李宗翔,楊志斌,李勝男,高 科,張明乾

(1. 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000; 2. 礦山熱動力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 阜新 123000)

0 引言

瓦斯(煤塵)爆炸是影響煤礦安全生產(chǎn)最嚴(yán)重的災(zāi)害,爆炸后能產(chǎn)生大量CO,CO濃度高達(dá)2%～4%[1],是致人中毒、傷亡的主要原因之一。劉永立等[2]分析我國礦井氣體爆炸事件的起因,提出了造成人員大規(guī)模死亡的最主要因素是CO等毒害氣體造成人員的中毒和窒息。羅振敏等[3]采用 CHEMKIN軟件模擬,對爆炸產(chǎn)生的毒害氣體成分進(jìn)行分析,其中體積分?jǐn)?shù)最高的是CO。盡管對于煤礦安全的重視程度日益上升,但是目前國內(nèi)外礦井瓦斯(煤塵)爆炸事故仍然無法杜絕。2021年11月25日,發(fā)生在俄羅斯庫茲巴斯的礦井爆炸事故,由于井下CH4與CO含量過高,救援行動被迫暫停,導(dǎo)致死亡人數(shù)驟升,該礦難造成含6名救援人員在內(nèi)共計52人因CO中毒死亡。礦井發(fā)生瓦斯爆炸后的CO中毒是導(dǎo)致人員大量傷亡的最主要根源,采取科學(xué)的應(yīng)急救災(zāi)干預(yù)措施可以最大限度地防止事故擴(kuò)大、減災(zāi)降災(zāi)是事故救援的重中之重。

長期以來,研究探索毒害氣體蔓延過程問題主要有K理論和卡曼總結(jié)提出的湍流統(tǒng)計理論[4-5]。針對氣體在無約束空間內(nèi)蔓延,主要使用了以下幾種模型:高斯模型、BM模型、Sutton模型、FEM有限元模型[6-7]。在礦井瓦斯爆炸現(xiàn)象描述方面,劉永立等[8]探索了由于火焰的緣由造成的事故產(chǎn)生了大量的毒害氣體,同時建立了氣體蔓延模型。張明清等[9]對掘進(jìn)巷道發(fā)生爆炸后CO局部傳播用FLUENT模擬,得出爆炸后CO傳播只受到風(fēng)流作用的影響。鄭聰聰?shù)萚10]設(shè)定掘進(jìn)巷道內(nèi)發(fā)生爆炸,對爆炸后CO在獨(dú)頭巷內(nèi)傳播用FLUENT模擬,得出半封閉空間內(nèi)的瓦斯爆炸后CO蔓延距離不隨時間增加而持續(xù)增加,而是蔓延到一定距離便不再變化。李宗翔等[11]通過建立數(shù)值模擬模型,得出外源氣體隨傳播時間和距離的增長而逐漸被稀釋。李蕓卓等[12]通過建立氣體運(yùn)移模型,分別分析直巷道和轉(zhuǎn)彎巷道內(nèi)的毒害氣體濃度變化情況,得到轉(zhuǎn)角處發(fā)生事故的可能性高。目前,對于瓦斯爆炸后CO的傳播研究還停留在簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)巷道的層次,對全礦井系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)域的研究還相對匱乏。本文利用自行研發(fā)的礦井物理通風(fēng)仿真平臺TF1M3D結(jié)合雞西榮華一礦,對瓦斯(煤塵)爆炸后CO在礦井內(nèi)復(fù)雜的蔓延過程做進(jìn)一步闡述,以期對應(yīng)災(zāi)、控災(zāi)、減災(zāi)提供理論依據(jù)支持。

1 瓦斯爆炸后災(zāi)及CO蔓延致災(zāi)解析

所謂爆炸后災(zāi)是一個區(qū)別于爆炸瞬時災(zāi)害的概念。爆炸瞬時災(zāi)害主要是針對爆炸正向和反向沖擊波對井下人員造成的沖擊傷亡和對礦井造成破壞,爆炸產(chǎn)生的火焰鋒面高溫超壓造成的破壞;爆炸后災(zāi)造成傷亡的情況是CO中毒致災(zāi)所導(dǎo)致的。從時間的角度分析其兩者的差別,前者是瞬時性的,只能從事前進(jìn)行預(yù)防,而無法進(jìn)行事后干預(yù)和控制;后者是滯后性的,在爆炸事故發(fā)生后毒害氣體蔓延傳播,可以進(jìn)行事后干預(yù)和控制,能夠最大限度地減少人員傷亡,對其進(jìn)行全方位的研究是有重要意義的,如圖1所示。

