矿井胶带巷火灾风流稳定性模拟与控制技术研究

通过对风流流体的动力学分析,给出了三维湍流求解的标准k－ε两方程模型,应用Mixture多相流对火灾灾变过程中产生的污染物进行设定,综合考虑火灾过程中的热量辐射与组分传输,采用SIMPLE算法对孔庄煤矿1号胶带巷火灾灾变时不同进风量下巷道内的风流流动状态进行了模拟,得到了温度和污染物等参数在巷道内的分布,为灾变信息监测和自动控风设施的设置提供了依据。在掌握火灾时期风流稳定性的基础上,建立了胶带巷火灾灾变预警与控制系统,并在孔庄煤矿进行了应用,有助于胶带巷火灾时期的灾变控制和有效避灾。     

矿井火灾应急救援系统的数值模拟及应用研究

为了应对矿井主进风巷道火灾造成的灾难,研究进风巷胶带及电器电缆火灾发生后烟流在通风系统中的扩散运动,建立矿井火灾应急救援系统,通过预设多组可远程监控的风门,在两主进风巷联络巷之间设立常开风门,进回风巷联络巷之间设立闭锁风门;灾变时通过远程控制常开风门关闭,闭锁风门打开,阻止烟流进入采区人员集中的地点而将其导入回风巷.建立数学物理模型,利用火灾动态模拟软件FDS进行数值模拟,对比启动应急救援系统前后的火灾烟流运动路径变化;模拟点火源与线火源条件下,火灾蔓延、烟流运动及温度分布规律,以指导地面对井下烟流的监测与控制,证明应急救援系统的实用性和可行性。     

基于Fluent的矿井火灾时期温度及浓度分布数值模拟

为了研究矿井火灾时期压力、温度及污染物的分布规律,运用混合模型和组分运输模型建立了矿井火灾的数学模型,采用SIMPLE算法对火源点分别设在斜坡道风分流前、分流后和联络巷中3种灾变情况进行数值模拟。模拟结果显示,灾变后所产生的火风压作用与进风流作用相反,温度、压力、污染物体积分数受风流影响显著;斜坡道联络巷下风侧发生灾变的影响范围大于上风侧,中段联络巷灾变对工作面的影响范围最大;污染物及温度受灾变影响的主要范围在火源点下风侧。     

矿井火灾巷道通风热阻力计算与实验研究

针对火灾时期矿井巷道通风热阻力计算问题,对风流温度-密度变化的通风巷道,推导出一种规范表达计算式。指出从广义的通风原理上,火灾时期的风流(热)阻力仍然包括摩擦阻力和局部阻力,同时还包括火燃烟气这一外来风源的附加阻力。新公式将通风阻力计算按巷道与流体“固-流双质”特性来表达,引入巷道几何风阻的概念,几何风阻是指巷道本身的阻力特性,与流体无关,它包括摩擦风阻和局部风阻两部分。从概念上,新公式对热阻力的本质有明确的辨析,在计算和分析上避免了容易出现的错误,由此推导出高温烟流通风阻力与火灾温度成正比。为了验证这一热流阻力效应,设计了一个实验管道装置,实验测定了热阻力随温度的变化,实验结果与理论推导结论相吻合。利用该实验装置还成功分离出了外源烟气流的附加阻力,实验结果表明,外源阻力完全是燃烧过程的物理映像,给出了有火灾外源气体参与热阻力贡献的实用算法。     

采空区自燃三带时空演化特征与防治技术研究

针对红会一矿1715综放工作面采空区外因火灾隐患，从时空演化的角度分析了工作面具体冒落情况，优化了工作面采空区孔隙率、渗透率动态分布模型，结合COMSOL数值模拟软件计算了该工作面推进不同阶段采空区三带范围及漏风情况，提出了适宜该工作面的时空联合火灾治理措施。结果表明：总配风量一定情况下，“两进一回”W型通风方式“三带”范围比U型通风方式更小，后者漏风情况更为严峻，自燃发火隐患更大|而采用“两进一回”W型通风方式后，随总配风量增加，自燃三带范围增加且向采空区深部延展，最终确定进风巷风量为300m/min、辅助通风巷风量为400m/min的配风方案为该工作面火灾治理期间最佳通风方案，自燃区域最窄|依据时空联合防治技术方案，于1715工作面进行了现场验证，1715工作面外因火灾隐患得到了有效解决，对国内类似火情治理具有重要借鉴意义。     

细水雾抑制煤矿巷道火灾的试验和模拟

针对近年来我国煤矿重大外因火灾事故时有发生和灭火设备不足的现状,采用细水雾灭火系统对模拟巷道内柴油火灾进行灭火试验和火灾动力学软件模拟研究.通过对灭火时间和灭火过程中一氧化碳气体的监测发现:细水雾具有快速、安全熄灭煤矿巷道火灾的能力.火灾动力学软件FDS模拟的结果和试验结果的对比表明:FDS能够较好的预测细水雾灭火的动态过程、最高温度、起始降温时间和灭火时间.     

