惯性滤清器物理场耦合计算[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 李铁军;多级除尘器气动性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 王祎;载机舰在风、浪中的气流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 王建兵;双尾缘叶片尾部冷气对涡轮性能影响的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 李华君;电液控制液压支架用电磁先导阀的CFD分析[D];辽宁工程技术大学;2009年

9 李鑫;巷道煤柱自燃温度分布数值模拟[D];辽宁工程技术大学;2009年

10 姜建勋;金属化合物催化煤燃烧规律的实验研究[D];长沙理工大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 傅培舫,周怀春;非稳定流巷道火灾试验系统的研制[J];安全与环境学报;2004年03期

2 王明年,杨其新,曾艳华,袁雪戡,杨钟;终南山特长公路隧道火灾模式下网络通风研究[J];地下空间;2002年01期

3 冯炼,王婉娣,杨其新,王明年;公路隧道火灾模式下烟流的稳态分析[J];地下空间;2004年03期

4 洪丽娟,刘传聚;隧道火灾研究现状综述[J];地下空间与工程学报;2005年01期

5 徐琳;张旭;;超大断面水平隧道纵向通风临界风速CFD分析[J];地下空间与工程学报;2007年01期

6 驹井武,井清武弘,蒋时才,陈云岫,黄之聪;矿用运输胶带在井巷内燃烧特性的研究[J];煤炭工程师;1990年02期

7 煤科总院重庆分院灾变通风课题组;巷道火灾时期的通风状态[J];煤炭工程师;1992年04期

8 张引合;张延松;任建喜;;煤尘对低浓度瓦斯爆炸的影响研究[J];矿业安全与环保;2006年06期

9 贾进章,刘剑,耿晓伟;矿井通风仿真系统数学模型[J];辽宁工程技术大学学报;2003年S1期

10 马云东，，宋志，孙宝铮;矿井通风系统可靠性分析理论研究[J];阜新矿业学院学报(自然科学版);1995年03期

中国博士学位论文全文数据库前1条

1 贾进章;矿井火灾时期通风系统可靠性研究[D];辽宁工程技术大学;2004年

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1 吴立荣;建筑火灾危险性评价研究[D];山东科技大学;2006年

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1 王正斌;下行通风技术的实践与探讨[J];科技情报开发与经济;2003年09期

2 冯建超;侯建军;;下行通风方式在赵家寨煤矿的应用[J];中州煤炭;2012年09期

3 石琴谱,魏平儒;下行通风降尘、降温效果考察[J];煤炭工程师;1989年03期

4 程远平;下行通风的若干问题[J];煤矿设计;1991年05期

5 郑高升,周德永;下行通风在我矿使用的体会[J];煤矿安全;1991年06期

6 朱美丽;石琴谱;;下行通风技术的实践与发展[J];煤炭科学技术;1991年07期

7 石琴谱，杨运良，高建良，魏平儒;回采工作面下行通风的研究[J];焦作矿业学院学报;1994年01期

8 陈世荣;采面下行通风的安全效应[J];煤;1995年04期

9 陈世荣;关于小倾角采面下行通风效应的初步探讨[J];煤矿安全;2000年03期

10 魏平儒,石琴谱;回采工作面下行通风时煤尘分布与沉降规律的模拟实验研究[J];煤矿安全;1990年11期

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1 刘彦涛;;综采工作面回收采用下行通风的实践与认识[A];第3届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2008年

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1 张晓涛;矿井下行通风巷道火灾模拟研究[D];中国地质大学;2014年