圖1 生成CO蔓延致災(zāi)科學(xué)定位的模塊化圖解

由圖1可知,針對礦井瓦斯(煤塵)爆炸當(dāng)下普遍研究的是爆炸與沖擊,著重強(qiáng)調(diào)爆炸機(jī)理和爆炸傳播規(guī)律的探索。對于爆炸傳播規(guī)律的研究,由于爆炸是瞬時發(fā)生的,需要從爆炸進(jìn)行的那一刻開始進(jìn)行物理化學(xué)方面的分析,但是爆炸是一個不可控的過程,除了預(yù)防爆炸,在爆炸中對其進(jìn)行外部干涉十分困難,無法將爆炸從時間角度上拆分成幾個階段進(jìn)行階段性的解析,因此,只能對傳播規(guī)律進(jìn)行整體上的研究,而局部巷道內(nèi)一旦發(fā)生爆炸,無法根據(jù)傳播規(guī)律對其進(jìn)行及時的應(yīng)急救災(zāi)。對于爆炸機(jī)理的研究,主要可以通過衡量爆炸的沖擊特性和衡量隔爆效果2個角度分析,對于衡量爆炸的沖擊特性的研究,我們可以通過總結(jié)已經(jīng)發(fā)生的爆炸事故,研究其沖擊波對構(gòu)筑物的破壞,進(jìn)而對未發(fā)生的事故加以防范,進(jìn)而達(dá)成防災(zāi)的目的,但是礦井的不同導(dǎo)致了問題解決的方法不同,不能照搬其它事故礦井的處理辦法來防災(zāi);對于衡量隔爆效果的研究,可以通過設(shè)置隔爆水棚或巖粉棚來縮短沖擊波傳播的距離、阻止爆炸后火焰的傳播,但是學(xué)者對于相關(guān)的研究還比較匱乏。

當(dāng)前熱點(diǎn)研究是把瓦斯(煤塵)爆炸災(zāi)后蔓延過程作為事故分析的切入點(diǎn),從研究災(zāi)害蔓延的過程,尤其是在復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)中的蔓延規(guī)律出發(fā),為礦井爆炸的應(yīng)災(zāi)、控災(zāi)、減災(zāi)提供理論支持。這里就爆炸后災(zāi)中熱動力-CO運(yùn)移-彌散規(guī)律,剖析這一“相對長時間”的災(zāi)害過程,災(zāi)后是一個可控的過程,可以施加外部干擾,為應(yīng)災(zāi)、控災(zāi)、減災(zāi)指明方向。

為了掌握爆炸后的災(zāi)變過程,需要對礦井溫度的變化、風(fēng)流的紊亂、氣體體積分?jǐn)?shù)的變化(包含O2、毒害氣體、指標(biāo)性氣體)等的流變過程進(jìn)行研究,只需要把瓦斯爆炸研究的結(jié)論作為爆炸后災(zāi)研究的初始條件進(jìn)行解析計算。

2 瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)平臺及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

為了獲得爆炸后災(zāi)的初始條件,確定瓦斯爆炸完成后的爆炸區(qū)(波及傳播區(qū))的溫度和CO濃度,須進(jìn)行甲烷氣體爆炸實(shí)驗(yàn)。遼寧工程技術(shù)大學(xué)瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)平臺如圖2所示[13],裝置管道中有氣體組分和溫度傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),共設(shè)5個監(jiān)測點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)甲烷體積分?jǐn)?shù)為12%,充填入爆炸皿中點(diǎn)火。在爆炸傳播管道中,選取5個監(jiān)測點(diǎn)分別對爆炸后產(chǎn)生的CO進(jìn)行濃度的監(jiān)測以及殘余溫度的監(jiān)測,進(jìn)行3組重復(fù)實(shí)驗(yàn)。爆炸后產(chǎn)生CO的體積分?jǐn)?shù)如表1所示,溫度如表2所示。

表1 各測點(diǎn)CO濃度

表2 各測點(diǎn)溫度

圖2 瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)及測試平臺

將以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果按實(shí)驗(yàn)次數(shù)進(jìn)行整合分別取其平均數(shù)得到每組實(shí)驗(yàn)的平均CO濃度分別為22120、21538、20720 ppm,取最大值22120 ppm作為爆炸后災(zāi)的CO初始條件。

