矿井巷道火灾中火区温度、阻力、节流效应以及通风网络解算的研究

以矿井水平及上向或下向倾斜巷道中的火区为研究对象，针对火区及下风向巷道中的温度、阻力、节流效应以及通风网络解算问题，借助矿井通风网络巷道火灾模拟实验系统，采用以实验室模拟实验和实验测定为主、理论分析和计算机程序计算为辅的综合研究方法，根据火灾理论确定煤矿典型火灾材料不同风速下的热释放速率及其通风影响系数；按照燃烧理论和传热学原理确定火区最高温度以及火区和下风向巷道中的温度方程；根据气体状态方程、风量平衡定律以及可压缩风流能量平衡方程和通风阻力定律，建立火区及下风向巷道中的空气静压方程、空气密度方程、风流速度方程以及火区阻力和火区节流阻力的计算方法，确定火区条件下通风网络逆流或风流逆转的条件，从而科学揭示火区的节流效应、合理提出火区条件下通风网络的迭代解算方法并编制出计算机解算程序。该项研究对于作好矿井通风设计、通风系统可靠性分析、工作面火灾防治和救援以及均压通风均具有重要的理论与现实意义。

自2010年9月项目被批准以来，项目研究组立即按计划开展了项目的调研、实验和研究工作，其计划的实验内容于2013年8月份全部结束，计划的其它研究内容也按要求予以按时完成。. 课题组已发表研究论文19篇，其中被EI收录6篇；发明实用专利1项，待出版研究专著1部，培养博士学位研究生1人、硕士学位研究生5人。项目研究完成了预期的成果指标。. 项目以矿井巷道火灾为研究对象，利用采区进风系统相似模拟实验模型，采用理论分析与实验室模拟实验相结合的综合研究方法开展了研究。其研究成果为：①按照氧消耗原理测定了火灾材料的热释放速率，实验研究了矿井巷道火灾时火源的热释放速率曲线以及火源的放热量，实验研究了风流动压Hv=0时火灾材料的热释放速率Q0以及Hv≠0时火灾材料的热释放速率Qv，分析得出了通风影响系数k对Qv影响的关系式Qv=kHv+Q0；②根据空气经过火灾燃烧区时温度的升高值，得出了矿井巷道火灾时火区下风向巷道的温度场方程；③理论分析和建立了矿井巷道火灾时火区及下风巷道中空气的静压、密度以及流动速度方程，并据此确定了矿井巷道火灾时火区阻力的构成以及火区阻力系数的主要影响因素；④理论分析和实验验证了火区节流系数的计算方法以及火区阻力系数与火区节流系数的关系，并据此提出了火区阻力系数和火区风阻的计算方法；⑤理论分析和实验验证了水平巷道火灾时烟气逆流临界风速的确定方法；⑥理论分析了矿井巷道火灾时火风压的计算方法，理论研究了火风压和火区阻力对矿井通风网络风向和风量的影响，得出了上行和下行通风巷道发生火灾时与其并联巷道风流流向的判别方法，系统提出了提高巷道风流稳定性的有效技术措施；⑦系统总结了矿井火灾时风流的控制技术及其适用条件，系统总结了矿井不同位置巷道火灾时优先采用的风流控制技术方案；⑧研究了风流温度对井巷风阻的影响，得出了矿井巷道火灾时井巷风阻的确定方法；⑨在研究通风机风压特性曲线最小二乘法拟合方法的基础上，提出了矿井巷道火灾时通风网络解算的迭代计算法原理，并系统给出了矿井巷道火灾时改进的斯考德—恒斯雷法（回路法）解算步骤和方法。