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1、项目五 矿井火灾时期的通风,火风压矿井火灾时期风流紊乱及其防治矿井火灾时期风流的控制,高温火灾气体的空气动力效应有两方面作用：一方面是燃烧生成的热能转化为机械能，形成附加的自然风压（即火风压）作用于通风网路；另一方面，在火源点生成大量火灾气体以及风流受热后体积膨胀所产生膨胀压力，对上风侧风流产生阻力作用，即膨胀节流效应，对风流产生动力作用。,任务一 火风压,理解火风压的产生原因熟悉火风压的特性了解火风压对矿井通风的影响,一、火风压的产生 火风压：矿井发生火灾时，高温火灾气流流经的井巷内空气成分和温度发生了变化，从而导致空气密度减小，产生附加的自然风压。产生：在如图51所示的模型化的通风系统中，
2、由于火源下风侧34风路的风温和空气成分发生变化，从而导致其密度减小，该回路产生火风压，根据自然风压的计算公式可导出火风压的计算公式：H=Z g（mamg）（51）式中 H火灾时的火风压，Pa；ma、mg火灾前后井巷内空气平均密度，kgm3g重力加速度，ms2。,由式（51）可以看出：火风压的大小与高温火灾气流流经井巷的高度和发火前后的空气密度有关。发火后空气的密度主要受火源的温度和范围、通过火源的风量等因素的影响。,图51 火风压的产生,二、火风压的特性根据现场观察和理论研究，火风压具有以下特性：（1）火风压出现在火灾气体流经的倾斜或垂直的井巷中。Z越大，火风压值也越大。在水平巷道内，标高差很
3、小时，火风压极小。（2）火风压的方向总是向上。因此，上行风路中产生的火风压方向与主要通风机风压方向相同；下行风路中产生的火风压方向与主要通风机风压方向相反。（3）火势愈大，温度愈高，火风压也愈大。火风压的大小和方向取决于：烟气流过巷道的高度、通过火源的风量、巷道倾角、火源温度和火源产生的位置。,说明：鉴于上述分析结果，当井下发生火灾时，应迅速了解火源的位置，根据燃烧物的分布、燃烧规模、火源温度、流经巷道的特征（是上行还是下行）、风量大小，估算火风压值及其对通风系统的影响，以便采取有效措施，保证矿井通风网路中风流稳定。矿井火灾时，火源温度（10002500）和火源下风侧井巷的空气温度变化很大，要
4、精确地计算出火风压值十分困难。但是，根据火灾发生的地点、火风压的特点和火灾前巷道的通风状况，判断可能发生风流逆转的巷道，采取正确的稳定措施，则是完全必要和可能的。,三、火风压对矿井通风的影响 矿井火灾发展到明火阶段时，出现的火风压将扰乱矿井的正常通风系统，可能使全矿或局部的风向、风量发生变化，从而严重威胁矿井安全，对救灾抢险工作造成团难。所以井下一旦发生火灾，就要注意火风压对矿井通风的影响，防止引起不良后果。火烟流经巷道的温度高低取决下列主要因素：燃烧物本身的温度。距火源的距离。流过的火烟量。测温点与火源间从旁侧风流中掺入的风量及其温度。在火烟流经途中，要降低火风压值，最可靠的措施是减少供给火
5、源的风量，以减少火烟生成量。,火风压对风流影响的规律为：当矿井主干风路上的主通风机风压与火风压的作用方向一致时，主干风流将具有完全肯定的方向，不会发生逆转；但所有的旁侧风流可能逆转。当主干风路上的主通风机风压与火风压的作用方向不一致时，主干风流则不会有肯定的方向，可正向流、无风、风流逆转。当火风压小于临界值（无风时的火风压值）时，风流方向不变；当火风压值大于临界值时，风流逆转，但逆转程度要视火风压值的大小，可能部分地逆转或全部地逆转。,任务二 矿井火灾时期风流紊乱及其防治,熟悉风流紊乱的形式理解矿井火灾时期风流紊乱的防治措施,一、风流紊乱的形式 风流紊乱的形式主要有旁侧支路风流逆转、主干风路烟
