D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.01.005 第17卷第1期 北京科技大学学报 Vol.17 No.1 1995年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1995 火区下风侧巷道烟流温度研究 张兴凯 北京科技大学采矿工程系，北京100083 摘要在断面5.4m2、长0m的实验巷道进行了218in火灾实验，研究巷道火灾过程及其火区 下风侧巷道烟流温度，在不采取灭火措施时，巷道火灾燃烧过程有3个阶段：即发展阶段、稳 定阶段和衰减阶段. 关健词矿山安全，燃烧过程，巷道火灾实验 中图分类号TD752.3 Fume Temperature Below Fire Area in Roadway Zhang Xingkai Department of Mining Engineering.USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRCT A fire test is designed in a experimental roadway during 218 min,which is 5.4 m2 in section and 70m in long,the fire process and the temperature of below the fire area are studied.There are three stages in the case of without no extinguishing: oping stage,stable stage and failing stage. KEY WORDS mine safety,combustion processes,roadway fire experiment 在矿井火灾实验中，人们研究了煤炭、木材、胶带等燃烧时的烟流最高温度！，分析了 燃烧生成物4，考察了烟流与巷道围岩间的换热，但对燃烧过程的研究较少，在实验过程 中，因同一巷道断面上测温传感器数量较少，测得的断面温度往往不能代表断面烟流平均温 度；特别是火灾过程中火区下风侧烟流温度的实验数据十分缺乏， 1实验方法 实验巷道为水平巷道，长70m,断面5.4m,周长8.1m,内层为厚0.113m耐火砖碹支 护，外层支护材料为混凝土.实验可燃物为碎杂木1750kg和煤炭2000kg,碎杂木在下层摆 放，煤炭在上层堆放，可燃物沿巷道长度为5.采用外火源在巷道底板附近点燃，实验过程 中巷道风速为1.6~2.0m/s. 为了测得烟流流经巷道断面上的烟流平均温度，在同一断面上布置7个测温热电偶，在 火区下风侧巷道的5个断面上，共设置35个测温热电偶，如图1所示·断面烟流平均温度 用算术平均值法计算，即： 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 姚年 月 巧 心 功 。 望巧 火 区 下 风侧巷道烟 流温度研究 ‘ 张 兴 凯 北 京科技 大 学采矿 工 程 系 ， 北京 硬 幻 摘要 在 断面 ’ 下 风侧巷道烟 流 温度 定 阶段 和衰减 阶段 关健词 矿 山安 全 ， 中图分类号 长 的实验巷 道 进行 了 刃 火灾 实验 ， 研究巷 道 火灾过程及 其火 区 在 不 采取 灭 火措施 时 ， 巷道 火 灾燃烧过程有 个 阶段 即 发 展 阶 段 、 稳 燃烧过程 巷道 火 灾 实验 ， ， ， 而 ， ， ， 而 ， ， 在矿井 火灾 实验 中 ， 人们 研究 了煤 炭 、 木 材 、 胶 带等燃烧 时 的烟 流最 高温度〔’ ， 分 析 了 燃烧 生成 物阴 ， 考 察 了烟 流 与巷 道 围 岩 间 的 换 热 ’ ， 但 对燃 烧 过 程 的研 究 较 少 在 实 验 过 程 中 ， 因 同一巷道 断面上 测温传感 器 数量 较少 ， 测得 的断面温 度往 往 不能代表 断面烟 流 平 均温 度 特别是 火灾 过程 中火 区下 风 侧烟 流 温度 的实验数据 十分 缺乏 实验方法 实 验 巷 道 为 水 平 巷 道 ，长 ， 断 面 耐 ， 周 长 ， 内层 为 厚 耐 火 砖 砌 暄 支 护 ， 外层支护材 料 为混凝 土 实 验 可燃 物 为 碎 杂 木 和 煤 炭 ， 