火灾烟流污染巷道断面的烟流温度测试

第号卷第蜩sn101053x.195光0紧科技大学学报 Vol.17 No.1 19952 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1995 火灾烟流污染巷道断面的烟流温度测试 张兴凯 北京科技大学采矿工程系，北京，100083 摘要测试了火源点下风侧巷道断面上的烟流温度分布，以及火灾过程中断面烟流温度变化·研 究结果表明：下风侧巷道断面烟流温度分布是不均匀的，靠近巷道顶板烟流温度较高，靠近底板 和壁面较低：当断面烟流平均温度或最高温度相同时，随距火源点距离的增加，断面上各测点间 烟流温度之差增大， 关键词矿山安全，燃烧过程，烟流温度，火灾实验 中图分类号TD752.3 Test of Fume Temperature at Roadway in the Section Polluted by Fire Fume Zhang Xingkai Department of Mining Engineering,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The fume temperature distribution below the fire area in the section of the roadway,and the changes of the fume temperature in each sectiom are studied.The achievements show that fume temperature distribution is not even in section,it is higher near the roof of drift.and is lower at the foot and the side walls;as the distance to the fire area increases,the difference of fume temperatures of various measuring points in the section increases,when the average or the highest temperature is the same. KEY WORDS mine safety,combustion processes,fume temperature,fire experiment 进行火灾实验，研究矿井火灾燃烧过程、状态及火源点下风侧巷道烟流温度，是矿井安 全领域的主要课题之一·在该领域，人们研究较多的是可燃物性质不同、燃烧规模不等时的 火灾燃烧过程、燃烧生成物变化山1，以及烟流最高温度等1，对烟流污染巷道断面烟流温度 及其随燃烧过程变化的研究较少，本文通过巷道火灾实验，测试了火源点下风侧巷道断面上 的烟流温度分布及其随燃烧过程的变化，丰富矿井火灾数据资料，为正确预报火灾和火灾动 态监测提供依据， 1实验概况 实验巷道为水平巷道，断面5.4m2,周长8.1m,内层用0.113m厚的耐火砖砌碹，外层支护 1994-05-10收稿 第一作者男33岁博士后 *国家自然科学基金资助项目

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 更巧 年 月 川 。 ， 。 功 望巧 火灾烟 流 污染巷道 断面 的烟 流温度测 试 ’ 张兴 凯 北 京科 技大 学 采矿 工 程 系 ， 北 京 ， 《洲犯 摘要 测 试了火源 点下 风侧巷道 断面上 的烟 流温度分布 ， 以 及 火灾 过程 中断面烟 流温度变化 研 究结果表 明 下 风侧巷道 断面烟 流温度 分布是 不 均匀 的 ， 靠近巷道顶板烟 流温度较高 ， 靠近底板 和壁 面 较低 当断面烟 流平均温度或最高温度相 同时 ， 随距火源点距离的增加 ， 断面上各测 点间 烟 流温 度 之 差增 大 关键词 矿 山安全 ， 燃 烧过 程 ， 烟 流温度 ， 火灾实验 中图分类号 〕 ， ， ， ， 眠 咫 。 沈 ， ， ， ， ， ， ， 进行 火 灾 实 验 ， 研究 矿井 火 灾燃 烧过程 、 状态及 火 源点下 风侧巷 道 烟 流 温 度 ， 是 矿井 安 全领 域 的主要课题之 一 在 该 领 域 ， 人们研究 较多 的是 可 燃物性 质 不 同 、 燃烧规模 不等 时的 火灾燃 烧过程 、 燃烧 生成 物 变化 【’ ， ， 以 及 烟 流 最高温度等 ’ ， 对烟 流 污染 巷 道 断 面 烟 流 温 度 及其 随燃 烧过程 变化 的研究 较少 本 文通 过 巷道 火 灾 实验 ， 测 试 了火 源 点 下 风侧巷 道 断面上 的烟流温度分 布 及 其 随燃烧过程 的变化 ， 丰 富矿井火 灾 数据资料 ， 为正 确 预报火灾和 火 灾动 态监测提供依 据 实验概况 实验巷道 为 水 平巷道 ， 断面 ， 周 长 内层 用 厚 的耐 火砖砌 暄 ， 外 层 支 护 多 一 一 收稿 中 国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目 第一 作 者 男 岁 博 士 后 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．01．006

