封闭火区内气体运移规律的影响因素研究

张九零 朱占虎 李小沫 姚仲宝 卢小娜

摘  要：通过参阅国内外相关科研文献，我们可以发现气体成层与火灾的发展趋势联系密切。研究影响气体成层规律的因素为及时控制矿井火灾、实现安全快速灭火，提供了科学依据。通过研究，文章得出了以下结论：火区封闭的先后次序、外部压力等都对封闭火区的气体运移规律产生影响。根据课题研究得出的结论，我们可以安全有效控制和熄灭矿井火灾，减少不安全事故发生。

关键词：封闭火区;气体运移;有效控制

引言

一旦发生直接灭火无效的矿井火灾，为阻止火势进一步扩大，可根据封闭火区的方法解决此类问题。其中有全矿井封闭法，即封闭整个矿井的各种通道。全矿井封闭优点在于地面作业，较安全，缺点是造成全矿停产，使后续工作（如火区管理、重启火区等）难度加大。此外，还有井下局部封闭方法，包括两种情况，其中一种是断风条件封闭火区，另一种是通风条件封闭火区[1]。这两种方法易在火区中产生瓦斯局部积聚，瓦斯浓度上升较快，适用于火区气体贫氧、氧浓度低至使瓦斯失爆、失燃的情况。

因为在对火区进行封闭的过程中，其内部的O2和CH4等气体的浓度、火源具体位置以及风流的方向等关键信息的判断比较困难，因此，采用通风封闭火区的方法被公认为是最安全和最正确的方法，应用相对较为广泛。但应用此类方法也有几点需要注意：封闭火区过程中，原来通风时，不能进行停风操作，应保证通风口的强行通风;原来无风时，不能够先恢复通风然后再封闭火区[2]。

1 封闭顺序对气体运移的影响

封闭顺序有三种：“先进后回”、“先回后进”和“进、回同时”。下面分别简要分析这三种封闭顺序对火区气体的影响[3，4]情况。

“先进风后回风”封闭。这种方法在建设回风侧防火墙时相对来说较为安全。但这种方法虽然氧气浓度下降较快，但仍需要较长时间才能使氧浓度降低到失爆浓度。同时会引起火区内压力急剧降低，导致大量瓦斯涌出，易形成高浓度瓦斯积聚。同时，引起的风流紊乱流动可能导致瓦斯爆炸或“二次”爆炸事故。“先回风后进风”封闭会导致火区内压力升高，抑制瓦斯涌出，但密闭施工中及封闭后，氧浓度基本不受影响，与含量逐渐上升的瓦斯预混，形成爆炸性大气，且容易出现风流逆转，回风侧密封工作辛苦，安全性差。“进、回风”同时封闭的方法耗时较短，能迅速切断助燃气体来源，施工密闭墙是应在距巷道顶部三分之一处，墙体中部留出充分的通风孔，稀释火区涌出瓦斯，减缓火区可燃气体达到爆炸危险程度的时间。综上分析，采取 “进回同时”的封闭方法是最为安全的方法。

2 外部压力改变对气体运移的影响

矿井自身机械风压以及自然风压的變化很大程度上决定了封闭火区内部压力的变化。分析可知，漏风量与压力线性相关，因为漏风影响气体运移，进而影响外部压力变化;从中还可看出漏风量随时间逐步衰减，在均压灭火原理方面也符合。

3 浮力效应

“浮力效应”是指矿井在发生火灾的状况下，密度随着气流温度升高而变小，火风压发生变化的现象。根据出现范围不同，我们把火风压可分成局部火风压、全矿火风压两种。局部火风压会改变局部巷道的通风情况。

局部火风压引起的通风网络中风压分布变化，可由式（1）计算[4]：

4 节流效应

火灾过程中，对流过火区的烟流产生的阻碍作用，称为烟流的节流效应。这种阻碍作用是由于以下两点，第一，燃烧火焰占据巷道截面面积。第二，由于火焰的热效应，风流增加。

风流流动经某通路，温度体积膨胀会发生节流效应，其阻力大小用下列公式计算[5]：

（2）

式中：hl-节流效应产生的阻力，Pa;

ρ1、ρ2-火区上、下风侧风流密度，kg/m3;

v1、v2-火区上、下风侧烟流速度，m/s;

hm-火区高度，K;

θ-火区倾角。

由此可得，节流阻力伴随火灾的发生、火势的加剧而产生、增大。

5 结束语

论文分析了影响封闭火区气体运移规律的因素：封闭顺序、外部压力以及热力作用。得出以下结论：采用“进回同时”的方法进行封闭火区，其爆炸危险性相对来讲最小;而漏风量与封闭火区的外部压力线性相关，且漏风程度直接影响封闭火区内部的气体运移规律;因此，浮力和节流效应都会对矿井火灾造成更深程度的危害，在一定程度上增加了矿井火灾的爆炸危险性。

参考文献

[1]王省身，张国枢. 矿井火灾防治[M].中国矿业大学出版社，1990.

[2]袁树杰，SZLAZAK Nikodem，OBRACAJ Dariusz. Assessment of

sealed fire states by fire characteristic[J].Journal of Coal Science

& Engineering（China），2006，1：68-72.

[3]黄卫.封闭火区顺序的探讨[J].甘肃科技，2004（5）：26-27.

[4]王进柱.浅谈封闭明火火区控爆的几点体会[J].煤炭技术，2003（8）：45-47.

[5]周心权，吴兵.矿井火灾救灾理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社，1996，11：176-302.