將以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果按實(shí)驗(yàn)次數(shù)進(jìn)行整合分別取各測點(diǎn)溫度的平均數(shù)得到每組實(shí)驗(yàn)各測點(diǎn)與溫度之間的曲線,如圖3所示。爆炸后實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)的平均溫度由曲線求解積分得240 ℃作為爆炸后災(zāi)的溫度初始條件。

圖3 各測點(diǎn)溫度與對應(yīng)測點(diǎn)位置曲線

得出實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)各測點(diǎn)溫度與對應(yīng)測點(diǎn)位置的關(guān)系式如式(1):

t=171.76+751.45×e-1.04L

(1)

式中,回歸相關(guān)系數(shù)為0.993 4,見圖3。

實(shí)際爆炸區(qū)與實(shí)驗(yàn)尺度不同,這里取平均值作為實(shí)際爆炸區(qū)的初始溫度。

3 災(zāi)后風(fēng)流運(yùn)動模型與質(zhì)能平衡方程

在有源風(fēng)網(wǎng)[14]中,瓦斯(煤塵)爆炸是一種典型的強(qiáng)源,將爆炸后CO蔓延依照有源風(fēng)網(wǎng)中強(qiáng)源進(jìn)行處理,那么在某一時間步長內(nèi)風(fēng)網(wǎng)的質(zhì)量平衡方程為:

A·M=A*·WS+D

(2)

有源風(fēng)網(wǎng)是一個區(qū)別于普通風(fēng)網(wǎng)的概念,普通風(fēng)網(wǎng)的質(zhì)量平衡方程是一個齊次方程,而有源風(fēng)網(wǎng)的質(zhì)量平衡方程是一個非齊次方程,其右端是一個源匯項(xiàng)。

當(dāng)忽略分支弱源或分支強(qiáng)源可直接轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)風(fēng)源時,有:

(3)

從整體性上形容式(3)是一個完整的方程式,有源風(fēng)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的一般形式,普通網(wǎng)絡(luò)是一種特殊形式。

有源風(fēng)網(wǎng)是解決礦井巷道系統(tǒng)CO蔓延源問題的關(guān)鍵理論,含CO蔓延源的有源風(fēng)網(wǎng)的能量平衡方程(風(fēng)壓平衡方程)為:

B·H=B·Hf+B·Pe+B·δ

(4)

式中:B為基本回路矩陣;H為風(fēng)壓向量(Pa);Pe為位壓差向量,Pe= [Pe,j]n×1;Pe,j為j分支的位壓差(Pa),且Pe,j= (Zj,2-Zj,1)ρjg,其中Zj,1、Zj,2,分別為j分支初、末位置標(biāo)高(m)。δ= [δj]n×1為風(fēng)流非穩(wěn)定項(xiàng)向量。

在通風(fēng)巷道j中,風(fēng)流非穩(wěn)定流的運(yùn)動方程[15]可表達(dá)為:

(5)

通風(fēng)巷道j中風(fēng)流溫度對流-擴(kuò)散方程:

(6)

邊界條件:Ca|a=Γ=0,C|x=0=Ca。

式中:C為巷道斷面位置的混合煙氣中CO濃度體積分?jǐn)?shù)(%);v為巷道平均風(fēng)速(m/s);Ex為巷道風(fēng)流垂直方向機(jī)械彌散度(m2/s);α為摩擦阻力系數(shù)(N·s2/m4);WS為CO源強(qiáng)度(m3/s)。Γ為進(jìn)風(fēng)井口邊界;a為礦井單一分支初始節(jié)點(diǎn);Ca為該點(diǎn)的CO濃度。

假設(shè)爆炸產(chǎn)生的煙流主要成分是CO2,由風(fēng)流中的氧燃燒后等當(dāng)量轉(zhuǎn)化而來,其它外源氣體如CO等與風(fēng)流相比絕對量有限。礦井風(fēng)流系統(tǒng)及爆炸產(chǎn)生的煙氣的流動與彌散都是非穩(wěn)定流的,在風(fēng)網(wǎng)中分支j上,風(fēng)流及CO濃度為:

(7)

式中:cj為巷道斷面位置的混合煙氣平均濃度體積分?jǐn)?shù)(%);x為分支所處的位置(m);vj為巷道平均風(fēng)速(m/s);Ex為風(fēng)流垂直方向機(jī)械彌散系數(shù)(m2/s)。