碎 杂 木 在 下 层 摆 放 ， 煤炭在上 层 堆 放 ， 可 燃物 沿巷 道 长度 为 采用外火源在巷 道 底板附近 点燃 ， 实 验 过 程 中巷道 风速 为 一 为 了测得烟 流 流经巷道 断面 上 的烟 流 平 均温度 ， 在 同一 断面 上 布 置 个测温 热 电偶 ， 在 火 区 下 风侧巷 道 的 个 断 面上 ， 共设置 个测 温热 电偶 ， 如 图 所 示 断 面 烟 流 平 均 温 度 用算术平 均值法计算 ， 即 卯 一 一 收稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 后 国 家 自然 科学基 金 资助 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．01．005
·20· 北京科技大学学报 1995年No.1 T号红 式中：T一断面烟流平均温度；T,一断面测点i的烟流温度. →Fire area Nol No2 No3 No4 No5 5000→250010000+ 十10000+10000.-1000→- 图1实验巷道 2实验结果与分析 2.1巷道火灾燃烧过程 测温断面No1距火区的距离2.5m,其烟流平均温度反映了燃烧过程.实验结果表明，在 不采取灭火措施时，巷道火灾过程如下：首先火灾在一个断面上开始燃烧，随时间的增加， 火焰蔓延到有可燃物的整个区域，燃烧范围逐渐扩大的同时烟流最高温度增加，在这一阶段 火势是发展的，称为燃烧的发展阶段，本次实验条件下的发展阶段时间持续38i;在裸露 面上的可燃物被引燃后，火势不再发展，可燃物表面的灰层厚度较小，燃烧速率基本稳定， 烟流最高温度的变化范围较小，进人稳定燃烧阶段，实验过程中从38~173mi,烟流最高 温度在558~586K之间，稳定阶段时间持续135mi；随着燃烧表面灰层厚度的增加，燃 烧速率下降，实验过程中燃烧衰减从火灾173min开始，经26h后，部分可燃物仍在燃 烧，断面No1的烟流平均温度仍达354K.因此，巷道火灾过程可分为发展阶段、稳定阶段 和衰减阶段，发展阶段时间较短，即火灾发展迅速；稳定阶段和衰减阶段时间较长，在不 采取灭火措施时，巷道火灾只有在可燃物燃尽方才熄灭， 2.2火区下风侧巷道烟流温度 2.2.1发展阶段 表1为燃烧发展阶段火区下风侧各区间烟流温度下降梯度的变化，可以看出，由于烟流 最高温度逐渐增加，沿程巷道烟流温度的变化规律不同，当烟流最高温度较低时，火区下 表1发展阶段烟流温度下降梯度的变化/K·m1 火灾时间/min Nol温度/KNol2 No2~3No3-4 No4~5 Nol~5 323 0.3 0.3 0.1 0.1 8 332 0.3 0.4 0.0 0.1 13 350 0.2 1.0 0.5 0.1 0.5 18 357 0.2 0.7 03 0.4 0.4 382 0 0.6 0.6 0.7 2 412 0.9 11 0.8 0.8 3 491 4.9 15 0.9 2.7 568 1.1 2.3 1.1 2.6
北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 一 告睿 ‘ 式 中 一 断面烟 流平均 温度 不一 断面 测 点 的烟 流温度 此 找汾 ‘ 一。 争 ‘ 以 ， 卜 夕 ” 一 仪刃 一 侧 一 一 侧】〕一 一 以 图 实验巷道 一 实验结果 与分析 巷道火 灾燃烧过程 测温 断面 距 火 区 的距 离 ， 其烟 流平均 温度 反 映 了燃 烧过程 实验结果 表 明 ， 在 不 采取灭 火措施 时 ， 巷 道 火 灾 过程 如 下 首 先 火 灾 在 一个 断面上 开 始 燃 烧 ， 随 时 间 的 增 加 ， 火焰蔓延 到 有 可 燃物 的整个 区域 ， 燃烧范 围逐 渐 扩大 的 同时烟 流最 高温 度增加 ， 在 这一 阶段 火 势是 发展 的 ， 称 为燃烧 的发展 阶段 ， 本次 实验条件下 的发展 阶段 时 间持 续 刀 在 裸 露 面 上 的可燃 物被 引燃后 ， 火 势不再发展 ， 可 燃物表 面 的灰层 厚度较 小 ， 燃 烧 速 率基 本 稳 定 ， 烟 流最 高温度 的变化范 围较小 ， 进人稳 定 燃烧 阶段 ， 实验过程 中从 一 ， 烟 流 最 高 温度 在 一 之 间 ， 稳定 阶段 时 间持续 而 