摘要
矿井火灾是煤矿重大灾害之一，对煤矿的安全生产有着直接的影响。高温烟气不仅会造成大量的人员伤亡和经济损失，还可能引发瓦斯、煤尘爆炸等灾害。其中，发生在井下并联通风结构内的火灾会造成更为严重的后果，烟气不仅在火源所在分支内蔓延，同时也会向相邻分支扩散，其带来的热动力效应会迅速破坏通风网络的稳定性，扩大灾害影响范围。因此本文采用理论分析、小尺寸实验研究和数值模拟相结合的方法，以并联管网风-烟流运移特征为研究对象，针对火灾烟气温度空间分布规律、不同火源位置烟气层输运、沉降特性变化规律以及烟气纵向通风控制关键指标进行了研究。 （1）在火灾烟气温度空间分布特性方面，建立了全尺寸并联管网CFD物理模型，模拟研究了通风状态下顶板最高温度及最高温点偏移程度变化规律，探讨不同风速条件下的顶板最高温升变化规律及管网坡度对最高温升的影响作用，构建出考虑坡度因素的无量纲最高温升预测模型。探究了顶板温度沿巷道宽度和长度方向的分布特征，得出并联分支内温度衰减与单直隧道存在差异的成因，分析认为风流在右侧壁位置对烟气的控制效果较弱。 （2）在火灾烟气输运、沉降特性方面，模拟分析了主巷道通风下不同火源位置火羽流倾斜变化规律，探究了并联管网内顶板烟气温度衰减和烟气层高度分布规律，火源位于分岔口时，通风风流对烟气整体的降温效果最强；火源偏离分岔口时，风流对火源下游烟气的降温作用减弱，对火源上游烟气的降温作用增强。随着主巷道通风速度的增大，火源上游烟气温度衰减和沉降速度也随之增大，而火源下游烟气温度与高度变化不大。增大风速可降低烟气温度，但促进了烟气下沉，对人员疏散造成威胁。 （3）在烟气纵向通风控制关键指标方面，研究了烟气向上游扩散的逆退长度和临界风速。通过搭建1∶10比例的小尺寸实验平台，分别研究了并联管网主巷道、并联分支火灾烟气逆退长度的影响因素，采用数值模拟技术改变管网坡度进行模拟，实现对实验研究的补充，采用数据拟合的方法构建了无量纲烟气逆退长度L*与Q*/V*3的关联模型，并利用烟气逆退长度模型构建控制烟气不发生逆退的无量纲临界风速预测模型，该模型对不同坡度适用性更强，动力学机制更完备。模拟分析了不同坡度、初始风速对并联上行通风巷道旁侧分支风流逆转现象的影响规律，得出了防止旁侧分支风流逆转的通风控制条件。
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