上述模型方程求解運(yùn)用有限元方法,基于MATLAB編程開發(fā)了礦井系統(tǒng)災(zāi)變通風(fēng)TF1M3D仿真平臺[16-18],界面如圖4所示。能做礦井系統(tǒng)中火災(zāi)、瓦斯突出、瓦斯爆炸等重大災(zāi)害演變的分析。

圖4 TF1M3D平臺的主界面

4 工程實(shí)例預(yù)案仿真分析及模擬結(jié)果

以雞西礦區(qū)榮華一礦工程背景為例進(jìn)行預(yù)案仿真分析,礦井核定產(chǎn)能為1.8 Mt/a,全礦共包括6條井筒,其中分別有3條進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)立井,全域?yàn)榉謪^(qū)獨(dú)立通風(fēng)。模擬爆炸地點(diǎn)選在礦井東部區(qū)域,該區(qū)域由東回風(fēng)立井2#主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng),服務(wù)東翼的東一采區(qū)、東二采區(qū),由副井進(jìn)風(fēng),東回風(fēng)立井回風(fēng),如圖5所示。圖5是由TF1M3D的3D技術(shù)識別CAD礦井巷道圖生成的空間巷道網(wǎng),1#、2#、3#依次為礦井主要通風(fēng)機(jī)編號。運(yùn)行圖4仿真平臺TF1M3D主界面“瓦斯爆炸后CO運(yùn)移仿真”選項(xiàng),得到礦井內(nèi)各個物理參數(shù),如:風(fēng)速、密度、溫度及O2與CO氣體濃度等。

圖5 礦井通風(fēng)系統(tǒng)立體圖和預(yù)演瓦斯爆炸點(diǎn)選擇位置

圖5中2403、2706工作面分別為東一下山采區(qū)和東二采區(qū)的回采工作面,1#、2#、3#依次為FBCZ-4-No.8、GAF26.6-13.3-1、FCZNo.33.5-2000主要通風(fēng)機(jī),01、02為2403工作面附近的掘進(jìn)工作面,03、04、05為2706工作面附近的掘進(jìn)工作面。

礦井爆炸后,波及區(qū)對應(yīng)的主要通風(fēng)機(jī)因保護(hù)防爆門開啟而喪失功能狀態(tài),稱為失效,然后是救災(zāi)恢復(fù)通風(fēng)。模擬設(shè)置瓦斯爆炸后#2通風(fēng)機(jī)停風(fēng)失效和恢復(fù)通風(fēng)2種情況。圖5中模擬瓦斯爆炸點(diǎn)在進(jìn)風(fēng)運(yùn)輸下山,與2403工作面的運(yùn)輸順槽相連接。依照瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)和同類實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)[19],當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥?%時會產(chǎn)生大量CO,得到的爆炸區(qū)CO體積分?jǐn)?shù)為2.21%,爆炸后殘余溫度為240 ℃。以此作為仿真計算的初始條件。

4.1 仿真結(jié)果情況1:通風(fēng)機(jī)失效停機(jī)狀態(tài)

仿真設(shè)置2#通風(fēng)機(jī)第420 s時恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn),即0～420 s為爆炸混沌系統(tǒng)風(fēng)流自流時期,在420 s以后為恢復(fù)通風(fēng)時期。

爆炸瞬時會產(chǎn)生大量高溫,爆炸區(qū)膨脹氣流攜帶CO會產(chǎn)生進(jìn)風(fēng)側(cè)逆流沖擊現(xiàn)象,回風(fēng)側(cè)“過流”沖擊,形成范圍更大的爆炸波及區(qū)。爆炸后的爆炸波及區(qū)水蒸氣凝結(jié)密度急劇降低,然后是內(nèi)爆反向沖擊,穩(wěn)定后形成爆炸波及區(qū)的缺氧-殘余熱的風(fēng)流條件?！斑^流”沖擊使本區(qū)域主要通風(fēng)機(jī)防爆門開啟,通風(fēng)機(jī)失效停機(jī),在爆炸殘余熱與礦井自熱風(fēng)壓共同作用下形成礦井的系統(tǒng)爆炸混沌風(fēng)流自流狀態(tài)。如圖6(a)所示,此時,在爆炸殘余熱的作用下攜帶CO的風(fēng)流會產(chǎn)生逆流現(xiàn)象,即CO沿運(yùn)輸大巷風(fēng)流方向反向逆流移動,爆炸后274 s,爆炸點(diǎn)上游逆流到437 m,下游順流CO蔓延至2403工作面的運(yùn)輸順槽;恢復(fù)通風(fēng)后繼續(xù)蔓延,于1524 s侵入工作面進(jìn)風(fēng)口,直至2164 s離開回風(fēng)口。系統(tǒng)2#通風(fēng)機(jī)恢復(fù)通風(fēng)后,第788 s,CO蔓延至掘進(jìn)1工作面運(yùn)輸順槽,第820 s侵入掘進(jìn)頭,直至2340 s離開;第1156 s,CO蔓延至掘進(jìn)2工作面的運(yùn)輸順槽,第1220 s侵入掘進(jìn)頭,直至3460 s離開。