6、流逆退和火烟滚退三种形式。1.旁侧支路风流逆转。当火势发展到一定的程度时，通风网路中与火源所在排烟主干风路相连的某些旁侧分支的风流可能出现与正常风流方向相反的流动，在灾变通风中把这种现象叫做旁侧支路风流的逆转。如图52所示，假设在24分支内发生了火灾，正常情况下烟气将随风流通过45，56分支排出地面。当火势发展到一定程度时，会使旁侧支路34分支风流反向，烟流从主干风路流向旁侧风路侵入43、35分支，如图52（b）所示，从而扩大了事故的范围。,图53 主干风路烟流逆退,图52 旁侧风路风流逆转,2.主干风路烟流逆退。如图53所示，在分支24内的一点产生火源，若火势迅猛，烟气生成量大，火源下风侧排
7、烟受阻，烟气一方面沿主干风路的回风系统456排出，另一方面则充满巷道全断面逆着主干风路的进风流方向流向2节点，这种现象叫做烟流逆退。当逆退的烟流到达2节点后，将随旁侧分支23、35的风流侵袭更大的范围，从而使危害扩大。下行风或水平巷道中这种风流紊乱现象更为常见。3.火烟滚退。在火源上风侧附近的巷道断面上出现两种不同的流向：即巷道上部烟气逆风流动，经过一定的距离后又与下部风流一起按原方向流动，如图54所示。烟气生成,量越大、火源温度越高、巷道风速越低，发生滚退的概率越大。烟气的滚退，往往是主干风路风流的逆退和旁侧支路逆转的前兆。,图54 火烟滚退,二、矿井火灾时期风流紊乱的防治(一)上行风路产生
8、火风压1.风流紊乱的原因因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大；因巷道冒顶等原因造成火源下风侧风阻增大，导致主干风路火源上风侧风量减小，沿程各节点压能降低。2.风流紊乱的规律 风流逆转的规律是，上行风路产生火风压，旁侧支路风流逆转。旁侧支路风流是否发生逆转，与本分支的风阻大小无关。风流逆转的过程一般是，风量先逐渐减小，至停止，到反向。旁侧支路风量减小，则可能是逆转的前兆。,3.防治风流紊乱的主要措施为了防止旁侧风路风流逆转，主要措施有：(1)降低火风压；(2)保持主要通风机正常运转；(3)采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻。(二)下行风路产生火风压作用方向：与主要通风
9、机风压作用方向相反。当火风压等于主要通风机分配到该分支压力时，该分支的风流就会停滞；当火风压大于主要通风机分配到该分支的压力时，该分支的风流就会反向。主干风路风阻及其产生的火风压一定时，风量越小，越容易反向。,防止下行风路风流逆转的措施有：减小火势，降低火风压；增大主要通风机分配到该分支上的压力。(三)风流逆退的原因、规律及其防治 由于火源处产生大量烟气以及风流加热后体积膨胀，类似于在火源处增加了一条风路（可称之为虚拟风路）。其体积流量超过原来风量，会导致烟流逆退。发生逆退的原因是：烟气的增量过大；主通风机作用于主干风路的风压小。防止逆退的措施有：减小主干风路排烟区段的风阻；在火源的下风侧使烟
10、流短路排至总回风；在火源的上风侧巷道的下半部构筑挡风墙，迫使风流向上流，并增加风流的速度（如图55）。挡风墙距火源5 m左右；也可在巷道中安设带调节风窗的风障，以增加风速（如图56）。,图56 风障,图55 挡风墙,任务三 矿井火灾时期风流的控制,会制定稳定风流的措施了解局部风流短路熟悉各类反风方式掌握停止主风机工作的情况会分析火灾时期风流控制实例,矿井发火时对通风的基本要求是：保护灾区和受威胁区域的职工迅速撤至安全区域或地面；有利于限制烟流在井巷中发生非控制性蔓延，防止火灾范围扩大；不得使火源附近瓦斯聚积到爆炸浓度，不容许流过火源的风流中瓦斯达到爆炸浓度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的区域；为救
