矿井巷道火灾烟流数值模拟及安全区域划分

摘要

火灾因其危害性大成为矿山主要灾害之一。火灾产生的高温有毒有害烟气在井下狭长受限空间内流动，不仅损坏井下设备和影响正常生产，而且污染井下作业环境，威胁作业人员生命健康。因此，对矿井火灾烟气流动的研究具有重要意义。
　　本文主要研究内容是对矿井巷道火灾烟气流动进行数值模拟分析，并在此基础上对井下巷道进行安全区域划分。首先，建立矿井巷道火灾风流流动连续性方程、动量方程、能量方程、组分方程。其次，对外因火灾和内因火灾形成原因进行了具体系统地分析。再次，通过GAMBIT软件建立相似物理模型后导入FLUENT软件进行井下巷道火灾烟气流动数值模拟，分别对巷内发生火灾后机械通风和巷道风流稳定时发生火灾，这两种情况进行数值模拟。并选取了巷内风速、火灾规模两个影响因素分组进行模拟。最后，对火灾灾变时期巷道内安全区域进行划分，并列举了根据温度和CO浓度对巷道安全等级区域划分的实例。
　　研究结果表明：巷道内发生火灾后机械通风和巷道风流稳定时发生火灾两种情况，经过较长时间后，当火灾产生烟气与排出烟气量达到一定平衡后，巷道内烟气流动均趋于稳定流态；当巷道内风速较小或火灾规模较大时，火灾产生的高温有毒有害烟冲向顶板形成“蘑菇状”，部分烟气会沿巷道顶板向火源上游流动，对火源上游巷道有一定污染，并且对火源下游巷道污染严重；随着巷道内风流的增大，排出烟气的速率有所增大，逐步消除烟气对火源上游巷道的污染，烟气浓度有所降低，巷道气流的温度也随之降低，排烟的效果更好；随着火灾规模的增大，巷道内烟气浓度和温度增大，对火源下游巷道的污染加强，同等风速排出烟流的能力明显降低，排烟效果随之减弱。
　　本文通过对矿井巷道火灾烟气流动进行数值模拟，揭示了巷道内火灾烟气流动和温度、有毒烟气分布规律，供矿山巷道火灾防治作参考。此外，根据模拟结果和不同温度值、有毒气体浓度对人体影响，对矿井巷道安全区域等级进行划分，对井巷火灾抢险救灾和人员紧急逃生具有一定的参考价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 背 景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的内容

1.4 研究技术线路

第二章 矿井巷道火灾烟气流动的数学模型

2.1 基本守恒方程

2.2 控制方程

第三章 金属矿山矿井火灾成因分析

3.1 概述

3.2 金属矿山矿井外因火灾

3.3 金属矿山内因火灾

3.4 本章小结

第四章 巷道火灾烟气流动的数值模拟

4.1 Fluent软件介绍

4.2 巷道火灾烟气流动物理模型和基本假定

4.3 计算模型和参数的确定

4.4 模拟结果及分析

4.5 巷道火灾烟气流动规律影响因素分析

4.6 本章小结

第五章 巷道火灾灾变时期安全区域划分

5.1 井下灾变时期环境

5.2 巷道火灾灾变时期安全区域划分

5.2 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结 论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果