巷道火災(zāi)過程中CO濃度變化規(guī)律的研究

王文才　公維剛　姜宇鴻　張博

摘 要：在分析巷道火災(zāi)發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行巷道火災(zāi)相似模擬實驗。結(jié)果表明，在礦井巷道火災(zāi)過程的各個階段中，發(fā)展階段CO濃度呈上升趨勢，穩(wěn)定階段CO濃度呈下降趨勢，衰減階段CO濃度開始呈上升趨勢后又呈下降趨勢且持續(xù)時間最長，因而在火災(zāi)的衰減階段應(yīng)高度重視CO氣體的危害。

關(guān)鍵詞：巷道火災(zāi) 煙流 CO濃度 變化規(guī)律

中圖分類號：TD752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-126-02

礦井火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一，一旦發(fā)生不僅會給生產(chǎn)帶來重大損失，而且由于火災(zāi)中大量的有毒煙氣在浮力和通風(fēng)的作用下，可對原有通風(fēng)系統(tǒng)的傳播規(guī)律易造成破壞，并使得礦井中的煙氣彌漫，造成井下人員中毒甚至死亡。在礦井火災(zāi)中，CO以其產(chǎn)生量大和所具有的毒性，對井下人員的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。

1 巷道火災(zāi)的燃燒過程

巷道火災(zāi)往往是從一個點逐步發(fā)展起來的，隨著火區(qū)的擴(kuò)大，可燃物增多，火區(qū)的溫度也隨之升高。根據(jù)溫度與生成物在火災(zāi)過程中的變化情況，巷道火災(zāi)整個過程可分為三個階段：即火災(zāi)發(fā)展階段、穩(wěn)定階段和衰退階段。

1.1 發(fā)展階段

該階段處于火災(zāi)的初期，由于火災(zāi)材料的熱釋放速率加速增長，火勢發(fā)展迅猛，并在短時間內(nèi)達(dá)到最大值，火區(qū)的溫度也不斷的增高。

1.2 穩(wěn)定階段

該階段處于火災(zāi)的中期，由于火災(zāi)材料的熱釋放率達(dá)到了最大值，并持續(xù)一段時間，這時的火勢比較穩(wěn)定，火區(qū)溫度達(dá)到最大值，并且變化較小，O2消耗量趨近平衡。

1.3 衰減階段

該階段由于火災(zāi)材料的耗竭其熱釋放速率開始呈逐漸下降，這時火勢將不斷減小，煙流的溫度也將隨著火勢的較小而降低，氧氣消耗量減小。

2 巷道火災(zāi)過程中溫度和CO濃度變化規(guī)律的實驗研究

將使用的火災(zāi)材料褐煤放在實驗裝置輔運順槽的指定位置，利用加熱棒放使煤樣發(fā)生燃燒，然后撤掉加熱棒，開始實驗，其實驗結(jié)果見表1，火區(qū)溫度CO濃度變化趨勢見圖3和圖4。

3.1 發(fā)展階段

從圖3和圖4可以看出，在17：43之前，煤處于未燃燒狀態(tài)，此時沒有出現(xiàn)CO氣體；從17：43到17：58，巷道風(fēng)流溫度持續(xù)上升并達(dá)到最大值150℃，此期間屬于巷道火災(zāi)的發(fā)展階段。

從11：47到17：58期間，煤樣在加熱棒加熱下其溫度不斷升高并在17：58達(dá)到煤樣的燃點開始出現(xiàn)明火，此時CO的生成量開始減少，CO濃度到達(dá)一個小高峰濃度348mg/m3?？梢姡骰鸬某霈F(xiàn)使CO迅速與O2發(fā)生氧化反應(yīng)生產(chǎn)了CO2，且CO的生成量小于消耗量，所以CO濃度出現(xiàn)了降低趨勢。

3.2 穩(wěn)定階段

從17：59到18：03，巷道風(fēng)流溫度穩(wěn)定保持在150℃左右，此期間屬于巷道火災(zāi)的穩(wěn)定階段。此階段溫度基本保持不變，由于明火的持續(xù)燃燒使CO濃度一直呈下降趨勢，且在18：03時達(dá)到最低值300mg/m3。

3.3 衰減階段

從18：04到18：26，巷道風(fēng)流溫度逐漸下降并趨于火災(zāi)發(fā)生前的溫度，火災(zāi)燃燒進(jìn)入了衰減階段。此階段明火逐漸減少，火勢開始衰退，燃燒反應(yīng)由于不完全產(chǎn)生了大量的CO氣體，再加上明火燃燒消耗的CO量逐漸減少，使得CO濃度迅速增長并在18：18時到達(dá)最大值595 mg/m3；其后，隨著火源溫度不斷降低，燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的CO量也開始減少，并在火災(zāi)熄滅時CO濃度成為零。

4 結(jié)論

（1）在巷道火災(zāi)的發(fā)展階段，CO濃度呈上升趨勢并在轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰饡r達(dá)到最高值；在巷道火災(zāi)的穩(wěn)定階段，CO濃度呈下降趨勢并在明火開始熄滅時達(dá)到最低值；在巷道火災(zāi)的衰減階段，CO濃度呈上升趨勢并在火源開始熄滅時達(dá)到最高值，其后CO濃度又開始呈下降趨勢并在火源熄滅時變?yōu)榱恪?/p>

（2）在礦井巷道火災(zāi)的三個階段中，火災(zāi)衰退階段CO濃度最高且持續(xù)時間最長，因而在火災(zāi)救援過程中該階段應(yīng)高度重視CO氣體的危害。

（基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（51064018））

參考文獻(xiàn)：

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