矿井系统下行风流火灾实验与TF1M3D平台仿真研究

为直观反映矿井下行风流火灾时期风流紊乱现象，深入研究风流紊乱、火灾烟流扩散规律，搭建管道实验平台进行矿井下行风流火灾实验，应用TF1M3D软件对真实矿井火灾进行模拟仿真。结果表明:矿井发生下行风流火灾时，在火区热阻力和火风压作用下，主干风路风流发生衰减甚至逆流现象，主干风路风量达到极值的时间滞后于火源强度达到最大值的时间；模拟结果显示223上山风流随通风机能力增强，发生风流紊乱现象更明显；在火灾主干风路风流未发生逆退的情况下，223上山和-380副巷仍会发生风流逆转现象；通风机能力越强，主干风路风流克服火源作用、保持原状态的能力越强。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素，利用COMSOL软件对火区进行数值模拟，建立巷道三维模型，得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件，分析火风压作用下，火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律，得出不同因素与临界风速的关系，为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时，巷道入口风速越低，火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部，随着风速增大，向巷道下部蔓延；风速较低时，在火区火风压的作用下，会产生烟流逆退现象，随着风速的增大，逆流层长度和厚度随之减小；巷道入口通风条件不变时，火区温度越高越容易产生烟流的逆退，影响范围越大；巷道高度越高、上行风坡度越小，越易发生逆退现象；不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系，其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象，影响范围较大；火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

火灾时期矿井通风系统风阻飘移仿真模拟研究

针对矿井火灾时期矿井通风系统总风阻飘移(改变)的问题,建立矿井通风网络计算机仿真数值模型,编制计算机程序.火灾发生时,在火风压的动力作用下,矿井总风阻发生飘移,即上行风流火灾导致矿井通风机通风系统总风阻增大.当火灾高温烟流处在并联风路的一个分支时,风阻飘移量显著增大,当处在矿井通风主干风路时,风阻飘移量比较小.火灾时期矿井风阻发生飘移的原因是火灾动力对通风系统的干扰,并且是由于通风机处在与外部漏风分支相并联的位置上、火灾点处在某一支风路上而产生的.模拟试验结果表明:风阻飘移量随着火灾火势的增大而增大,通风机能力越大,风阻飘移量越小;提高通风机能力,有利于克服通风机通风系统总风阻飘移的问题;同时,处在并联支路上的上行风流火灾,风阻飘移量也与矿井本身总风阻大小有关,原始风阻越大,风阻飘移量越小.火灾火势与风阻飘 移量变化的函数关系在文中给出.     

火灾时期矿山通风巷道“特征环”与“关键环”的分布特征研究

为研究火灾时期矿山通风巷道风流的流动特性,基于水平巷道及火灾的物理数学模型,采用数值分析方法,研究分析火灾时期巷道内紊流充分发展截面上“特征环”与“关键环”的分布规律。结果表明:同一火灾强度和同一通风风速下,通风巷道内风速“特征环”分布特征分别存在临界风速值和临界火灾强度值;矿井火灾时期,通风风速与火灾强度均是影响巷道内风速“特征环”分布的关键因素;当巷道内通风风速大于或等于5 m/s时,火灾下风流平均风速点的位置可由正常通风时期的“关键环”特征方程进行计算。     

矿井火灾逃生路径规划及其三维仿真研究

为研究矿井火灾中受风流变化和烟流蔓延影响的人员逃生路径规划问题,构建火灾时期人员逃生三维仿真模型。首先,建立巷道网络三维结构模型,作为展示平台;其次,基于通风网络解算模型与烟流蔓延参数模型,解算巷道网络中的风速风向、火灾温度和烟气质量分数;然后,确定矿井火灾巷道当量长度的影响系数,并依据火灾逃生路径规划算法得到人员逃生路径规划结果;最后,以国内某矿山为例,对火灾时期人员逃生进行三维仿真。仿真结果表明:依据矿井火灾情况的不同,可以掌握火灾时期的风速风向、火灾温度和烟气质量分数等参数,得到理想、可行和紧急等3种类型的逃生路径。     

风门对矿井火灾烟气流动特性影响的数值模拟研究*

为研究巷道内风门开启程度对矿井火灾烟气流动特性的影响,使用火灾动力学模拟软件FDS模拟0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 m/s 6种通风风速,以及风门开启1/4,1/2,3/4和全开启4种情况对巷道火灾烟气流动特征参数温度和能见度的影响。结果表明:风速0.5,1.0 m/s 时,风门开启1/4最有利于人员逃生;风速1.5 m/s时,风门开启1/2最有利于人员逃生;风速高于1.5 m/s时,风门关闭影响巷道内风流流动,因此不宜关闭风门;在风门全开启时,随着风速增大,火源上风侧的温度降低、井下能见度升高,烟气的逆退距离缩短,当风速2.5 m/s时各监测点温度最稳定。     

