风量对独头掘进巷道中部顶板火灾影响研究

为研究独头巷道中部顶板火灾初期时局部通风机风量调节对人员避灾的影响,用PyroSim软件对450、675、900、1125、1350、1575、1800 m^(3)/min 7种风量工况下巷道内烟流、温度、CO体积分数和能见度的分布情况进行模拟分析。研究得出:顶板火灾烟流直接沿顶板向两端射流,无上升羽流现象,当风量低于临界风速时,烟流逆退距离和烟流厚度随风量增加逐渐减小;顶板火灾稳定后,当存在烟流逆退时,沿纵向方向,CO体积分数、能见度峰值在烟流前锋后一定区域而温度峰值在火源附近,火源上风向巷道存在高温区和环境温度区,而下风向巷道各参数整体较为稳定;在火源下方,温度随高度增加总体呈升高趋势而能见度呈减低趋势;随风量增加,巷道内2 m高处温度峰值减小、最低能见度增加而CO体积分数峰值先增加后降低,且三者峰值位置均向出口方向移动;从人员逃生角度看,通风量越大越有利于逃生,1350 m^(3)/min时即可满足逃生条件。     

平巷烟流滚退火烟羽流模型及其特征参数研究

为研究矿井火灾时期发生烟流滚退时火源区域烟流流动规律,分析了矿井水平巷道火烟浮羽流及顶板射流的成因和特点,并运用环境流体力学及传热学的相关理论,分析了水平巷道火灾烟流滚退规律,结合积分法建立了火烟浮羽流和顶板射流的数学物理模型。通过对滚退烟流与巷壁之间的热交换过程的分析,推导出滚退发生时烟流逆行距离的函数表达式,联合火烟浮羽流和顶板射流数学物理模型,得出求解烟流滚退逆行距离的数学方程式。     

倾斜角度对巷道输送带火灾影响的数值模拟研究

为研究倾斜角度对巷道输送带火灾温度分布及烟气蔓延的影响规律,采用FDS模拟软件建立巷道模型,研究0.5、1 MW火源功率下,不同倾斜角度对巷道顶棚温度分布和衰减规律、输送带火灾燃烧特性以及烟气蔓延的影响。结果表明：上行通风时,巷道倾斜角度越大,同一位置顶棚温度越低,顶棚温度变化呈指数式衰减,衰减系数k与倾斜角度为线性相关关系;相同火源功率下,倾斜角度越大,输送带燃烧距离越长;随着巷道倾斜角度增加,烟气逆流长度逐渐减小,倾斜角度由0°增加到10°,0.5 MW火源功率下烟气逆流长减小0.9 m,1 MW火源功率下烟气逆流长度减小0.8 m。     

基于FDS的矿井巷道火灾烟气致灾的数值模拟

巷道火灾时期,烟气流动受各种因素影响复杂多变,为研究火灾期间烟气扩散规律及致灾特性,基于FDS对"L"型巷道进行数值模拟,同时参考《煤矿安全规程》规定风速,重点模拟1.92 MW和2.7 MW火源功率下,0.25～2.1 m/s风速内巷道火灾烟气蔓延和温度分布变化情况。结果表明:火源功率和风速对烟气扩散影响较大,下风侧排烟速度与火源热释放速率值和风速正相关。由于存在临界风速,热释放速率与上风侧烟流滚退存在差异性关系。风速过低时,上风侧烟气扩散速度取决于大火源功率;当风速提高到临界风速,火源功率对烟气逆流速度与距离影响减小甚至消失。巷道温度受火源功率和风速影响变化一致,温度自巷道火区向两侧递减,但大火源功率巷道温度整体高于低火源功率。     