胶带运输巷火灾烟流和温度变化的数值模拟

胶带运输巷火灾发生后多采用烟雾和温度作为灾害预警关键传感参数,为解决巷道火灾烟雾及温度传感设备敷设位置、布置间距、报警阀值的设置需求,重点围绕胶带运输巷火灾烟流和温度变化的数值模拟应用进行详述,研究了FlowSimulation 软件原理、火灾烟气流动物理模型和基本假定、计算模型和参数的确定、模拟结果及分析等四项内容。根据矿山现场情况,完成三维建模、网格划分及边界参数设置等,进行巷道火灾烟气流动数值模拟,并且在不同影响因素下进行模拟,对模拟结果进行分析,总结出火灾烟气流动规律。通过对巷道火灾烟气流动数值模拟为感温光缆、火灾探测传感器安装间距及其位置提供参考依据。     

矿井火灾救灾中风量远程调控技术及数值分析

为了研究救灾过程中风量远程调控技术及最佳的风量分配,运用通风学、流体动力学及燃烧学的相关理论,分析了火灾蔓延速度、烟流滚退及“蛙跳”现象对救灾过程风量调控的影响。结合矿井实况,分析了救灾系统启动前后的风网变化,计算了火区风阻和4种风门开度下的调节风阻,利用风网解算技术得出救灾过程中灭火撤人的最佳风量分配和风机的运行工况。提出了灾变过程中远程风量调节与控制方法,对救灾过程中烟流区和非烟流区的风量进行监测与实时显示,设计了开度可调的门体结构,开发了远程控制面板及程序。     

矿井瓦斯爆炸毒害气体传播规律

为了揭示矿井瓦斯爆炸毒害气体传播规律,减小矿井瓦斯爆炸事故造成的大量人员伤亡,为矿山应急救援提供理论支撑,描述了矿井瓦斯爆炸现象,分析了毒害气体扩散传播基本过程,提出井下瓦斯爆炸生成的毒害气体传播过程按时间顺序可分为3个阶段：① 瓦斯与空气的预混气体燃烧生成的毒害气体在火焰作用下的传播过程;② 瓦斯爆炸生成的高浓度毒害气体在无风巷道和微风巷道中的扩散过程;③ 毒害气体在一定风速通风网络中的传播过程.根据瓦斯爆炸和毒害气体传播的3个过程,初步分析了矿井瓦斯爆炸火焰对瓦斯爆炸产生的毒害气体传播的影响,建立了毒害气体在无风和微风巷道扩散的数学模型及毒害气体在通风网络中传播的数学模型,并在实际巷道中进行了试验研究,模型计算与实验数据相近.     

上行风流火灾3D矿井通风系统灾变过程仿真

以有源风网矿井通风和火灾研究新成果为理论基础,建立了矿井火灾时期矿井通风系统灾变过程的数学模型,用MATLAB语言编制了可视化仿真程序TF1M(3D)。结合典型矿井的上行风流火灾实例,从矿井尺度上,实现对火灾时期风流运动、火灾蔓延时的烟浓度与温度分布,以及通风系统变化的动态模拟。模拟分析得出,矿井上行风流火灾发生时,随着火势的增强,火源主干风路风量增加,导致过流通风,火源旁侧支路出现风量降低-停滞-进而风流逆转的变化;受火灾燃烧动力（火风压）的驱动,过流与逆流的风量变化具有一致对称性;在复杂网络中,旁侧支路会有次序性地发生风流逆转。从矿井宏观尺度上,火灾时期通风系统发生的一系列变化,都是在通风动力与火风压相互作用下产生的;也导致矿井系统总风阻的动态飘移。TF1M(3D)输出的技术参数信息量大,现象直观,动画效果好,为深入分析矿井火灾搭建了性能优良的仿真平台。     

矿井输送带火灾远程应急救援系统的应用

针对龙东煤矿西翼输送带巷可能出现的输送带火灾的情况,减少输送带火灾给西翼采区造成的人员伤亡,在西翼采区建立了一套输送带火灾远程应急救援系统。该系统利用6道电控气动救灾门以及风门控制器,通过光纤与上位机通讯,远程控制自动风门的开闭从而控制火灾时期风流流向,防止风流紊乱,使风流流动状态有利于撤人救灾,保证矿井受灾区域内人员的安全撤离,防止火灾的影响扩大。     

龙东煤矿西翼运输巷远控气动火灾应急救援系统

针对龙东煤矿西翼运输巷火灾风流控制问题,研究开发了火灾应急救援系统,该系统以高压气体作为动力源,由多道常闭和常开的救灾门组成,可实现对采区内风流的有效控制,防止火灾发生时有毒有害气体的扩散,并可及时将火灾产生的有害气体排出矿井,从而达到救灾的目的.应急救援系统结构简单、操作方便,用于火灾时期的远程控制具有一定的优越性,在火灾烟流控制中有推广价值.     