·24 北京科技大学学报 1995年No.1 材料为混凝土，在距火区2.5m、12.5m 22.5m、32.5m的下风侧巷道断面上（记为断 ① 面No1~4),各布置7个测温热电偶，巷道 断面形状和测温热电偶布置如图1所示，实验 R1I94 ⑥ ② 测定时间93min,实验过程中火区人风侧风速 ③ 为0.82~1.10ms. EEEZ- ④ 2巷道断面烟流温度 品 2.1巷道断面烟流温度分布 370 410 测点①~④都在巷道断面中心线上，它 1100- ①热电偶 1700 们的温度变化说明了断面垂直方向上的烟流 2200 温度变化.表1给出了实验过程中断面No3 图1巷道断面和热电偶布置 各测点烟流温度随时间的变化.4个测点距巷 道顶板的距离依次为200mm、813mm,1353mm,2033mm.在同一时刻其温度值大小依次 是：测点①>测点②>测点③>测点④，说明同一断面上随距顶板距离增加，烟流温 度下降；测点①与②间的烟流温度下降较慢，测点③与④间的下降梯度大，在断面上随 距顶板距离的增加，烟流温度下降梯度增大；且同一断面上烟流温度分布为测点①最 高，按测点①、②、⑥、③、⑤，⑦、④的顺序依次下降，说明断面烟流温度分布是不均匀 的，靠近巷道顶板烟流温度高，靠近底板或壁面烟流温度低，火源点下风侧断面上的烟流 温度最高点在靠近顶板的巷道中心线上， 表1断面N3烟流温度随时间的变化/K 测定时间/min①温度②温度③温度④温度⑤温度®温度⑦温度 3 576 612 542 305 296 516 298 13 768 738 648 458 586 692 528 2 685 662 610 481 574 638 546 608 596 558 466 544 576 524 43 606 588 547 452 519 562 503 53 568 553 517 448 507 526 484 63 518 508 486 428 476 499 452 475 469 452 413 450 458 434 83 449 445 430 397 422 436 415 2.2断面烟流温度分布与距火源点距离的关系 为了分析断面烟流温度分布与其距火源点距离的关系，采用算术平均值法计算断面烟流 平均温度，即： 号 式中T-断面烟流平均温度；T,一断面测点i烟流温度；7-断面测点数·

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 材 料 为 混 凝 土 ， 在 距 火 区 、 、 、 的 下 风 侧 巷 道 断面上 记 为 断 面 一 ， 各 布 置 个 测 温 热 电 偶 ， 巷 道 断面形 状和 测温热 电偶 布置 如 图 所示 ， 实验 测 定 时 间 而 ， 实验过 程中火 区人风侧 风 速 为 一 加 巷道断面烟 流温 度 巷 道 断 面烟 流 温 度 分 布 测 点 ① 一 ④ 都 在 巷 道 断 面 中心 线 上 ， 它 们 的 温 度 变 化说 明了断面垂 直 方 向上的烟 流 温 度 变 化 表 给出了实 验 过 程 中 断 面 各 测 点 烟流温度 随时间的变 化 个测 点距 巷 从 币厂 虽 图 巷道断面和 热 电偶布置 道 顶 板 的 距 离 依 次 为 、 、 、 在 同一时刻其 温 度 值 大 小 依 次 是 测 点 ① 测 点 ② 测 点 ③ 测 点 ④ ， 说 明 同 一 断 面 上 随 距 顶 板 距 离 增 加 ， 烟 流 温 度 下 降 测 点 ① 与 ② 间 的 烟 流 温 度 下 降较 慢 ， 测 点 ③ 与 ④ 间 的 下 降 梯 度 大 ， 在 断 面 上 随 距 顶 板 距 离 的 增 加 ， 烟 流 温 度 下 降 梯 度 增 大 且 同 一 断 面 上 烟 流 温 度 分 布 为 测 点 ① 最 高 ， 按 测 点 ① 、 ② 、 ⑥ 、 ③ 、 ⑤ 、 ⑦ 、 ④ 的 顺 序 依 次 下 降 ， 说 明 断 面 烟 流 温 度 分 布 是 不 均 匀 的 ， 靠 近 巷 道 顶 板 烟 流 温 度 高 ， 靠 近 底 板 或 壁 面 烟 流 温 度 低 ， 火 源 点 下 风 侧 断 面 上 的 烟 流 温 度 最 高 点 在 靠 近 顶 板 的 巷 道 中 心 线 上 表 断面 心 烟流温度 随时 间的变化 测 定 时 间 ① 温 度 ② 温 度 ③ 温 度 ④ 温 度 ⑤ 温 度 ⑥ 温 度 ⑦ 温 度 硼翎肠 撇 喇义卿 崛 晰 断面烟 流温度分布与距 火 源点距 离 的关 系 为 了分 析 断面烟 流温 度分 布 与其距 火 源 点 距 离 的关 系 ， 采 用算术平 均值法计算 断面烟 流 平 均 温 度 ， 即 一 今睿 界 式 中 一 断面烟 流 平均 温 度 叭一 断面 测 点 烟 流 温 度 一 断面 测 点 数

