封閉火區內氣體運移規律的影響因素研究

張九零 朱占虎 李小沫 姚仲寶 盧小娜

摘 ?要：通過參閱國內外相關科研文獻，我們可以發現氣體成層與火災的發展趨勢聯系密切。研究影響氣體成層規律的因素為及時控制礦井火災、實現安全快速滅火，提供了科學依據。通過研究，文章得出了以下結論：火區封閉的先后次序、外部壓力等都對封閉火區的氣體運移規律產生影響。根據課題研究得出的結論，我們可以安全有效控制和熄滅礦井火災，減少不安全事故發生。

關鍵詞：封閉火區;氣體運移;有效控制

引言

一旦發生直接滅火無效的礦井火災，為阻止火勢進一步擴大，可根據封閉火區的方法解決此類問題。其中有全礦井封閉法，即封閉整個礦井的各種通道。全礦井封閉優點在于地面作業，較安全，缺點是造成全礦停產，使后續工作（如火區管理、重啟火區等）難度加大。此外，還有井下局部封閉方法，包括兩種情況，其中一種是斷風條件封閉火區，另一種是通風條件封閉火區[1]。這兩種方法易在火區中產生瓦斯局部積聚，瓦斯濃度上升較快，適用于火區氣體貧氧、氧濃度低至使瓦斯失爆、失燃的情況。

因為在對火區進行封閉的過程中，其內部的O2和CH4等氣體的濃度、火源具體位置以及風流的方向等關鍵信息的判斷比較困難，因此，采用通風封閉火區的方法被公認為是最安全和最正確的方法，應用相對較為廣泛。但應用此類方法也有幾點需要注意：封閉火區過程中，原來通風時，不能進行停風操作，應保證通風口的強行通風;原來無風時，不能夠先恢復通風然后再封閉火區[2]。

1 封閉順序對氣體運移的影響

封閉順序有三種：“先進后回”、“先回后進”和“進、回同時”。下面分別簡要分析這三種封閉順序對火區氣體的影響[3，4]情況。

“先進風后回風”封閉。這種方法在建設回風側防火墻時相對來說較為安全。但這種方法雖然氧氣濃度下降較快，但仍需要較長時間才能使氧濃度降低到失爆濃度。同時會引起火區內壓力急劇降低，導致大量瓦斯涌出，易形成高濃度瓦斯積聚。同時，引起的風流紊亂流動可能導致瓦斯爆炸或“二次”爆炸事故。“先回風后進風”封閉會導致火區內壓力升高，抑制瓦斯涌出，但密閉施工中及封閉后，氧濃度基本不受影響，與含量逐漸上升的瓦斯預混，形成爆炸性大氣，且容易出現風流逆轉，回風側密封工作辛苦，安全性差。“進、回風”同時封閉的方法耗時較短，能迅速切斷助燃氣體來源，施工密閉墻是應在距巷道頂部三分之一處，墻體中部留出充分的通風孔，稀釋火區涌出瓦斯，減緩火區可燃氣體達到爆炸危險程度的時間。綜上分析，采取 “進回同時”的封閉方法是最為安全的方法。

2 外部壓力改變對氣體運移的影響

礦井自身機械風壓以及自然風壓的變化很大程度上決定了封閉火區內部壓力的變化。分析可知，漏風量與壓力線性相關，因為漏風影響氣體運移，進而影響外部壓力變化;從中還可看出漏風量隨時間逐步衰減，在均壓滅火原理方面也符合。

3 浮力效應

“浮力效應”是指礦井在發生火災的狀況下，密度隨著氣流溫度升高而變小，火風壓發生變化的現象。根據出現范圍不同，我們把火風壓可分成局部火風壓、全礦火風壓兩種。局部火風壓會改變局部巷道的通風情況。

局部火風壓引起的通風網絡中風壓分布變化，可由式（1）計算[4]：

4 節流效應

火災過程中，對流過火區的煙流產生的阻礙作用，稱為煙流的節流效應。這種阻礙作用是由于以下兩點，第一，燃燒火焰占據巷道截面面積。第二，由于火焰的熱效應，風流增加。

風流流動經某通路，溫度體積膨脹會發生節流效應，其阻力大小用下列公式計算[5]：

（2）

式中：hl-節流效應產生的阻力，Pa;

ρ1、ρ2-火區上、下風側風流密度，kg/m3;

v1、v2-火區上、下風側煙流速度，m/s;

hm-火區高度，K;

θ-火區傾角。

由此可得，節流阻力伴隨火災的發生、火勢的加劇而產生、增大。

5 結束語

論文分析了影響封閉火區氣體運移規律的因素：封閉順序、外部壓力以及熱力作用。得出以下結論：采用“進回同時”的方法進行封閉火區，其爆炸危險性相對來講最小;而漏風量與封閉火區的外部壓力線性相關，且漏風程度直接影響封閉火區內部的氣體運移規律;因此，浮力和節流效應都會對礦井火災造成更深程度的危害，在一定程度上增加了礦井火災的爆炸危險性。

參考文獻

[1]王省身，張國樞. 礦井火災防治[M].中國礦業大學出版社，1990.

[2]袁樹杰，SZLAZAK Nikodem，OBRACAJ Dariusz. Assessment of

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

& Engineering（China），2006，1：68-72.

[3]黃衛.封閉火區順序的探討[J].甘肅科技，2004（5）：26-27.

[4]王進柱.淺談封閉明火火區控爆的幾點體會[J].煤炭技術，2003（8）：45-47.

[5]周心權，吳兵.礦井火災救災理論與實踐[M].北京：煤炭工業出版社，1996，11：176-302.