11、护工作创造有利条件。,风流的控制可以是区域性的，也可以是全矿范围内的。控制风流的方法可以借助于主通风机、局部通风机以及通风装置；也可以只使用通风设施，如风门、临时密闭和调节风窗等，或者几种结合起来使用。火灾时常用的通风措施有以下几种：一、稳定风流的措施适用条件是：（1）火源位于采区内部，烟流已弥蔓较大的范围，井下人员分布范围大。（2）通风网路复杂的高瓦斯矿井，采用其它通风制度有发生瓦斯和煤尘爆炸危险，或使灾情扩大。,（3）火源位于独头掘进巷道内，不能停止局部通风机运转。（4）火源位于采区或矿井主要回风巷，维持原风向有利于火烟迅速排出。（5）当火灾发生的具体位置、范围、受火灾威胁区域等情况没有完
12、全了解清楚时。（6）减少向火源供风，抑制火势发展。采用正常通风会使火势扩大，而隔断风流又会使火区瓦斯浓度上升时，应采取减少向火源供风风量的方法通风。但应注意的是，减小风量不要引起瓦斯爆炸；若火源下风侧有人员未撤出，则不能减风。,二、局部风流短路 对于中央并列式通风的矿井，火源位于矿井的主要进风系统，若不能及时进行反风或因条件限制不能进行反风时，可将进、回风井之间联络巷中的风门或密闭打开，使大部分烟流短路，直接流入总回风，减少流入采区的烟流，以利人员避难和救护队进行救护。三、反风 当井下发火灾时，利用反风设备和设施改变火灾烟流的方向，以使火源下风侧的人员处于火源“上风侧”的新鲜风流中。反风方式按
13、范围可分为全矿井反风、区域性反风和局部反风三种。1.全矿井反风。,通过主通风机及其附属设施实现。轴流式风机采用主要通风机反转反风，离心式通风机利用反风道反风。2.区域性反风。在多进、多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发生火灾时，调节一个或几个主通风机的反风设施，实现矿井部分区域风流反向的反风方式，称为区域性反风。3.局部反风。当采区内发生火灾时，主要通风机保持正常运行，调整采区内预设的风门开闭状态，实现采区内部局部风流反向，这种反风方式称为局部反风。,某矿采区通风系统简化为如图57所示的网路，火源处于对角巷道分支。正常通风时，1、2号风门关闭，3、4号风门开启，风流方向如实线所示。反风时1、
14、2号风门开启，3、4号风门关闭，风流方向如虚线所示。,图57 局部反风示意图,四、停止主通风机工作 以下情况下可考虑停止主要通风机工作：（1）火灾发生在进风井筒或进风井底，因条件限制不能进行反风，又不能让火灾气体短路进入回风时；（2）独头掘进工作面发火已有较长的时间，瓦斯浓度已超过爆炸上限，这时不能再送风；（3）主通风机已成为通风阻力时。停止主通风机时应同时打开回风井的防爆门或防爆井盖，使风流在火风压作用下自动反风。采用这种通风措施时应慎重。,说明：另外，井下机电峒室发生火灾时，通常采用关闭防火门或修筑临时密闭墙等方法隔断风流。采取控制风流措施时，必须十分注意瓦斯的情况。如在瓦斯矿井实行反风或
15、风流短路时，不允许将危险浓度的瓦斯送入火区；停风措施易使瓦斯集聚到爆炸危险浓度，应特别慎重。在多数情况下，发生火灾时应保持矿井正常通风，稳定风流。稳定风流就是保持矿井正常通风系统不为火灾所改变。经验证明，处理火灾时期，如果通风正常，风流能为人们所掌控，则为灭火提供了可靠的保证，同时也对保护井下作业人员的安全有重要作用。,五、火灾时期风流控制实例某矿“111”胶带暗斜井重大恶性火灾事故案例分析。一、事故矿井概况及事故发生经过(一)事故概述 年11月1日凌晨5时10分左右，某矿胶带运输机暗斜井第二部胶带机头以下200m左右处，因胶带摩擦起火造成16人死亡，18人受伤的重大恶性事故。直接经济损失20
16、0多万元。该矿建于1958年，1964年投产，设计生产能力为45万t/a。矿井开拓方式为斜井多水平开拓，共分4个开采水平，现生产水平为三、四水平。主提升为箕斗提升，二、四水平之间为胶带运输机运输。该矿井1999年被鉴定为煤与瓦斯突出矿井，煤层自燃发火期为13个月。矿井通风方式为混合式通风。该矿暗斜井外因火灾事故示意图如图58所示。,(二)事故经过 年11月1门凌晨5时40分，矿运转区调度员向矿调度员汇报，井下二水平胶带暗斜井第二部胶带运输机中部着火。该暗斜井全长780m，倾角为16，共安装SD250X型胶带输送机两台，第一部安装长度400 m，第二部安装长度370 m，并安装一台长10m的SG