Vol.17 No.I 张兴凯：火灾烟流污染巷道断面的烟流温度测试 .25 随距火源点距离不同，断面烟流温度分 布变化的比较如图2所示.图中断面No1~ 4的烟流平均温度分别为588K,599K,590 750 K、578K.当烟流平均温度基本相同时， 断面No4上测点①~④间的温度之差最大， 680 随距巷道顶板距离增加烟流温度下降的梯 610 度最大；断面Nol各测点间温度之差最小· 540 即断面烟流平均温度相同时，随距火源点距 o 23min No.3 离增加，断面上各测点间温度之差增大，说明 470o 53 min No.1 o 13min No.4 断面烟流温度分布越不均匀， 400 38min No.2 600 120018002400 当测点①烟流温度基本相同时，各断面 L/m 上烟流温度变化如表2所示.当断面No1~4 上测点①温度分别为545K、549K、568K, 图2断面烟流温度与距顶板距离的关系 569K时，各断面上测点间最大温度之差依 次为17K、61K、120K、126K,即随断面距火源点距离的增加，断面上各测点间温度之 差增大，断面温度分布越不均匀· 表2断面烟流温度随距顶板距离的变化 断面 时间 断面测点的烟流温度K 测点间温差 /min 0 ② 3 ④ ⑤ ⑧ ⑦ 最大值/K Nol 63 545 535 559 528 532 544 531 17 No2 53 549 547 537 504 528 565 513 61 No3 53 568 553 517 448 507 526 484 120 No4 48 569 560 524 443 493 522 474 126 2.3 断面烟流平均温度探讨 用实验方法测定火源点下风侧断面烟 流平均温度，受断面上布置测温度传感器 1100 数量和计算方法影响较大·本实验中在断 900 面上布置7个测温度传感器，并充分利用 断面的对称性，使实测和用式(1)计算 700 的结果，可以较真实地反映断面烟流平均 s00 。No.I测点3 温度的变化规律·分析实验结果可知，断 300L ●No1平均 0 面上各测点间烟流温度变化有相同的趋 20 40 60 80100 t/min 势，且断面烟流平均温度与测点③烟流 温度比较接近.图3为断面No1的测点③ 图3断面平均温度和测点③温度随时间的变化 温度和平均温度随时间的变化，在实验的 大部分时间内，同断面上烟流平均温度与测点③烟流温度之差再与平均温度之比的绝对值