巷道火灾时期烟流参数变化规律模拟分析

本文以实际煤矿采区进风系统为原型,按照流体相似原理,建立了矿井巷道火灾模拟实验系统,然后利用GAMBIT软件建立实验巷道的物理模型,采用Hex/Wedge-Cooper方法进行体网格的划分,对初始条件和边界条件进行设定和处理,最后将巷道火灾火源简化为一个固定体积的稳态高温热源,采用FLUENT软件,针对不同的巷道入口初始速度,分别模拟分析火灾巷道烟流温度场、速度场、密度场和压力场的变化规律和分布情况。研究结果表明:火灾发生后,巷道烟流扩散范围逐渐增大,温度逐渐升高,在火区附近温度最高;烟流速度从巷道入口处到出口处逐渐降低,在巷道交叉口处由于存在局部阻力和节流效应,烟流速度会大大降低;烟流密度从巷道入口处到出口处逐渐增大,在通风情况不好的巷道,烟流密度会更大,且巷道顶部烟流密度要小于巷道底部烟流密度;烟流静压总体升高,但在巷道出口处烟流压力最低。     

综采工作面进风巷火灾数值模拟研究

为研究综采工作面进风巷发生火灾时的烟气受火源规模和风速影响的变化规律,运用FDS火灾模拟软件,分别设置1、2、5、10、20 MW 5种火源规模,以及1.0～2.4 m/s内8种风速进行火灾模拟,并对不同火源规模和不同风速条件下综采工作面进风巷火灾发生时期的CO浓度、温度和能见度进行了数值模拟对比研究。结果表明：①随火源规模增大,CO浓度增大,CO浓度分布进入稳定阶段所需时间延长,温度上升到达稳定阶段所需时间延长,温度下降速度加快;②随风速增大,CO浓度分布进入稳定阶段所需时间缩短,稳定阶段CO浓度减小,回风巷温度升高;③随风速增大,烟气传播速度加快,出口处能见度可见范围缩小;④随风速增大,火源上风侧CO浓度及温度均降低,烟流逆退距离缩短,超过临界风速后烟气不产生逆退现象。研究结果可为井下工作人员在火灾发生时期安全逃生提供指导。     

基于Pyrosim的风速对矿井火灾蔓延规律影响研究

为探究风速对矿井火灾蔓延规律的影响,提升矿井火灾的人员逃生率,采用Pyrosim火灾仿真模拟软件,仿照矿井巷道构建模型,按照矿井火灾的特点设置火源及反应类型,分别在风速为0.5 m/s、1 m/s、2 m/s、3 m/s、4m/s和5 m/s 6种工况下进行数值模拟。模拟结束后,对数值模拟的温度及烟雾浓度数据进行处理分析,并采用Tecplot数值模拟可视化分析软件对切片进行分析。得到3 m/s风速下各监测点稳定温度随监测点距火源距离的增大先快速降低后缓慢升高至稳定,温度的下降速度较其他工况快,且稳定温度在人的承受极限内;各工况下监测点稳定温度随距离的曲线拟合呈幂函数分布,且系数与风速呈二次函数关系;3 m/s风速下稳定烟雾浓度相比于其他工况的稳定烟雾浓度低。得出:3 m/s左右的风速最利于矿井火灾人员逃生,且最经济;矿井外因火灾稳定温度与火源距离和风速间的函数公式。     

基于Fluent的火灾时期掘进巷道烟流变化的数值模拟

采用Fluent软件对掘进巷道火灾时期进行三维数值模拟计算,并对烟流场、温度场进行分析,得出烟流变化规律及烟流在火源一定条件下发生倒流的速度范围和μ范围,为防治掘进巷道火灾提供理论支持。     

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。     

采空区自燃发火CO蔓延规律仿真研究

为探明采空区煤自燃发火温度、CO的分布规律;采用PyroSim火灾仿真软件,分别构建火源位置、风速不同的6种工况的采空区模型,进行数值模拟,比较各工况下温度、CO的分布、蔓延规律;研究发现:采空区煤自燃发火时温度的分布与火源位置及风速关系不大;CO的蔓延与火源位置及风速有关,当火源位于采空区中间时,CO向火源上侧蔓延,火源位于采空区左侧时,CO向火源左侧蔓延,风速越大CO越聚集;当不知火源位置时,若需要对CO钻孔导流,则钻孔的位置最好在采空区的左侧及上侧。     