突出煤层跨胶带风门防逆风装置的设计与应用

为保证煤与瓦斯突出矿井煤巷掘进工作面煤流运输高效、快捷及通风系统稳定、可靠,需采用胶带输送机出煤。但由于与巷道连接的主要胶带巷为进风巷,所以在巷道回风口与主要胶带巷之间构筑1组控风设施,按照现场胶带输送机安装现状来看,胶带机头位置逐渐变高,无法实现通风设施的构筑以及漏风量的控制。现设计胶带输送机尾部采用卸载架延伸的方式穿越墙体,然后设计通过墙体的卸载架控风措施,有效解决了胶带机头无法构筑设施及设施漏风大的难题,实现了煤流的正常运输,通风系统稳定、可靠,保证了矿井的安全、高效生产。     

通风换气对煤矿井下电缆巷火灾影响分析

为研究不同通风换气次数对煤矿井下电缆巷火灾的影响,基于FDS火灾模拟软件建立了某电缆巷全尺寸模型进行火灾模拟。模拟共设置四种通风换气次数工况,通过数值方法求解热驱动的低流速N-S方程得到了各工况下的电缆巷火灾烟气分布云图、空气浓度分布云图及火源点顶棚温度变化,确定了逆风侧最远通风距离与通风换气次数的关系式,并计算得到火源逆风侧最小烟气扩散距离为50.8 m。模拟结果表明,在通风逆风侧,风速小于1.70 m/s时,烟气达到最远扩散距离的时间随风速增大而增大,风速大于1.70 m/s时,烟气达到最远扩散距离的时间随风速增大而减小;逆风侧由于上部区域烟气含量更高,并受气流阻挡作用仍在不断堆积,而下部烟气含量较小,随风流向顺风侧蔓延,扩散作用明显,从而形成逆风侧同截面上下部空气含量差距较大、顺风侧空气含量分布较为均匀的情况;通风换气次数对于火源顶棚达到稳定温度所需时间无明显影响,但对其温度大小有一定影响,火源顶棚稳定温度与通风换气次数大小呈现反比趋势。研究结果可为工矿区电缆巷的火灾防治提供参考。     

通风构筑物位置与采空区漏风关系探析

通过实例分析了通风构筑物的位置与采空区漏风的关系,从而提出了相应的解决措施,避免火灾事故的发生。     

矿井反风及其反风装置

在保障煤矿井下采掘安全的前提下,矿井反风是在发生火灾、爆炸等灾变时,为防止有害气体进入井下工作场所,急速撤离受影响地区人员和抢救受害人员,制止灾害扩大等而迅速地把矿井巷道风流方向反转的非常技术措施。实践证明,及时、得当的反风是可以大大减少人员伤亡的。本文根据《煤矿安全规程》的规定,对矿井反风的要求、反风装置等做一详细的分析。     

护巷煤柱综合防灭火技术研究与其应用

 针对单候煤矿6205N工作面复杂漏风条件下护巷煤柱自然发火情况,系统分析了自然发火的原因,并结合矿井的实际情况,研究实施了以粉煤灰三相泡沫为主,优化通风系统、水封巷道相结合的综合防灭火技术,成功消灭了护巷煤柱的自然发火隐患,实现了6205N工作面的安全回采,为我国矿井护巷煤柱的自燃火灾防治提供了可借鉴的经验。     

风流短路法在输送带火灾远程救援系统的应用

为了有效降低输送带火灾所造成的伤亡程度,对龙东煤矿西翼采区进行了试验研究,设计了一套基于风流短路法的输送带火灾远程应急救援系统,该系统在采区分别布置6道电控气动的自动救灾门,根据井下火灾的具体情况,通过光纤环网,远程控制救灾门的开闭,灵活改变风流的方向,将有毒烟流直接导入回风巷,同时遏制灾情向工作面的扩散,达到控灾救人的目的;而在正常时期,救灾门承担过车的任务,实现自动闭锁功能。     

基建矿井热害防治综合措施

针对基建矿井热害治理技术研究较少、 热害治理复杂的现状, 基于基建矿井掘进工作面作业环境温度高, 降温负荷大, 供风沿途冷量损失较大, 低湿空气与掘进工作面的热湿交换不充分,基建降温设备利用率低的矿井热害特点, 设计了非机械制冷和机械制冷方式相结合的基建矿井降温综合治理措施。 非机械制冷方式包括增加风量, 选择合理的通风方式, 双巷掘进, 采用双层隔热风筒通风, 控制热源和加强管理等。 当非机械降温方式无法满足降温需求时, 采取机械降温方式, 以赵楼基建矿井为例进行分析, 发现机械降温系统运行效果较好, 井下掘进工作面温度符合 《煤矿安全规程》 要求。     

矿井主胶带输送机道灾变通风系统的研究及应用

叙述了矿井主胶带机道灾变的危害，并以庞庄矿千米胶带机道为例，介绍了矿井主胶带机道灾变通风系统及通风设施方案的实践。