矿井火灾风烟流应急调控系统联动可靠性研究

鉴于矿井巷网火灾烟流自由蔓延易造成人员窒息死亡的现状,分析了典型运输巷胶带或电缆火灾烟流的运移特征,探讨了风烟流快速隔离排出路径.提出了分布式联动通风设施的智能化调控方法,结合井下灾变环境和破坏效应融合了多源冗余技术,保障停电、压风破坏、通信中断条件下冗余组件间自动切换.构建了多元灾变信息交叉感知与态势研判模型,通信异常或中断时,按"远程控制+联动决策+自主决策"多重保险模式实现灾变联动.融合故障预测与健康管理(PHM),提高灾变联动系统综合可靠性.分析了系统可靠性影响因子,建立了故障树并转化为贝叶斯网络结构,按照正向分析确定了无冗余系统的可靠度为80.3%;贝叶斯反向推理供电、压风、通信模块导致系统故障的概率分别为40.6%,40.6%和20.3%;多重冗余条件下系统综合可靠度达97.3%.证明了系统冗余设计的必要性和可行性,为灾变风烟流应急调控技术装备的工程应用提供指导.

巷道火灾对通风系统影响的全尺寸实验与模拟

井下巷道火灾会改变通风系统正常运转而威胁矿井安全生产,为了探索巷道火灾对整个矿井通风系统的影响,开展全尺寸巷道实验,并结合数值模拟对U型工作面进风巷火灾特点进行研究.结果表明:该火灾燃烧状态为燃料控制型,但在火灾初期产生了较高的CO浓度,这主要与皮带的特殊燃烧行为有关;烟气温度纵向衰减不具有连续性,每次烟气撞击转弯端墙后,温度会迅速衰减,最终烟气沿整个巷道横断面蔓延,危险性显著增加;该巷道火灾中浮力效应远大于节流效应,对通风系统的影响占主导作用.初步研究结果表明巷道火灾对矿井通风系统具有较大影响,风流和烟流输运规律复杂,且影响因素多,其火灾安全问题值得高度关注.

矿井皮带巷火灾风烟流场-区-网演化与调控规律

针对复杂风网受控火灾风烟流近灾源场-区域-网络传输特性精准刻画难题,研究了不同尺度风烟流演化规律和控风排烟的方法.通过弗劳德数守恒模型分析了通风与热动力交互作用下皮带巷火灾近灾源场烟流逆退的临界条件、烟流温度和能见度的分布规律.利用火灾动力模拟(FDS)软件得到了水平巷道和倾斜巷道的临界风速的表征方法.基于典型采区通风网络,利用Ventsim软件建立了皮带巷火灾区域网络模型,分析了灾变风烟流扩散运移、诱导风流紊乱和调控规律,提出了2种控风排烟调节方案.以转龙湾煤矿通风网络为原型,建立全风网风烟流调控模型,将空气动力学与热力学参数融入风网解算,对复杂风网中的风烟流演化规律和调控方案进行模拟.结果表明:当未采取烟流调控措施时,采区内CO和烟气浓度均较高,人员在此环境无法生存;当采取烟流调控措施时,相比第2种调控方案,第1种调控方案控风排烟效果更显著.进一步优化了皮带巷火灾风烟流调控方案.

井下灾变风烟流快速密闭气囊特性

为研究具有快速密闭、柔性缓冲、远程调控等性能的气囊,制备了以玻璃纤维布为承力层的复合囊壁材料,测试了材料的阻燃及拉伸性能;进行了冲击波作用下的气囊缓冲模拟实验;研究了气囊远程控制及环境感知系统,在模拟巷道开展了试验测试.结果表明:制备的复合囊壁材料拉伸强度为128.37 MPa,极限氧指数为27.6%,达到了难燃材料的等级;在3种冲击载荷(0.7,0.8,0.9 MPa)作用下气囊位移量小于24 cm,应力和能量分布均匀;密闭气囊在5 min内能够完成巷道的完全封堵,气囊每小时的压力下降值低于5%;密闭内外两侧压差保持稳定,漏风率控制在5%以内,能够对灾变区域风烟流有效快速隔离.