圖6 礦井瓦斯爆炸后第2164 s、3 300 s CO分別蔓延離開2403、2706工作面

CO從東一下山采區(qū)出來后,一部分CO經(jīng)回風(fēng)大巷由通風(fēng)機(jī)排出,一部分CO侵入東二采區(qū),蔓延2706工作面所在的水平大巷。第1140 s,CO蔓延至2706工作面所在進(jìn)風(fēng)大巷;第1476 s,CO蔓延至掘進(jìn)3工作面的運(yùn)輸順槽,由于CO經(jīng)過風(fēng)筒,被送入掘進(jìn)3工作面,工作面產(chǎn)生CO于1284 s,兩段氣體于1668 s結(jié)合,直至1988 s離開掘進(jìn)頭;第1604 s,CO蔓延至掘進(jìn)4工作面的運(yùn)輸順槽,與掘進(jìn)3工作面情況相同,掘進(jìn)4工作面產(chǎn)生CO于1428 s,兩段氣體于1988 s結(jié)合,直至2148 s離開掘進(jìn)頭;第1796 s,CO蔓延至2706工作面的運(yùn)輸順槽,并于2516 s侵入工作面,直至3300 s離開,如圖6(b)所示。由于CO在蔓延過程中被稀釋,掘進(jìn)5工作面不受CO侵襲。

4.2 仿真結(jié)果情況2:通風(fēng)機(jī)永久失效

本次仿真設(shè)置2#通風(fēng)機(jī)不恢復(fù)正常通風(fēng),在第420 s前同仿真情況1,以后2#通風(fēng)機(jī)仍然不工作,缺氧-殘余熱的風(fēng)流僅在礦井自然風(fēng)壓和殘余熱風(fēng)壓共同作用下,CO在礦井中全程自由蔓延。第2692 s侵入2403工作面進(jìn)風(fēng)口,毒害氣體流動慢、濃度降低,直至仿真結(jié)束(7200 s)工作面仍會受到CO侵害,如圖7所示。從第564 s,CO蔓延并侵入掘進(jìn)1工作面掘進(jìn)頭,第708 s,CO蔓延并侵入掘進(jìn)2工作面掘進(jìn)頭,直至仿真結(jié)束CO仍停留在該處。部分CO經(jīng)回風(fēng)大巷到達(dá)通風(fēng)機(jī)所在位置后被排出,一部分CO還會侵入2706工作面所在的水平大巷。第2372 s,CO蔓延至2706工作面所在進(jìn)風(fēng)大巷。由于CO經(jīng)過風(fēng)筒,分別被送入3、4、5掘進(jìn)工作面。第2548 s,掘進(jìn)3工作面由積聚的CO和蔓延的CO結(jié)合侵入掘進(jìn)頭,直至4292 s離開;與之情況相同,第2804 s,結(jié)合的CO侵入掘進(jìn)4工作面的掘進(jìn)頭,直至4612 s離開;第2676 s,結(jié)合的CO侵入掘進(jìn)5工作面的掘進(jìn)頭,直至3620 s離開;由仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn),第3748 s,CO蔓延至2706工作面的運(yùn)輸順槽,但是由于風(fēng)流移動過慢,直至仿真結(jié)束(7200 s)仍不會侵入2706工作面。

圖7 通風(fēng)機(jī)永久停機(jī),瓦斯爆炸后第7200 s的CO蔓延狀態(tài)

