矿井胶带火灾烟气流动模拟及危险区域划分

摘要

胶带火灾是煤矿井下常见的一种外因火灾，胶带巷中可燃物多，一旦发生胶带燃烧，火势会迅速发展，形成典型的巷道火灾。矿井胶带火灾产生的烟气随风流蔓延，在狭长的巷道空间中形成一种高温毒害的环境，危害井下矿工的健康甚至生命。因此，研究矿井胶带火灾烟气蔓延规律以及蔓延危险区域范围是很有必要的。本文通过分析胶带火灾发展过程中烟气温度场和烟气浓度场的变化规律，对巷道空间进行危险区域划分。主要内容和结论：
　　通过归纳和总结，分析胶带燃烧特性和胶带火灾发生的原因，根据受限空间火灾的发展过程，将胶带火灾发展过程分为初起阶段、发展阶段、猛烈阶段、衰减和熄灭阶段。并将初起阶段和发展阶段作为研究的重点。
　　在5种风速条件下，用平直巷道火灾实验平台进行胶带燃烧实验，发现：巷道通风速率为0.4m/s时，胶带燃烧的质量损失速率最大。在胶带燃烧速率最佳的实验风速条件下，模拟胶带火灾初起阶段烟气蔓延情况，研究胶带火灾初起阶段巷道中温度场以及CO和CO2气体浓度随时间和空间位置的变化规律。同时，基于Fluent数值模拟软件，以平直巷道胶带燃烧实验为原型，设计胶带火灾发展阶段的火灾模型，模拟胶带火灾发展阶段巷道中的烟气流动，掌握了胶带火灾发展阶段巷道中温度场和气体浓度场随时间和空间位置的变化规律。
　　以巷道中高温有毒烟气为评价对象，建立了烟气高温和毒害评价指标，对胶带火灾初起阶段和发展阶段烟气蔓延区域进行危险性划分。综合毒害和高温区域的划分结果发现：在初起阶段，巷道整体为安全区域，火源附近为亚安全区域；在发展阶段，巷道空间分为安全区域、亚安全区域、中度危险区域和危险区域，且各区域的范围随着火灾发展时间不断的变化，此外，相比于高温划分的非安全区域，毒害划分的非安全区域范围更大、危险程度更高，其安全区域范围的缩小速率为O.13～0.38m/s，危险区域范围增大速率为0.04～0.32m/s。

目录

声明

1绪论

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

1.5 技术路线

2 矿井胶带火灾一般规律

2.2 胶带火灾原因分析

2.3 胶带火灾发展过程

2.4巷道火灾烟气流动特性

2.5 本章小结

3 胶带火灾初起阶段烟气流动实验研究

3.1 实验装置及系统

3.2 实验条件的确定

3.3 胶带火灾初起阶段巷道温度分布

3.4 胶带火灾初起阶段气体浓度变化规律

3.5 本章小结

4 胶带火灾发展阶段烟气流动数值模拟研究

4.2 基本假设与控制方程

4.3几何模型与网格划分

4.4 关键参数

4.5 模拟结果分析

4.6 本章小结

5 胶带火灾烟气蔓延区域危险性划分

5.1 巷道火灾烟气危害

5.2 烟气危险性评价指标

5.3 胶带火灾初起阶段烟气蔓延区域危险性划分

5.4 胶带火灾发展阶段烟气蔓延区域危险性划分

5.5 本章小结

6 结论及展望

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间主要成果及研究经历