张兴 凯 火 灾 烟 流 污 染巷 道 断 面 的烟 流 温 度测 试 窝爵 随距火源点距离不同 ， 断面烟 流 温 度 分 布变 化 的 比较 如 图 所 示 图中断面 一 的烟 流 平均温 度分别 为 、 、 、 当烟 流平均 温 度 基 本相 同 时 ， 断面 上测 点 ① ④ 间的 温 度之差 最 大 ， 随距巷 道 顶板距 离增加烟 流温 度下 降 的梯 度最大 断面 各测点 间温 度 之 差 最 小 即断面烟流平均温度相 同时 ， 随 距 火 源 点 距 离增加 ， 断面上各测点间温度之差增大 ， 说 明 断面烟 流温度分 布越 不均 匀 当测 点①烟 流温度 基 本 相 同时 ， 各 断面 上烟 流 温度变化 如表 所 示 当断面 一 上 测 点 ①温度分别 为 、 、 、 时 ， 各 断面上 测 点 间最 大 温 度之 差 依 性、 一 匕 － 冤 的 图 断面烟 流温度与距顶板距 离的关 系 次为 、 、 、 ， 即 随 断 面距 火 源 点距 离 的增 加 ， 断 面 上各测 点 间温度 之 差增 大 ， 断面温 度分布 越 不 均 匀 表 断面烟流温度随距顶板距离的变化 时 间 刀 断 面 测 点 的 烟 流 温 度 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 测 点 间 温 差 最 大 值 ‘，，，了 《 辫 翎烈 州 ︸，，，产 ︸气、 ‘ ︸」︶盯、亡、︸ ，︸ 翎卿 断 面 号 一与卜 、 ‘ 「 一’ 万匕一’ 侧 点 二 平 均 言留 断面烟流平 均 温度探讨 用 实验方法 测 定 火 源 点下 风 侧 断面 烟 流平均 温度 ， 受 断 面 上 布置 测 温 度 传感器 数量 和计算方 法影 响较大 本 实验 中在断 面上 布置 个测 温 度 传感 器 ， 并 充 分利 用 断面 的对称性 ， 使 实 测 和 用 式 计算 的结果 ， 可 以较真 实地 反 映 断 面烟 流 平均 温 度的变化规律 分 析 实验 结果 可 知 ， 断 面 上 各 测 点 间烟 流 温 度 变 化 有 相 同 的 趋 势 ， 且 断面 烟 流 平 均 温 度 与 测 点 ③ 烟 流 温度 比较接 近 图 为 断 面 的测 点 ③ 温度和平 均温度 随时 间的变化 ， 在 实验 的 而刀 图 断面平均温度和 测点 ③ 温度随时间的变化 大部分 时 间 内 ， 同断面上 烟 流平 均温 度 与测 点 ③ 烟 流温 度 之 差 再 与 平 均 温 度 之 比 的 绝 对值

·26· 北京科技大学学报 1995年No.1 小于10%.这说明断面上存在烟流温度等于平均温度的点（或线），也就是说火源点下风侧 断面上烟流平均温度点（或线）必在断面内，该点（或线）在（或通过）测点③附近，且 烟流平均温度与各测点烟流温度有相同的变化趋势， 3结论 在巷道火灾时，火源点下风侧巷道断面上烟流温度分布是不均匀的，同一断面不同点间 烟流温度之差可达100K以上；越靠近巷道顶板温度越高，越靠近底板和壁面温度越低； 当火源点下风侧各断面烟流平均温度或烟流最高温度相同时，随着断面距火源点距离的增 加，断面上各测点间烟流温度之差增大，即断面烟流温度分布越不均匀；断面烟流平均温度 与各点烟流温度有相同的变化趋势、且断面上等于烟流平均温度的点（或线）在断面内，并 在巷道断面中心附近， 参考文献 1沼尾敦子.井下火芒文字数据的解析仁力九才石.资源上素材，1989,105(11)：821~823 2 Strang J.Fire Gases and Their Interpretation.Min Eng,1990,149(345):470;472~478 3王长元.大型火灾对通风的影响.山西科技，1989(1)：26~29

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 小 于 这说 明断面 上存 在烟 流 温 度 等于 平 均 温 度 的 点 或 线 ， 也 就 是 说 火 源 点 下 风 侧 断面 上 烟 流平均 温度 点 或 线 必在 断面 内 ， 该 点 或 线 在 或 通 过 测 点 ③ 附 近 ， 且 烟 流 平 均 温 度 与各 测 点烟 流温度 有 相 同的变 化趋 势 结 论 在巷 道 火 灾 时 ， 火 源 点下 风侧巷道 断面 上烟 流 温 度分 布 是 不 均 匀 的 ， 同一 断 面不 同点 间 烟 流 温 度 之 差 可 达 以 上 越 靠 近 巷 道 顶 板 温 度 越 高 ， 越 靠 近 底 板 和 壁 面 温 度 越 低 当火 源 点下 风 侧各 断 面烟 流平 均 温 度或烟 流 最 高 温 度 相 同 时 ， 随 着 断 面 距 火 源 点距 离 的增 加 ， 断面上 各测 点 间烟 流温 度 之差 增大 ， 即断面烟 流温度分布越 不 均 匀 断面烟 流平 均 温度 与各点烟 流温 度 有 相 同 的变化趋 势 ， 且 断面 上等 于烟 流平 均温 度 的点 或线 在 断 面 内 ， 并 在 巷 道 断面 中心 附近 参考文献 沼 尾 敦子 井下 火 苦 ‘ 、 文字 数据 的 解 析 忆 力 ‘ 凡 才 石 资源 七 素材 ， ， 一 尔川 此 以绍 阴 比 记 ， 男 ， 一 王 长元 大 型 火 灾 对通 风 的影 响 山 西科技 ， 一