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。     

矿井带式输送机火灾蔓延规律数值模拟研究

为了掌握运输巷火灾蔓延及烟气运移的规律,基于12 m×0.7 m×0.9 m的矿井巷道火灾模拟实验台,建立了尺寸为11 m×0.5 m×0.4 m的FDS相似模型;设定火源功率:Q=2.51 kW,风速范围:0~0.8 m/s,利用FDS相似模型分别模拟火灾演变过程巷道内的温度场分布情况、烟气运移情况及带式输送机火灾蔓延情况。结果表明:纵向通风是改变巷道火灾温度场分布与烟气扩散的主因,火灾平均蔓延速率与风速成正比,风速对带式输送机火灾的温度场、烟气扩散及火灾蔓延速率影响显著。     

Y型通风采空区风流和瓦斯分布数值模拟研究

目前,很多煤矿开始运用两进一回Y型通风方式(机巷和风巷进风,沿空留巷回风),来解决上隅角和回风巷瓦斯浓度超限的问题。为了掌握Y型通风采空区风流与瓦斯运移的分布规律,根据现场实际首先运用Gambit建立了两进一回Y型通风采空区物理模型,并进行网格划分,然后运用Fluent软件对两进一回Y型通风方式采空区漏风流场、漏风量(沿采空区边界风速分布)、自燃三带和瓦斯浓度分布进行数值模拟研究。通过模拟结果得出了,两进一回Y型回采工作面采空区漏风流场、漏风量(沿采空区边界风速分布)、自燃三带和瓦斯浓度分布的一般规律,为治理上隅角、回风巷瓦斯超限及采空区遗煤自燃和瓦斯爆炸提供了理论依据。     

基于Ventsim的复杂矿井火灾数值模拟研究

为研究复杂矿井火灾的烟气扩散规律和火风压影响范 围,利用 Ventsim 进行某金矿３种不同工况(工况１、２位于 斜坡道,工况３位于主进风巷道)条件下的火灾模拟,并研究 火灾发生时的风压变化及烟气扩散规律.模拟结果表明:火 风压影响程度随火源距离增加线性下降;根据各工况模拟的 烟气扩散时间,矿井需在７００s内进行反风并组织工作人员 逃生;工况３火灾烟气扩散速度更快、范围更广,即主进风巷 道的火灾危险性更大;斜坡道是烟气的主要扩散路径,不宜 作为逃生路径,发生火灾时应组织工作人员通过回风侧进行 逃生.研究结果对矿井井下火灾救援具有重要指导意义.     

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300m³/min、辅助通风巷风量为400m³/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。     

复杂矿井火灾烟气蔓延三维仿真研究

为研究灾变发生对矿井的影响,以通风系统三维仿真模型作为平台,基于通风网络解算模型和烟流蔓延参数模型,分析了风速、风向、火灾温度和烟流浓度的动态变化,实现对火灾时期风流运动、火灾蔓延时的烟流浓度分布的动态模拟,并将其在三维平台上展示出来。并以国内某复杂矿井为例,探究火灾发生时烟气蔓延情况。研究结果表明,选取复杂矿井为例进行建模及火灾点设置,模拟了烟流的影响范围和到达时间,验证了三维平台的可靠性;通过模拟得到,上行通风火灾风流紊乱会造成旁侧支路风流逆转,而且相邻采面经历了风量逐渐减小、停止和反向的变化,烟流会通过2个回风巷道排出,污染多个回风巷道。     

基于“U+I”型通风系统的模拟优化研究

为了对U+I型通风方式下的风排瓦斯效率进行研究,本文以某煤矿为实际工程背景,运用数值模拟软件对U+I型通风方式中不同的内错尾巷高度下,即分别为顶板上方2 m、3 m、4 m、5 m时,该通风系统的排瓦斯效果进行了模拟研究,得到了该通风系统的最优解,即对U+I型通风系统进行了优化。模拟结果表明:尾巷布置于顶板上方4 m时,尾巷的风排瓦斯率达到71.74%,相比尾巷布置于顶板上方2 m时提高了15.21%,同时,巷道的排瓦斯总量达到6.44 m3/min,此时,通风系统的排瓦斯效果达到最佳。因此,该矿使用U+I型通风系统时,内错尾巷宜布置在顶板上方4 m左右。     

基于三维通风系统的矿井火灾影响模拟研究

矿井火灾烟气是造成大量人员伤亡的主要原因之一,为了更好地制定井下火灾紧急救援预案,文章通过仿真模拟法研究了煤矿的进风、用风和回风地点发生火灾后的烟气流动规律。利用Ventsim可视化通风软件建立东荣三矿三维矿井通风系统模型,选取采煤工作面、采煤工作面回风巷以及主井作为研究对象,模拟井下发生火灾的情形,通过获得的数据分析CO扩散情况,制定相关应急措施。研究结果表明:主井发生火灾,CO气体会出现剧烈波动,短时间内能扩散至井下各个工作面,危害性极大;采煤工作面发生火灾,风门的位置以及关闭的时间长短对遏制CO气体传播十分关键;采煤工作面回风巷着火,在采空区瓦斯未涌出和积聚的前提下,CO会随着回风巷排出井外,危害性小。     