灾变通风理论基础与应用(续)

三、火灾烟流弥漫井巷的其他原因1、火灾烟流的逆退在矿井内发生火灾时,除了一般所出现的煤和坑木等的燃烧过程以外,还会出现从火源相邻部分的煤层中放出瓦斯和火灾气体,使温度激烈上升的现象。所有这些因素都促使从发火地点向外流出的气体的体积比流向火源的空气体积大为增加;其增量根据考查可能达到74%还多。     

山西庞庞塔煤矿跨采工作面顺槽位置选择及支护方案设计

为深入研究庞庞塔煤矿跨采工作面推进方向与-550 m水平大巷平行情况下的巷道底板稳定性,模拟分析了回采期间在-550 m水平大巷与采煤工作面的垂直距离为28 m的条件下,采场边界跨过-550 m水平大巷6,16,26 m 3种不同水平距离时的跨采方案。研究表明:(1)当水平距离为6 m时,塑性区最大,巷道两帮和顶底板破坏较明显,最大破坏深度位于距离顶板2 m处;(2)随着水平距离增加,塑性区尺寸线性缩小,当水平距离大于16 m时,最大塑性区深度小于1.7 m;(3)当水平距离增大至26 m时,最大塑性区深度减少至1 m,因此在水平距离大于26 m的范围内进行开挖巷道,所受采动影响较小。根据上述分析,设计了跨采前巷道支护方案,即巷道顶板采用锚杆支护,两帮采用锚网喷支护,详细讨论了支护参数取值及支护施工流程,可为类似生产条件下巷道设计及支护提供借鉴。     

不等长工作面覆岩活动及回采巷道采动影响变形规律

受断层影响,冀中能源股份有限公司邢东矿2225工作面沿推进方向斜长依次为50 m、80 m和126 m 3段。为研究不等长工作面覆岩活动规律和回采巷道采动影响变形规律,在工作面顶底板、巷道围岩中布置监测仪器,监测工作面生产过程中的顶板岩层位移、底板破坏深度以及巷道围岩表面位移。结果表明：随着工作面的推进,顶底板岩层移动和巷道变形逐渐增大;在工作面距一号测站-32~-42.8 m时测点底板岩层位移斜率达到4 mm/m,底板最大破坏深度超过45 m;当工作面推进至距三号测站40.1 m处时,顶底板相对位移为0.45 m左右,巷道两帮相对位移约0.5 m,位移相对速率达到20 mm/d。随工作面长度增加,工作面前方底板岩层扰动距离和底板岩层变形量明显增加;二号测点工作面长度为126 m,底板前方扰动距离约为40.5 m,该测点底板岩层位移已达300 mm左右;而一号测点工作面长度为50 m,前方扰动距离约为92.8 m,底板岩层位移最终只有90 mm。     

矿山通风网络火灾的计算机仿真模拟

应用矿山通风网络火灾模拟软件对矿山井下的水平巷道火灾和倾斜巷道火灾分别进行了全网络的计算机仿真模拟,得出了火灾烟流侵入巷道的时间和温度、人员在通风网络中逃生的避灾路线、火灾期间烟流滚退现象发生的临界风速、烟流滚退的距离及救灾决策要点等结果。仿真模拟结果表明：该软件的计算结果可靠、界面友好、功能实用,可作为矿山防灭火工程性能化设计的重要手段。     

巷道围岩松动圈范围及发育规律分析

为分析巷道掘进过程中围岩松动圈的发育过程和最大范围,采用最小二乘拟合的数学方法对观测数据进行了分析,得出:巷道掘进时,距离掘进端头10 m以外的围岩基本处于稳定状态,顶、底板和两帮松动圈的范围从大到小依次为:顶板、底板、两帮,松动圈最大值分别为:顶板4.4 m,底板3.7 m,右帮2.6 m,左帮2.5 m。分析结果对巷道掘进中的重点支护具有借鉴意义。     

