第四章 矿井灾变通风.doc

第四章 矿井灾变通风 第一节 概述 一、矿井灾变通风的目的和灾变特征 矿井灾变通风的目的是在矿井发生重大灾害事故时期，尽可能在一定范围内控制风流，减少灾害对矿井正常通风系统的破坏程度，减少高温、有毒、有害气体的影响，保障人员撤退和救灾人员的安全，及时救灾，减少事故损失。 矿井灾变时期，产生的高温高压必然对矿井正常通风系统造成不同程度的破坏。瓦斯爆炸和突出产生的高压冲击波将破坏通风设施，并造成在一定范围内风流方向的瞬时逆转，致使有毒有害气体的扩散和通风系统的破坏。瓦斯爆炸产生的高温高压冲击波在破坏通风系统的同时，还可能诱发火灾、冒顶等二次灾害，扩大了灾害的损失和救灾的难度，矿井火灾产生的高温有毒有害气体，不仅流向下风侧，而且在火风压的作用下，可能导致一定区域的风流逆转，而流向进风侧，从而扩大了受灾区域，造成更大的事故损失并增加人员撤退和救灾工作的困难。因此，矿井灾变通风的关键就是根据撤人救灾的要求，有目的控制风流。 二、矿井各类灾变对矿井通风系统的影响的差异性 矿井各类灾变特性不同，对通风系统的影响也不同，纯瓦斯爆炸(不诱发火灾)的高温高压和突出灾害的高压冲击波作用是瞬时而又非常复杂的，对通风设施和通风系统的破坏及其影响是稳定的，即不随时间而变化。其复杂性和瞬时性决定了不可能在灾变发生的极短时间内作出控风决策并付诸实施。对于这类灾变事故，必须作好预案，预先分析不同强度的灾害对通风设施和通风系统的可能影响。在灾变发生会，根据通风系统的破坏情况，由救护队恢复灾区通风。 然而，矿井煤自燃火灾持续时间长，对矿井通风系统的影响时间较长。由于火源燃烧长度的变化，高温烟流与巷壁热交换强度的变化，风流紊乱现象发生的区域和烟流蔓延的变化，致使风流状态相关参数(风量、风压、风阻、有害气体组份和浓度等)动态变化。而矿井火灾时期延续的长期性和动态特征造成灾变通风的独有的特性。其长期性，提供了风流控制救灾决策和实施可能有较多的时间，而这时间又非常紧张，没有能应付各类事故的周密灾害预防处理计划和措施的预实施，单靠发生灾变时，仓促决策和处理事故，往往不能成功救灾；其长期性和动态变化特性的结合，又对人员撤退和救灾工作连续造成威胁，增加了救灾决策和现场抢险的难度和危险。现场救灾实践证实，矿井火灾救灾工作，成为当前技术条件下各灾种救灾中难度最大，又最危险，技术性要求最强的艰巨任务。矿井火灾防治在坚持“预防为主”方针的同时，必须强调在矿井火灾的过程中，有效的救灾、控风技术的应用。因此，本章主要介绍矿井火灾时期的风流控制技术。 三、矿井火灾风流模拟技术和控制技术简介 矿井火火时期，风温变化引起的热风压破坏了正常状态下原有通风动力(机械风压和正常通风的自然风压)与风流状态的平衡，可能导致矿井有关巷道风量剧烈变化甚至部分巷道风流方向的逆转。逆转风流携带大量火灾生成的高温、有毒、有害气体，污染进风区的新鲜风流，致使火灾影响范围扩大，井下人员遇难危险增加以及抢险救火难度增大。 矿井火灾时期风流状态控制就是应用风流控制调节设施(主要是风门启闭)，使火风压造成的对撤人救灾危险的风流状态转变为一定区域的安全风流状态。很明显，风流状态控制的前提是已知火风压所引起的风流紊乱状态，而风流动态模拟技术就是用来解决这个问题。 矿井火灾时期风流状态模拟，就是应用计算机数值分析方法，解算矿井通风网络各分支风量、风温、风压、有害气体浓度、节点压力和通风机工况等参数在火灾影响下的动态变化及风流逆转的位置、时间及影响的一种技术。 第二节 火灾时期风流状态定性控制技术 一、矿井火灾时期，火风压对通风系统的影响 矿井火灾时期火源生成的高温烟流在风网中形成火风压。为便于定性分析火风压在风网中的影响，可将火风压简化为设置于适当位置的虚拟通风机。但是，把矿井火灾对风网的影响仅视为在火源位置的一台风压相当的虚拟通风机是不够的。由于高温烟流在火源下风侧，甚至因逆转在进风区的蔓延，扩大了热风压的影响范围和复杂程度。因此，矿井火灾对全矿井风网的影响，应看作数量等于受高温烟流影响的独立回路数，风压值分别等于相应回路热风压值的若干虚拟通风机设置在相应回路基准分支(图论中与树枝相连的余枝)对风网的影响。 二、矿井火灾风流控制的定性分析技术 矿井火灾时期，风流稳定性控制定性分析的研究已进行半个世纪，产生了多种方法。其中最为着名的是波兰矿井防灭火专家W·布德雷克提出的封闭回路法，也称为布德雷克法[17]。该法在世界各国，特别是在波兰、前苏联、西欧等国得到了较为广泛的应用，直至如今，它仍然是矿井救灾控风实践中主要的定性分析手段。半世纪以来，以布德雷克法为基础的定性分析方法，在计算风流体积膨胀、巷道阻力随温度增加和处理复杂风网结构等方面取得了较大的进展，使布德雷克法越来越复杂。我国已有不少论著对