巷道火灾过程中CO浓度变化规律的研究

王文才　公维刚　姜宇鸿　张博

摘 要：在分析巷道火灾发展过程的基础上，进行巷道火灾相似模拟实验。结果表明，在矿井巷道火灾过程的各个阶段中，发展阶段CO浓度呈上升趋势，稳定阶段CO浓度呈下降趋势，衰减阶段CO浓度开始呈上升趋势后又呈下降趋势且持续时间最长，因而在火灾的衰减阶段应高度重视CO气体的危害。

关键词：巷道火灾 烟流 CO浓度 变化规律

中图分类号：TD752 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-126-02

矿井火灾是煤矿重大灾害之一，一旦发生不仅会给生产带来重大损失，而且由于火灾中大量的有毒烟气在浮力和通风的作用下，可对原有通风系统的传播规律易造成破坏，并使得矿井中的烟气弥漫，造成井下人员中毒甚至死亡。在矿井火灾中，CO以其产生量大和所具有的毒性，对井下人员的安全构成了严重的威胁。

1 巷道火灾的燃烧过程

巷道火灾往往是从一个点逐步发展起来的，随着火区的扩大，可燃物增多，火区的温度也随之升高。根据温度与生成物在火灾过程中的变化情况，巷道火灾整个过程可分为三个阶段：即火灾发展阶段、稳定阶段和衰退阶段。

1.1 发展阶段

该阶段处于火灾的初期，由于火灾材料的热释放速率加速增长，火势发展迅猛，并在短时间内达到最大值，火区的温度也不断的增高。

1.2 稳定阶段

该阶段处于火灾的中期，由于火灾材料的热释放率达到了最大值，并持续一段时间，这时的火势比较稳定，火区温度达到最大值，并且变化较小，O2消耗量趋近平衡。

1.3 衰减阶段

该阶段由于火灾材料的耗竭其热释放速率开始呈逐渐下降，这时火势将不断减小，烟流的温度也将随着火势的较小而降低，氧气消耗量减小。

2 巷道火灾过程中温度和CO浓度变化规律的实验研究

将使用的火灾材料褐煤放在实验装置辅运顺槽的指定位置，利用加热棒放使煤样发生燃烧，然后撤掉加热棒，开始实验，其实验结果见表1，火区温度CO浓度变化趋势见图3和图4。

3.1 发展阶段

从图3和图4可以看出，在17：43之前，煤处于未燃烧状态，此时没有出现CO气体；从17：43到17：58，巷道风流温度持续上升并达到最大值150℃，此期间属于巷道火灾的发展阶段。

从11：47到17：58期间，煤样在加热棒加热下其温度不断升高并在17：58达到煤样的燃点开始出现明火，此时CO的生成量开始减少，CO浓度到达一个小高峰浓度348mg/m3。可见，明火的出现使CO迅速与O2发生氧化反应生产了CO2，且CO的生成量小于消耗量，所以CO浓度出现了降低趋势。

3.2 稳定阶段

从17：59到18：03，巷道风流温度稳定保持在150℃左右，此期间属于巷道火灾的稳定阶段。此阶段温度基本保持不变，由于明火的持续燃烧使CO浓度一直呈下降趋势，且在18：03时达到最低值300mg/m3。

3.3 衰减阶段

从18：04到18：26，巷道风流温度逐渐下降并趋于火灾发生前的温度，火灾燃烧进入了衰减阶段。此阶段明火逐渐减少，火势开始衰退，燃烧反应由于不完全产生了大量的CO气体，再加上明火燃烧消耗的CO量逐渐减少，使得CO浓度迅速增长并在18：18时到达最大值595 mg/m3；其后，随着火源温度不断降低，燃烧反应产生的CO量也开始减少，并在火灾熄灭时CO浓度成为零。

4 结论

（1）在巷道火灾的发展阶段，CO浓度呈上升趋势并在转变为明火时达到最高值；在巷道火灾的稳定阶段，CO浓度呈下降趋势并在明火开始熄灭时达到最低值；在巷道火灾的衰减阶段，CO浓度呈上升趋势并在火源开始熄灭时达到最高值，其后CO浓度又开始呈下降趋势并在火源熄灭时变为零。

（2）在矿井巷道火灾的三个阶段中，火灾衰退阶段CO浓度最高且持续时间最长，因而在火灾救援过程中该阶段应高度重视CO气体的危害。

（基金项目：国家自然科学基金资助项目（51064018））

参考文献：

[1] 林龙沅，陈海焱，颜翠平，等.矿井火灾对巷道通风的影响研究[J].金属矿山，2011（5）：158-160.

[2] 刘伟，郭鹿林，刘立春，等.井火灾的危害及预防措施[J].煤矿安全，2008（7）：48-50.