倾斜巷道内火灾逆流层变化规律数值模拟

为确定矿井火灾时期逆流层长度变化规律,给逃生与救护工作提供参考,以下行通风倾斜巷道为研究对象,建立长80 m、宽4 m、高3.5m拱形巷道模型,通过数值模拟的方法,确定多组火灾工况下烟气逆流层的变化规律.结果表明:巷道入口端风速在0.5～3 m/s增大,烟流逆流层长度随之减小,减小幅度逐渐变缓;火源烟流放散速度在5～25 m/s增大,逆流层长度随之增大,且增加幅度逐渐变缓;人口端风速条件固定为1 m/s,巷道倾角在O°～45°增加,火源烟气放散速度小于18 m/s时,逆流层长度随巷道倾角增加而减小,火源烟气放散速度大于18 m/s时,逆流层长度随巷道倾角增加而增加.     

煤矿火灾烟气流动传播过程仿真研究

煤矿发生火灾后会生成大量有毒气体并产生火风压,烟气在火灾动力的影响下出现状态紊乱,研究煤矿火灾烟气流动传播过程对控制火情有着重要意义。基于国内外研究现状,对燃烧及风流特点进行分析,建立了煤矿火灾烟气流动数学模型,并利用CFD软件进行仿真。研究表明:无通风工况下的烟气为对称流动;随着风速增加,出口处温度降低,烟气向风流入口处的流速减小。     

井下巷道-矿车系统风流扰动特征规律实验研究*

针对井下巷道-矿车系统易造成巷道风流紊乱、影响矿井通风系统安全稳定性的问题,建立巷道-矿车系统风流扰动模式及影响因素体系,提出表征巷道-矿车系统的风流扰动特征的关键参数,包括巷道扰动风阻、阻塞比、矿车位置,推导矿车运行至巷道不同位置时巷道-矿车系统扰动风阻计算公式,研究巷道风速、阻塞比与巷道风阻的关系。研究结果表明:矿车在巷道中顺风行驶的速度大于风速时,巷道-矿车系统对通风系统进行增压调节;当矿车逆风行驶时,巷道-矿车系统的风阻随着矿井通风系统供风量的增大而减小,最大扰动为矿车驶出巷道时刻,阻塞比与巷道风阻呈现线性递增关系;此外,小风速、小断面巷道运行的矿车对巷道-矿车系统的风阻影响较大,模型求解结果与实测数据的最大误差为6.84%。研究结果可为矿井通风系统的智能化调控提供理论依据。     

矿井通风系统风速故障源诊断技术在大明矿的应用研究

通风系统风流发生变化,从整个网络角度考虑都可以归结为分支的风阻发生了变化。从这一角度分析了大明矿分支风阻变化与各分支风量之间的关系,提出了风阻-风流变化影响关系矩阵法,确定可能使风速异常的巷道集合——故障巷道集合,建立通风网络"故障巷道范围库"。为了故障源诊断能够包含所有分支,研究风速传感器布置的最小数量及位置问题,提出了最少全覆盖布点法,给出了大明矿风速传感器的布置方案。大明矿故障源诊断结果与现场试验结果一致,验证了矿井通风系统故障源诊断技术及方法的可行性。     

巷道围岩调热圈分布特性研究:以羊场湾煤矿为例

为了研究矿井巷道围岩温度场的分布情况，首先在羊场湾煤矿13采区回风下山937高程附近，利用深孔测温技术测定围岩温度，同时测定具有代表性的岩石热物性参数；然后利用COMSOL软件建立数值模型，模拟巷道围岩的温度场；最后通过改变通风时间和风流特性，分析其对该巷道调热圈温度场的影响。结果表明：通过深孔测温可知该巷道原始岩温为28.3℃,调热圈半径为32 m;通过数值模拟可知：其调热圈半径为30.9 m,与实测结果误差为3.4%。随着巷道通风时间的延长，围岩的扰动范围不断增加，围岩温度不断降低，且温度降低速率逐渐变缓；随着风流温度的降低，围岩温度也逐渐下降，且越靠近巷壁的围岩受风流温度的影响越明显；随着风流速度的增大，围岩温度会逐渐下降，当风速大于4 m/s时，围岩温度趋于稳定。     

不同风速下胶带巷火灾温度场及灾变风流数值模拟研究

本文以中煤集团王家岭煤矿胶带巷为模型,运用火灾动态模拟软件(FDS),研究其上行通风方式下,胶带巷火灾的温度场及灾变风流流动规律。结果表明:随着时间的延长,各测点温度先快速升高,随后保持平稳,且距离火源位置较近的温度测点升温时间较早。此外,各烟气测点位置烟气浓度在短时间内均急剧升高,且随后保持平稳。随着风速的增大,巷道中的CO浓度及烟气蔓延范围逐渐减小,当风速超过1.5 m/s时,烟气逆流现象被抑制,风速高于2.5 m/s时,巷道中未出现烟气逆转现象,研究结果可为井下人员的逃生避灾提供理论指导。     

局部通风掘进巷道风筒综合换热系数确定方法研究

在矿井风流与围岩热湿交换理论的基础上,对局部通风掘进巷道内风流与风筒内风流的热量交换过程进行了研究,提出了通过现场测定巷道内的风流温度、湿度、大气压力、风量和风筒内风流温度等参数来计算风筒综合换热系数的方法.并在平顶山煤矿现场进行了实测,通过对实测计算结果的回归分析,得出了确定风筒综合换热系数的计算公式.研究表明,通过计算巷道内平均风速可以获得风筒综合换热系数.     