5 爆炸災(zāi)后CO蔓延過程濃度分析

根據(jù)仿真情況1,如圖8(a),CO在2403工作面進(jìn)風(fēng)口位置,濃度會有2次峰值。第一次是爆炸后由沖擊波推動CO快速到達(dá)工作面進(jìn)風(fēng)口隨即侵害工作面,待沖擊波離開后濃度逐漸降低;第二次是CO隨風(fēng)流蔓延至進(jìn)風(fēng)口進(jìn)而侵害工作面,待風(fēng)流過后濃度逐漸降低。CO在2706工作面所在進(jìn)風(fēng)大巷節(jié)點(diǎn)和2706工作面進(jìn)風(fēng)口位置,濃度只有一次峰值。爆炸不會直接沖擊大巷及工作面,但是隨時間推移,風(fēng)流蔓延至節(jié)點(diǎn)和進(jìn)風(fēng)口進(jìn)而侵害工作面,待風(fēng)流過后濃度逐漸降低。

圖8 不同情況下各工作面進(jìn)風(fēng)口位置CO濃度隨時間變化曲線

根據(jù)仿真情況2,如圖8(b),CO在2403工作面進(jìn)風(fēng)口位置,濃度會有2次峰值,與圖8(a)類似,第一次是爆炸后由沖擊波推動CO蔓延,待沖擊波離開后濃度逐漸降低后產(chǎn)生波動;第二次是CO隨風(fēng)流蔓延至進(jìn)風(fēng)口進(jìn)而侵害工作面,濃度升高直至仿真結(jié)束。CO在2706工作面所在進(jìn)風(fēng)大巷節(jié)點(diǎn),濃度只有一次峰值。爆炸不直接沖擊大巷,但是隨時間推移,風(fēng)流蔓延至進(jìn)風(fēng)大巷會繼續(xù)造成侵害,待風(fēng)流過后濃度逐漸降低。“煤礦安全規(guī)程”中對CO的濃度進(jìn)行了明確規(guī)定,井下最高允許值不多于0.0024%,如圖所示,直至仿真結(jié)束在2706工作面進(jìn)風(fēng)口CO濃度最高仍未達(dá)到0.0024%,可認(rèn)作直至仿真結(jié)束(7200 s)CO未侵害2706工作面。

如圖9(a),2種情況下CO在2403工作面進(jìn)風(fēng)口位置的濃度均會有2次峰值。與通風(fēng)機(jī)失效的情況相比,在通風(fēng)機(jī)失效停機(jī)的情況下,CO會更快速蔓延到達(dá)相應(yīng)位置進(jìn)而侵害工作面,且CO濃度的最值更大。如果礦井只進(jìn)行自然通風(fēng),CO蔓延至2403工作面進(jìn)風(fēng)口比礦井恢復(fù)通風(fēng)后的情況滯后1168 s,由于CO蔓延速度慢,從2692 s開始侵害2403工作面,直至仿真結(jié)束(7200 s)仍會持續(xù)對工作面造成威脅,持續(xù)時間遠(yuǎn)長于礦井能恢復(fù)通風(fēng)的情況。如圖9(b),CO在2706工作面進(jìn)風(fēng)口位置的濃度,恢復(fù)通風(fēng)的情況會產(chǎn)生一次峰值,而不恢復(fù)通風(fēng)的情況CO濃度處于安全臨界值之下。由于CO全程自由蔓延,不恢復(fù)通風(fēng)的情況下CO到達(dá)各個位置的濃度最值都會略低于恢復(fù)通風(fēng)的情況,因此可以發(fā)現(xiàn)CO濃度還與風(fēng)流有一定的關(guān)系。

圖9 相同位置不同情況下CO濃度隨時間變化曲線比對圖

6 結(jié)論

1) 爆炸后在爆炸殘余熱的作用下攜帶CO的風(fēng)流會產(chǎn)生逆流現(xiàn)象,2403工作面會遭受CO的2次侵襲,恢復(fù)通風(fēng)情況CO蔓延速度快、到達(dá)采掘工作面的時間短,CO濃度高,同時流經(jīng)工作面的侵害時間也短;還會侵襲到東二采區(qū)2706工作面,蔓延范圍更大。

2) 在不恢復(fù)通風(fēng)的情況下,在熱動力作用下,CO蔓延速度慢,流經(jīng)采掘工作面的持續(xù)侵襲時間長、危害大。2706工作面不會受到侵害。這表明,在東二采區(qū)控風(fēng)限制煙流進(jìn)入的前提下,恢復(fù)通風(fēng)有利于迅速排出CO有毒氣體。

3) CO蔓延濃度、傳播距離和傳播時間均與風(fēng)流載體有關(guān)。爆炸后在沖擊波的推動下CO濃度彌漫爆炸波及區(qū),爆炸災(zāi)后CO隨風(fēng)流蔓延,CO濃度隨傳播距離和傳播時間的增長而逐漸降低。