救灾行为对煤矿火区气体流态作用规律及诱发爆炸机理研究

The major difficulties during the process of disaster relief of fire accident in coal mine is placed on the possibility to cause gas explosion while carrying out action of inertia injection for disaster relief and sealing of the fire zone. Moreover, under certain conditions, the fluctuation of air pressure on surface of the earth increase the incurrence rate of gas explosion while carrying out action of inertia injection for disaster relief and sealing of the fire zone. At the moment, the research work based on the difficulties, above, which may cause catastrophe, is relatively less studied. The project takes the mechanism of possibility to cause gas explosion while carrying out disaster relief action as its leading clue, aims at promote the validity, safety of disaster relief, by using the method of theoretical analysis, numerical calculation and experiment to study the variation of air-flow field, pressures field and concentration field of fire zone after sealing and influence it will cause to the law of gas emission in fire zone, and establishes the mathematic model of dynamic variation of physical parameters, which can reveal the mixture mechanism of combustible gas in the fire zone and inertia gas injected, and studies the action mechanism of transfer, the law of decline and hysteresis influence of air-pressure on surface to gas flow pattern, discusses the influence of fluctuation of air pressure to sealing and unsealing. The research work will elicit a theoretical support to disaster relief decision-making, and will be helpful to reducing and avoiding the incurrence rate of secondary disaster, and have an important theoretical and practical prospect to the reliability and the safety of coal mine disaster relief.

煤矿火灾事故救灾的最大难点在于火区封闭及注惰等救灾行为诱发瓦斯爆炸的防治，且在一定条件下，地表大气压力的变化增加了火区封闭和启封诱发瓦斯爆炸的可能，但对于上述客观存在的重大隐患实际研究成果较少。本项目以煤矿火灾救灾行为诱发继发性瓦斯爆炸机理为研究主线，立足于提高煤矿火灾救灾安全有效性的根本目的，采用理论分析、数值计算、实验的方法，研究火区封闭时及完工后火区内气体流场、压力场和浓度场的变化及其对火区内瓦斯涌出的作用规律；建立火区封闭及注惰过程中各物理参数动态变化的数学模型，揭示注入不同流态的惰气与封闭区内可燃气体层的混合机制；研究地表大气压力变化在井下的传递、衰减规律和时滞性及其对火区气体流态的作用机理，探讨大气压力变化对火区密闭及安全启封的影响。项目研究成果将为救灾决策提供理论支撑，有助于减小或避免继发性灾害的发生，对提高煤矿火灾救灾的可靠性和安全性具有重要的理论和实践应用前景。

煤矿火灾事故救灾的最大难点在于火区封闭及注惰等救灾行为诱发瓦斯爆炸的防治，且在一定条件下，地表大气压力的变化增加了火区封闭和启封诱发瓦斯爆炸的可能，但对于上述客观存在的重大隐患实际研究成果较少。因此，本项目以煤矿火灾救灾行为诱发继发性瓦斯爆炸机理为研究主线，立足于提高煤矿火灾救灾安全有效性的根本目的，研究火区封闭时及完工后火区内气体流场、压力场和浓度场的变化及其对火区内瓦斯涌出的作用规律；建立火区封闭及注惰过程中各物理参数动态变化的数学模型，揭示注入不同流态的惰气与封闭区内可燃气体层的混合机制；研究地表大气压力变化在井下的传递、衰减规律和时滞性及其对火区气体流态的作用机理，探讨大气压力变化对火区密闭及安全启封的影响。.通过本项目的研究，得出了三种不同的封闭顺序对封闭火区内气体运移的影响规律，推导出了火区漏风量与火区内、外压力等的关系式，得出了火区封闭过程中和封闭后，因通风压力变化造成的瓦斯浓度分布状况的动态变化规律，揭示了封闭火区注惰对火区内可燃气体的前端推进后端混合的作用机理，得出了地表大气压力的变化在井下传播的时滞性和幅度变化对封闭区域内瓦斯积聚的影响规律。根据漏风量与防火墙密闭程度的关系，推导出两种流动状态下，注惰量与火区漏风量之比。研究结果表明，选择合理的注氮参数进行火区灭火，可以避免由于“活塞作用”诱发的瓦斯爆炸危险。通过研究，揭示了大气压力变化以声速传播以及压力波随距离衰减很少的规律。建立了瓦斯涌出增加速度正比于大气压力下降速度的数学模型。建立了大气压力随时间周期性变化的数学模型，并由该模型修正密闭墙的漏风公式。.项目研究成果从理论上解决了在救灾实践过程中长期未能解释的问题，有一定的学术研究价值，在一定程度上丰富矿井火灾救灾理论，为救灾决策提供了理论支撑，有助于减小或避免继发性灾害的发生，对提高煤矿火灾救灾的可靠性和安全性具有重要的理论和实践应用前景。