随着燃 烧 表 面 灰层 厚 度 的 增 加 ， 燃 烧 速 率 下 降 ， 实验 过 程 中燃 烧 衰减 从 火 灾 而 开 始 ， 经 后 ， 部 分 可 燃 物 仍 在 燃 烧 ， 断 面 的烟 流平 均 温 度仍 达 因此 ， 巷 道 火 灾 过程 可 分 为发 展 阶段 、 稳 定 阶段 和 衰减 阶段 发 展 阶段 时 间较短 ， 即 火 灾 发 展 迅 速 稳 定 阶 段 和 衰 减 阶 段 时 间 较 长 ， 在 不 采 取灭 火措施 时 ， 巷 道 火 灾 只有 在 可燃物 燃尽方 才熄灭 火 区下风侧 巷道烟 流温度 发展 阶段 表 为燃烧发展 阶段火 区 下 风 侧各 区 间烟 流温度下 降梯度的变化 可 以看 出 ， 由于 烟 流 最 高 温 度 逐渐 增 加 ， 沿 程巷道 烟 流 温度 的变化规律 不 同 当烟 流 最 高 温 度 较 低 时 ， 火 区 下 表 发展 阶段烟流温度下 降梯度 的变化 · 火 灾 时 间 温度 一 一 一 一 ，八，︶︶亡︸于了 印 住 ，︸峥︸﹃月︺、、凡﹄、︸
Vol.17 No.1 张兴凯：火区下风侧巷道烟流温度研究 21· 风侧巷道烟流温度随距火区距离的增加，按线性规律下降，下降梯度不变；当烟流最高温 度较高时，下风侧烟流温度随距火区距离的增大而下降，下降梯度随距离增大而减小，在 发展阶段区间烟流温度下降梯度的变化范围为0~5.5K/m,在断面No1~5间的平均值为 0.12.7K/m. 2.2.2稳定阶段 在稳定阶段断面No1烟流平均温度为558~586K,火区下风侧巷道烟流温度变化有明 显规律，见表2. 表2稳定阶段烟流温度下降梯度的变化/K·m1 火灾时间/min No1温度/KNo1~2No2~3No3~4No4~5No1~5 38 568 5.5 11 2.3 1.4 2.6 罗 570 7.1 1.4 2.2 1.1 3.1 48 565 5.3 1.6 2.0 1.4 2.6 53 586 8.0 1.6 1.4 1.8 3.2 5 569 6.8 1.0 1.4 1.8 2.8 0 569 6.7 0.7 1.6 1.5 2.7 印 572 6.9 1.8 1.1 1.3 28 73 558 6.5 0.6 1.3 1.6 2.6 78 570 7.2 13 15 1.4 29 83 559 6.8 1.0 1.3 1.1 2.6 88 565 7.3 0.9 1.6 1.1 2.8 (1)断面烟流温度随其距火区距离增加而下降，在近火区断面No1~2的10m巷道段 烟流温度下降梯度较大，断面No2下风侧的烟流温度下降梯度明显变小，在测定区间上，随 距离增加近似按指数规律下降， (2)火区下风侧烟流温度变化与时间有关，随时间增加，断面No1~2间烟流温度 下降梯度增加，断面No2~5间烟流温度下降梯度减小， (3)在燃烧的稳定阶段，区间烟流温度下降梯度为0.6~8.0Km,测定区间上烟流温 度下降梯度基本不变，平均为2.6~3.2K/m 2.23衰减阶段 在火灾燃烧的衰减阶段，燃烧状态不稳定，烟流最高温度逐渐下降，火区下风侧各区段 烟流温度下降梯度的变化如表3所示· (1)断面No1~2间烟流温度下降梯度大，为7.0~9.1K/m,断面No2下风侧巷道 烟流温度下降梯度较小，在整个测定区间上烟流温度下降梯度的平均值为2.2~3.4K/m 随距火区距离增加，巷道烟流温度近似按指数规律下降· (2)随火灾时间增加和烟流最高温度下降，火区下风侧巷道烟流温度下降梯度减小， 如在火灾193min时，断面Nol~5间烟流温度下降了117K;在火灾2l3min时，相同测 定段上烟流温度下降为90K
张 兴凯 火 区下 风侧巷 道 烟 流 温 度研究 风侧巷道 烟 流温 度 随距 火 区 距 离 的增 加 ， 按 线性规律下 降 ， 下 降梯 度 不 变 当烟 流 最 高温 度较 高 时 ， 下 风 侧烟 流 温 度 随距火 区距离的增 大而 下 降 ， 下 降梯 度 随距 离 增 大 而 减 小 在 发展 阶段 区 间烟 流 温 度 下 降梯 度 的 变化 范 围 为 一 ， 在 断 面 一 间 的 平 均 值 为 一 稳 定 阶段 在稳 定 阶段 断 面 烟 流 平 均 温度 为 一 ， 火 区 下 风 侧 巷 道 烟 流温度 变化有 明 显规律 ， 见表 表 稳定阶段烟流温度下 降梯度的变化 · 一 ‘ 火 灾 时 间 七 温 度 一 一 一 一 韶 石 铭 名 石 乃 乡 断面烟 流 温度 随其距 火 区距 离增 加 而 下 降 ， 在 近 火 区 断面 一 的 巷道段 烟 流 温 度 下 降梯 度较大 ， 断面 下 风侧 的烟 流温度 下 降梯 度 明显 变小 ， 在 测定 区 间上 ， 随 距 离 增 加 近 似按指 数规律 下 降 火 区 下 风 侧烟 流 温 度 变化 与时 间有 关 随 时 间增 加 ， 断 面 一 间烟 流 温 度 下 降梯 度增 加 ， 断面 一 间烟 流温度 下 降梯 度减小 在 燃 烧 的稳 定 阶段 ， 区 间烟 流 温 度 下 降梯 度 为 一 ， 测定 区 间上烟 流温 度下 降梯 度基 本不 变 ， 平 均 为 一 衰减 阶段 在 火 灾燃 烧 的衰减 阶段 ， 燃烧状态不 稳 定 ， 烟 流最 高温 度逐 渐 下 降 ， 火 区 下 风侧各 区段 烟 流温 度下 降梯 度 的变 化 如 表 所示 断面 一 间烟 流温 度 下 降梯 度 大 ， 为 一 ， 断 面 下 风 侧 巷 道 烟 流 温 度 下 降梯 度 较 小 ， 在 整 个 测 定 区 间 上 烟 流 温 度 下 降梯 度 的平 均 值 为 一 随距火 区 距离 增 加 ， 巷 道 烟 流 温 度近 似按 指 数规律下 降 随火灾 时 间增 加 和 烟 流最 高温 度下 降 ， 火 区 下 风 侧 巷 道 烟 流 温 度 下 降梯 度 减小 如 在火 灾 卫 时 ， 断面 一 间烟 流 温 度 下 降 了 在 火 灾 时 ， 相 同测 定 段上烟 流温 度下 降为
·22 北京科技大学学报 1995年No.1 表3衰减阶段烟流温度下降梯度的变化/K·m1 火灾时间/min No1温度/KNo1-2No2-3No34No4~5No15 173 558 9.1 1.4 0.9 1.5 3.3 178 554 8.6 1.8 0.9 1.2 3.2 183 555 9.5 1.7 0.7 11 3.4 188 556 98 1.5 0.6 12 3.4 193 539 9.1 1.2 0.7 0.9 3.1 198 521 8.9 0.8 0.8 0.5 2.6 203 518 7.8 1.i 0.7 0.6 2.7 208 500 7.6 0.6 0.8 0.4 2.5 213 495 7.5 0.9 0.4 0.3 2.4 218 487 7.0 0.3 0.4 0.8 2.2 3结论 发生在巷道中的火灾，燃烧过程由发展阶段、稳定阶段和衰减阶段组成，火区下风侧巷 道烟流温度随其距火区距离增加而下降；在发展阶段，当烟流最高温度较低时下降规律为线 性；在稳定阶段和衰减阶段，按指数规律下降，当断面No1上烟流平均温度为323~586K 时，火区下风侧38测定段上，火灾燃烧的发展阶段、稳定阶段、衰减阶段的烟流温度下 降梯度分别为0.1~2.7K/m、2.6~3.2K/m、2.2~3.4K/m 参考文献 1沼尾敦子，井下火芒文字数据的解析二力九寸石.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 表 衰减阶段烟流温度下 降梯 度的变化 · 一 ’ 火 灾 时 间 温 度 一 一 一 一 一 ︸，乙 一一以，︸气， 一气一，︸内、 一门，︸ 一 一峙月︸ 一八，西八产产 一︶气，孟 内︸挑︸凡一、‘ 一以曰以、气︸一以口︺、亡﹃︸ ︼‘、 ，︷尹沙 ‘︸，月、 住 月户， ︸，只了 刀 结 论 发 生在巷道 中的火 灾 ， 燃 烧过 程 由发 展 阶段 、 稳 定 阶段 和 衰减 阶段 组 成 火 区下 风侧 巷 道烟 流温度 随其距火 区 距离增 加而 下 降 在 发展 阶段 ， 当烟 流最 高温度 较低时下 降规律为线 性 在稳定 阶段 和 衰减 阶段 ， 按指 数规律 下 降 当断 面 上 烟 流 平 均 温 度 为 一 时 ， 火 区下 风 侧 测 定段上 ， 火 灾燃 烧 的发展 阶 段 、 稳 定 阶段 、 衰减 阶段 的烟 流 温度下 降梯度分别 为 一 、 一 、 一 参 考 文 献 沼 尾敦子 井下 火 苦 ‘ 文字数据 的解 析 ‘ 力 、 凡 才 石 加 流 吠万 汕 俪 ， 资源 七 素材 ， ， 一 明 ， 王 长元 大型火灾对通 风 的影 响 山 西 科技 ， 一