17、W44型刮板运输机。该井筒及安装的设备于1983年投人使用。矿调度室接到事故汇报后，立即通知矿总值班的副总工程师以及有关矿领导和局调度室。同时矿总值班员及调度员立即布置运转区现场人员进行直接灭火，切断胶带暗斜井的所有电源，并通知井下各采掘作业点所有人员撤离现场进行自救。5时42分，矿总值班员接到矿长命今后，立即带领运转区支部书记、副区长及工人等12人下井到现场进行,直接灭火，当时已有50多米胶带被烧，火势很猛，且上山木垛已在燃烧。采用灭火器和防尘水灭火均无法控制火势，现场救灾指挥又派运转区工人到二水平中央变电所及水泵房将所有灭火器运到火区灭火，约6时矿总工程师赶到调度室后再次命令井下除现场灭火
18、人员外，全部撤出。7时13分，现场救灾指挥在井下向矿长汇报，现场灭火效果差，控制不了火势，要立即组织人员接水管到火区，用防尘水进行灭火。局领导及救护大队队员先后到达矿上进行现场指挥和井下进行直接灭火，因现场火势猛。采取直接灭火无效后，指挥部决定撤出二水平灭火人员，实施反风。,二水平灭火人员全部撤出后，8时15分总指挥命令切断全矿井下所有高、低压电源，东、西立风井同时进行反风。8时20分、8时21分东、西立风井先后反风。由于受灾范围大，抢救情况复杂，先后调动了邻近煤矿共6个救护小队参加救灾。至11月2日23时，火区明火被扑灭，11月4日6时，最后一名遇难者升井。11月4日14时，矿井恢复正常通风
19、。二、事故原因分析(1)这次火灾事故的直接原因是胶带输送机中部由于托辊不转，胶带与托辊滑动摩擦产生高温而引燃附近可燃物着火。,(2)管理不严，致使胶带暗斜井第二部胶带局部地段存在余煤、余碴等可燃物；职工违反劳动纪律，提前下班，也是造成这起事故的主要原因。(3)井下使用非阻燃胶带，胶带运输井巷消防设施不齐全，三水平材料库垮通胶带暗斜井，垮通区用可燃性材料支护且封闭不严，是造成事故扩大的重要原因。(4)井下压风自救系统不完善，没有自救器是造成事故人员伤亡扩大的重要原因。经调查分析认定，这是一起重大责任事故。,三、事故教训(1)胶带运输机井巷是易发火井巷，且往往是进风巷，发生火灾时，由于胶带燃烧产生
20、比CO毒性大10倍的剧毒HCL的气体，且比CO出现更早。因HCL气体顺风蔓延对下风侧生产区域人员的生命威胁提前。所以，胶带运输机井机巷，特别是位于主要进风巷的胶带运输机火灾的及时发现，是直接灭火能否成功，能否避免剧毒烟流进入采掘工作面的关键。为此，在火灾预防处理计划中必须具体规定和落实各部胶带运输机火灾报警的人员，如何组织井下人员立即直接灭火，如何通知井上、下人员，可能采取的控制风流措施和采用的通讯设备，是否割断胶带减少火灾蔓延危险等措施。,(2)劳动纪律松懈，提前下班，不遵守岗位责任制不仅对生产造成巨大影响，且留下巨大安全隐患。本事故充分说明劳动纪律松懈对及时发现和扑灭火灾造成的重大影响。因
21、提前下班造成的安全事故时有发生，说明安全管理、劳动纪律和岗位责任制与安全生产的关系十分密切。(3)主要进风井或进风巷发生火灾，立即指挥全矿进行反风已成为救灾的基本规律之一。反风本身是比较容易执行的措施，本案例从知道进风胶带运输机暗斜井火灾发生到采取反风措施，中间相隔3h，说明反风的影响是非常复杂的，有可能造成新的危险而使救灾情挥者决策困难。正确估计反风效果和负面影响，是抢险救灾决策能否顺利贯彻，能否把火灾损失减到最小所必须全面考虑的问题。因此要求：,在平时要加强对反风设施的维修，保证灾变时能及时运行，要通过反风演习了解反风后的有效性和风门的开启状况。落实主要风门开启的责任人。有条件的矿井，应设