矿井掘进巷道入口火灾的数值模拟研究

以2010年重庆石壕煤矿掘进巷入口壁挂电缆火灾为背景,基于FDS火灾仿真软件对掘进巷入口处火灾的温度、气体浓度进行数值模拟研究。结果表明,受火源热风压作用,高温烟气浮升使巷道温度呈"上高下低"、沿程迅速衰减的分布特征,在远离火源的掘进面,温度可降至约50℃。烟气来临会使测点的O_2浓度迅速下降(16%)、CO浓度迅速升高(0.14%),是主要致命因素,掘进面的遇险矿工合理使用自救器和压风、压水管路规避致灾因子,可维持生命、等待救援。     

基于Pro/E和ANSYS的ZF3700/16/26型液压支架底座负载仿真分析

借助Pro/E软件对各种危险工况下ZF3700/16/26型液压支架底座的强度以及应力分布构建三维实体模型,通过仿真模拟得到在两端施加集中荷载和扭矩2种工况下底座应力及位移分布云图,进一步分析可知,底座应力集中主要位于前后柱窝及边缘盖板处。     

不同阻塞条件下的隧道火灾全尺寸试验研究

为了研究阻塞条件下的隧道火灾危险性,选取某隧道网络中的某一支路作为火灾试验区,采用轴流风机通风,额定通风量为27 m3/s,以甲醇池火为火源,火源功率分别为0.25、0.50和1.00 MW。通过改变火源功率和隧道内风门的开闭模式开展全尺寸试验,分析火源横截面和隧道中心线竖直截面风速、隧道纵向拱顶温升、隧道中心面纵向温升等参数,研究了不同阻塞条件下的隧道火灾烟气扩散规律,获得了抑制隧道火灾危险性的风门控制模式。研究结果表明:①在隧道通风网络中,对称风流通过风门后,隧道截面距风门22 m处风速在整流作用下逐渐趋于均匀;②建立了考虑隧道阻塞比的隧道风量衰减模型,该模型可根据隧道阻塞比的变化预测隧道阻塞作用下的风量损失,同时可以计算沿程阻力损失的风量;③在自然通风条件下,当火源功率大于0.50 MW时,火灾烟气在火羽流作用下迅速向隧道拱顶浮动,通过对流换热使得拱顶温度急剧升高,对于隧道结构的稳定性具有巨大的破坏作用;可采用调节风门的方式控制通过起火区域的风量,从而优化隧道火灾危险控制模式,局部风速大小对火灾危险性影响不大;当起火区域风量不足时,人眼高度处的1.8 m高温度升幅较大,不利于人员逃生与救援;④阻塞条件下隧道断面不对称进风流易造成风流结构紊乱,使得隧道火灾烟气温度分布不稳定,危险性较大。     

矿井T形巷道火灾烟流控制方法研究

通过建立T形矿井巷道模型,使用Fluent软件模拟巷道起火后的烟气流动,研究巷道端口不同给排风组合对火灾烟气中CO、温度及排烟量的影响.结果分析表明:火灾发生时,由于外部风流加剧烟气逆流,短时间内热量集中累积,给风口一侧的巷道烟气体积分数与温度起伏不定或缓慢降低;单巷道供风的控制方法要明显优于双巷道供风.假设垂直巷道存...     

巷道截面突变对烟气蔓延的影响数值模拟

为了研究矿井巷道截面突变对烟气蔓延过程中烟气蔓延至进风口、出风口的时间以及温度的影响,基于Pyrosim火灾模拟软件建立不同巷道倾角、巷道突变段长度以及不同巷道突变位置的数值模型,并在不同空间位置设置能见度、温度、烟气蔓延测点。模拟结果表明:随着巷道倾角增加巷道突变对烟气蔓延的抑制作用降低;火源强度越高,巷道突变对烟气蔓延至进风口时间的抑制率提高;而对烟气蔓延至出风口时间的抑制率降低。巷道截面突变段长为10 m且距离火源50 m时,巷道截面突变对烟气蔓延的影响最大。     

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。     

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。     

角联网络下行通风火灾的实验研究

通过开展角联网络的火灾模拟实验,观察到下行风流的角联分支受火灾作用而发生逆转的全过程。实验结果表明:下行通风角联分支风流的逆转可以归结为烟流和风流异向分层流动的量变过程和风向突变的质变过程。角联分支的火灾作用改变了上风侧旁侧支路的风量和下风侧旁侧支路的阻力特性。     

基于巷道风流分布规律的风量计算

通过对模拟巷道风流分布规律进行研究,指出风流受巷道壁的黏滞作用,靠近巷道边壁处风流速度较小,越靠近巷道中心区域风速越大,而这种变化趋势在高、中、低风速条件下基本一致;同时研究以风速V(x)为目标函数值,以距巷道壁距离为变量x,对三种风速条件下试验数据进行曲线拟合分析,并得出相应的回归方程,依据此方程构造相应的积分方程计...