重复采动下顶板含水巷道顶底板变形机理及控制

针对内蒙古巴彦高勒煤矿重复采动下影响顶板含水层回风巷道顶底板变形较大的问题,采用现场实测及理论分析方法,通过分析巷道围岩松动圈的成因及影响因素,对巷道顶底板变形较大的机理及控制措施进行了研究。结果表明:初次采动影响时,支承压力主要作用于护巷煤柱,巷道顶板松动圈范围较小,护巷煤柱应力在巷道底板释放导致局部的底鼓现象,但巷道顶底板整体变形不明显;重复采动影响时,巷道顶板承受支承压力较大、两帮应力在底板释放,顶底板松动圈范围扩大,顶板松动圈发育至含水层后,顶板水弱化顶底板煤岩体强度,导致顶底板松动圈进一步增大,巷道顶底板变形较大;提出了相应的巷道变形控制措施,在现场应用效果显著。     

一次实际模拟火灾实验结果及分析

在断面5．4m2、长70m的巷道，模拟矿井火灾真实过程，进行了218min的火灾实验。研究了矿井火灾的燃烧过程，火区下风侧烟流温度以及火区风阻的变化，分析了火区热风阻与风速、烟流温度的关系。     

基于塑性区扩展的煤层巷道变形破坏影响因素分析

为了分析煤层巷道赋存条件对巷道围岩变形破坏的影响,选取煤层厚度、顶底板厚度、顶底板岩性、煤层瓦斯压力作为分析因素,利用FLAC^3D数值模拟软件进行正交试验,得到不同赋存条件下煤层巷道围岩塑性区情况,分析了各因素对塑性区扩展的影响程度。研究表明：影响煤层巷道围岩变形破坏程度的因素从高到低依次为煤层厚度、煤层瓦斯压力、底板厚度、底板岩性、顶板厚度、顶板岩性,其中煤层厚度和煤层瓦斯压力对围岩变形破坏有显著影响并呈正相关;当顶板厚度30 m、煤层厚度15 m、底板厚度15 m、顶板岩性为泥岩、底板岩性为粉砂岩、煤层瓦斯压力为0.7 MPa时,煤层巷道围岩塑性区最大半径最大,巷道最易发生变形破坏。     

矿井倾斜巷道火灾烟流运移规律研究现状与发展趋势

从理论研究、实验研究和数值模拟三方面,对矿井倾斜巷道火灾时期火风压、火区阻力、逆流层、临界风速,以及烟流参数变化规律等的研究进展进行了综合论述,指出了现有研究存在的局限性和不足,并预测其发展趋势。分析认为：应更加注重研究矿井倾斜巷道火灾时期各物理量及其相互之间的影响关系;应进一步建立大尺寸、全方位、立体化的矿井倾斜巷道火灾实验模型,且在实验过程中要同时考虑巷道坡度、可燃物种类、火源位置和强度、风速大小等因素的影响;物理建模和数值模拟时,应紧密结合现场工况条件,同时考虑巷道间的相互影响。深入研究矿井倾斜巷道火灾时期烟流运移规律,可为完善整个矿井巷道火灾理论及进行火灾救援奠定基础并提供技术支持。     

不同井筒直径的马头门围岩变形规律数值分析

运用数值模拟软件FLAC3D研究了不同井筒直径条件下马头门部位井巷围岩变形的一般规律。研究认为,不同井筒直径马头门巷道顶板位移量峰值出现在距巷道中心13~15 m范围内,马头门巷道底板位移值随着距巷道中心距离的增大而减小;不同直径井筒的径向位移曲线在马头门巷道顶板附近呈下凹盆地形状,径向位移峰值出现在马头门巷道顶板上方10~18 m范围内。