22、置井下可遥控或由地面监控系统中心控制的自动风门。并且要对工人进行安全教育，使他们在撤退时，对于反风时风流方向的改变有思想准备，正确应对。要制定并落实可操作性强的原进风区人员撤退计划，如反风时井底车场人员，暗斜井绞车工等人员的撤退计划等，尽量减少反风后人员损失。各矿制定的灾变时期人员撤退路线往往是根据正常风向考虑的，并通过安全教育让井下作业人员所熟知。但火风压造成风流逆转或反风后必然对人员撤退路线造成重大影响。所以人员撤退路线必须根据反,风可能性做出具体应对规定。在救灾指挥做出反风决定时，应立即通知井下人员按反风撤出路线撤退。因此反风决定应尽早做出，并且必须在通知井下人员撤退之前，否则人员撤退时
23、无法通知撤退人员已经反风，只能靠撤退人员自己判断，会耽误避灾时间。决定反风时必须综合考虑对参与直接灭火和侦察火情人员的影响，分析正在井下直接灭火人员包括下井救灾人员的位置，要注意反风不影响他们的安全。(4)火灾预防处理计划和救灾决策应预先尽可能考虑复杂环境条件和救灾措施的相互影响，注意救灾措施执行顺序的合理性。本案例火灾发生在进风暗斜井，救灾指挥可能面临通知人员撤退、反风、组织现,场人员直接灭火；命令救护人员下井救灾等救灾措施执行先后的选择。若首先通知人员撤退，后进行反风，反风措施则不可能使井下人员了解，井下人员不可能按反风时的避灾路线撤退；组织人员现场直接灭火，命令救护人员下井后才进行反风，
24、又可能因反风造成救护人员的危险。若顺回风井下井，则面临未逆转时，烟流流至回风井的直接威胁。救护人员直接灭火宜通过与胶带暗斜井并联的斜井进入侦察和直接灭火，并注意在打开两斜井联络巷防火墙时，了解风流方向，以防烟流迎面而来，造成危险。(5)尽管抢救措施及其实施顺序难有定规，不少现场人员据此认为应该在火灾发生后适时酌情处理，而忽视预先根据各易发火区出现各类火灾选择救灾措施的重要性。火灾发生后，救灾决策和实施时间紧张，,难以充分估计复杂条件的影响，井上、下人员联络困难，往往难以选择和实施较好的救灾方案。尽管火灾灾情变化复杂，但仍存在一定的规律性。灾前预先分析并确定各类火灾救灾方案及保证实施的措施时，应
25、预先考虑措施的关联性及负面影响。注意避免负面影响是十分必要的。(6)本案例显示现场人员直接灭火并未能成功扑灭火灾。直接灭火能否奏效的关键，一方面在于能否在火灾现场就地组织人员直接灭火。外因火灾特别是胶带火灾发展迅猛，等待地面组织救护队员下井救灾往往为时已晚，火势已难以扑灭，烟流已窜人采掘工作面，扩大了受火灾影响范围。另一方面，在于建立有效的防灭火系统，在易发火区要有充足的供水系统和,灭火材料。本案例显示火灾区域无充足供水，即使用防尘水灭火也需要加接水管，从而影响到直接灭火的正常进行。因此，各矿应注意在事故前制定并落实易发火区，特别是胶带运输机井巷火灾组织就地人员直接灭火计划，并注意设置供水充足
26、的消防水管和器材。许多火灾直接灭火失败都是因供水不足所致。(7)从本案例事故示意图可以看出，在同一位置有的人遇难，有的人逃生，说明提高灾变时期个人防护、自救能力的重要意义。应加强熟悉通风系统、避灾路线、反风、灭火措施、应变能力等方面的安全素质教育和培训。另外，应按规定给井下人员配备自救器。,(8)加强机电设备检修，保证设备的正常运行。本案例起火点在胶带运输机中部，意味着火灾是因胶带机托辊卡死，胶带在托辊上滑动摩擦产生的高温引燃可燃物所致。(9)应在易发火区特别是主要进风胶带运输机井巷设置带烟雾或CO传感器的监测和自动洒水系统，以便及时发现并扑灭火灾。(10)注意紧急情况下通讯的及时性和正确性，
27、井下人员报告火警要清楚说明地点、时间、火情、原因，是否已进行直接灭火等情况。调度室人员要立即做好记录并复述，以防听错，贻误战机。本案例调度人员通知局救护队时，错报事故矿井，拖延了抢救时间。,复习思考题1何谓火风压？火风压是怎样产生的？火风压具有哪些特性？2火风压对矿井通风有哪些影响？3简述矿井火灾时期风流紊乱的形式。4矿井火灾时期风流紊乱的防止措施有哪些？5简述矿井火灾时期风流的控制措施。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
