技术文章-矿井风流动态定量模拟技术

 知识资讯     |      2021-11-05 12:05

1风流动态定量模拟技术概述

矿井火灾时期风流状态模拟,就是应用计算机数值分析方法,解算矿井通风网络各分支风量、风温、风压、有害气体浓度、节点压力和通风机工况等参数在火灾影响下的动态变化及风流逆转的位置、时间及影响的一种技术。矿井火灾发生后,及时、准确地掌握火源位置和特性、通风系统风流状态变化、烟流分布和有害气体浓度、风流逆转的位置和时间等情况是迅速正确地救灾决策的前提。由于火灾对上述参数的动态影响,造成上述参数随时间复杂变化,其影响范围波及全矿。以现场试验模拟火灾对全矿井风流状态的影响几乎不可能。而火灾时期风流状态变化的数学模型可以较准确地建立,这给应用计算机模拟技术进行全面、准确地计算上述参数提供基础。实践证实,矿井火灾现场救灾指挥人员深感头痛的问题是,在无法及时、正确而全面了解火情及其影响时,又不得不迅速决策。而风流动态模拟技术的应用,正好为救灾决策提供了迫切需要的风流动态变化数据。

2矿井火灾的三阶段和对应模拟技术的应用

矿井火灾一般经历发生、发展期、维持燃烧动态平衡期三阶段。矿井火灾最终因燃料耗尽或直接、间接灭火工作的干预而熄灭。
在矿井火灾的初期阶段,燃烧尚处于初始状态,火势较小,烟流温度,浓度不高,烟流也未侵入火源下风侧广大区域。因此,对于整个矿井通风系统影响不大,各巷道风流状态变化较小,逆转尚未发生,是矿工自救、进行风流控制及掩护井下人员安全撤退的最佳时机。其分析手段为矿井通风网络稳态模拟和调节技术。
在矿井火灾的发展阶段,火势转旺,烟流温度和有害气体浓度逐渐增加,热风压对矿井风压分布干扰加大,风流温度,风量和风向随时间而发生较大变化,烟流入侵区域增加,并因逆转风流携带有毒、有害的火灾烟流进入进风区域而扩大受灾范围,也给人员撤退、救灾灭火工作造成更大的困难和威胁,这个阶段称为非稳态变化阶段。其分析手段为矿井通风网络非稳态模拟和控制技术。
在矿井火灾准稳态平衡阶段,整个矿井通风系统的通风动力(机械风压与热风压)与风流在相异于正常通风状态的新的状态下达到动态平衡。火源燃烧状态变化一般不大,岩壁温度的增加速率趋缓。因为热风压与节流效应共同作用,致使风流状态变化越缓。如果燃料耗尽或采用直接、间接灭火等措施,火源则迅速熄灭。矿井通风系统逐渐恢复至正常状态。其分析手段为矿井通风网络准稳态模拟和控制技术。

3风流状态模拟技术的实践意义

总的说来,矿井火灾风流状态模拟技术对于救灾决策有下列作用:
(1) 有助于实时救灾决策。报据已知火情,提供矿井火灾时期,各巷道风流流量、温度、烟流浓度等各参数的变化以及风流逆转发生的地点、时间和影响,帮助矿井火灾指挥人员的实时决策。
(2) 有助于预先了解各类火情下的风流状态变化。发生火灾前,对各种假设火灾状况下本矿通风系统的状态变化进行预模拟。
(3) 校验控风措施的有效性。发生火灾前,预模拟各种假设火灾状态下依据经验或定性分析方法所制定的各种控风措施的有效性。
(4) 帮助确定明火火源位置。可以根据环绕监测系统各探头报警时间差,帮助反推火源位置,了解火情,以帮助救灾指挥人员判断火灾状况。
(5) 有助于事故分析。火灾事故分析时,再现火灾发生后的状态变化,帮助了解事故原因,火灾的发生发展过程及控风措施的有效性等,有利于总结经验吸取教训。
 
 
文章来源:《矿井火灾防治》