纵向通风隧道内火灾温度场分布规律研究

以狮子洋水下特长隧道为工程背景,利用CFD数值模拟软件FDS 4.01,建立隧道实体物理模型,进行火灾数值模拟分析。研究了列车火灾热释放功率为15 MW、不同坡度、不同纵向通风风速下,该类隧道内拱顶附近和2 m高处温度场的纵向分布规律,以及各工况下拱顶的最高温度,并分析其对隧道结构防火和人员疏散救援的影响。结果表明:随隧道坡度的增大,在同一通风速率下的烟气回流长度逐渐减小,但随着风速的加大,坡度对烟气回流的影响逐渐减弱;随着通风风速的增大,火区附近的温度下降,而沿程温度上升,纵向通风速率越大,拱顶温度越低。     

掘进巷道瓦斯分布数值实验研究

根据局部通风流场特点确定适合矿井局部通风掘进巷道工作面瓦斯与风流质量交换的数学模型,在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k-ε双方程湍流模型;讨论考虑巷道支护的情况下壁面粗糙度的影响,确定矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法、掘进头瓦斯涌出的边界条件;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的风流与瓦斯的混合过程进行了模拟;得出不同瓦斯涌出量情况下掘进巷道工作面风流分布和瓦斯浓度的分布规律。研究表明:瓦斯涌出量和风速对流场分布有影响,随着瓦斯涌出量的增大和风速的降低,瓦斯对流场的影响越来越明显。     

铁路隧道火灾烟气温度场分布规律的试验研究

以我国某铁路水下盾构隧道为背景,针对不同纵向通风风速、火灾规模等因素进行了18组缩尺寸火灾模型试验,对火灾时隧道内烟气温度场的纵向变化规律、高温烟气的蔓延规律进行研究,获得了不同工况下拱顶下方烟气温度纵向分布规律、火区内和火区下游烟气最高温度分布规律,以及火灾蔓延范围等.并根据火区内烟气最高温度的试验数据,得到关于烟气最高温度与纵向通风风速及火灾规模的理论公式.拟合结果表明,该理论公式与试验数据能够较好地吻合,相关性为0.92左右.     

工作面通风方式对采空区风流流场和瓦斯运移的影响

工作面采用的通风方式对采空区流场和瓦斯运移有很大的影响.对工作面采用上、下行通风方式的采空区风流流场和瓦斯分布进行了数值模拟.结果表明:在煤层倾角不同时,工作面采用不同的通风方式下,采空区的漏风量、风流流场和瓦斯运移情况有很大差别.上行通风时漏风量随煤层倾角增大而增高.当下行通风工作面通风压力小于采空区自然风压时会发生采空区气体倒流现象,漏风量随煤层倾角增大而增高.上行通风采空区漏风量比下行通风大;下行通风工作面采空区瓦斯总量大于上行通风.随着煤层倾角增加,上行通风和下 行通风采空区瓦斯总最都减小.     

运输设备对巷道火灾烟气流动的影响

为了研究运输设备对巷道火灾中温度场及烟气流动的影响,本文采用火灾模拟软件FDS考察了两种通风速度情况下运输设备对水平巷道火灾中烟气流动的影响,并将结果进行分析比较。结果表明:与空旷巷道相比,障碍巷道内的烟气沉降较快,运输设备会使得烟流在水平方向上的迁移加快,当其位于火源右侧时;与高通风速度的巷道相比,低风速情况下运输设备对巷道温度分布影响更明显,高温区集中分布在火源与设备之间;另外运输设备会对巷道内的气流速度分布产生较大影响,巷道局部一段区域内气流速度呈现分布不均的现象。     

掘进巷道通风降温试验及数值模拟研究

通过对夏甸金矿-652 m水平掘进巷道进行通风降温试验,运用Comsol对试验巷道进行模拟,研究通风过程中掘进巷道内速度与温度的变化规律。研究结果表明,局部通风在30 min内即可达到较好的降温效果。通风前巷内气温超过28℃且分布紊乱,通风后巷内气温降至28℃以下,巷内流场和温度场也变稳定了;Comsol模拟局部通风时,掘进巷内距掌子面越近,温度越低,风速越高,降温效果越明显;受岩壁热交换及摩擦阻力的影响,同一巷道断面温度呈四周高中间低分布,风速呈四周低中间高分布。对比模拟与实测验证了Comsol模拟结果的准确性,为通风降温现场实际应用提供依据。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。