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一、风流紊乱的基本形式
1、所谓风流紊乱是指井下发生火灾时，在火和烟气的作用下，正常情况时巷道内风流的流动方向以及风量的分配被打乱，火灾产生的有毒有害烟气进入到进风流中，使得事故范围进一步扩大，造成大量的人员伤亡。
2、风流紊乱的基本形式是烟流逆退和风流逆转
⑴烟流逆退
山于浮升力的影响，火灾燃烧中的火焰与生成的烟气一起向上流动。如图1-1所示，在矿井巷道中，如果火源处向上流动的烟流受顶板的阻挡，热烟气将在巷道的顶部形成沿巷道进、回两个方向的流动，其中巷道顶部逆着巷道进风方向流动的烟流被称为烟流逆退。
图1-1 矿井火灾烟流逆腿示意图
①、从烟流逆退的产生机制中可得出，烟流逆退在水平、下行或上行巷道中都会产生。显然，在下行巷道中逆退的烟流量最大，因为火灾烟流浮力的作用方向与风流流动方向是相反的；在上行巷道中逆退的烟流量最小，因为烟流浮力的作用方向与风流流动方向一致；而水平巷道中的烟气逆退流量则介于这二者之间。
②、烟流逆退的危害：烟流逆退现象会对在风流上风侧灭火的救护队员造成威胁，逆退回来的烟气中往往包含了大量的有毒有害气体（如一氧化碳、二氧化硫等），其所挟带的热量有时还会使灭火队员的头顶上方的可燃物燃烧起来。伴随烟流的逆退，火烟有时也可能进入到进风系统中，在富燃料燃烧时还可能产生回燃和爆炸现象，这都将带来更大的危害，使事故扩大。
⑵风流逆转
①、在矿井火灾时期，火灾产生的火风压可能会造成某些支路压力的变化，从而会改变风流的流动方向。通风网络中的某分支风流方向发生改变的现象叫风流逆转，即该分支的风流方向与未起火时的方向相反。
②、一般风流的逆转会使火灾区域扩大，为救灾和人员逃生带来更大的危害。过去国内外发生的许多起重特大火灾和瓦斯爆炸事故，都是由于发生风流逆转而造成了人量人员的伤亡。因此，保证矿井通风系统的稳定和防止风流逆转是矿井抗灾能力的一个最重要标志，同时也是矿井火灾时期救灾工作的一个重要原则。
3、为了分析矿井火灾对通风网络的影响，首先对通风方向与路线类型作如下定义：
⑴上行通风
在倾斜或垂直的巷道中，风流从标高低端向高端的流动。
⑵下行通风
在倾斜或垂直的巷道中，风流从标高高端向低端的流动。
⑶主干风路
发生火灾后，从入风井口经火源点到回风井的通路。
⑷旁侧支路
主干支路以外的其余支路均称旁侧支路。
⑸直接烟侵区
火烟在排往地面的沿途，通过所有的巷道时仍保持其发火前的风向不变，并受火烟弥漫的区域。
4、风流逆转风路
矿井火灾时期常见的风流逆转风路方式有：
⑴上行通风的旁侧支路风流逆转
①、风流逆转简述
在上行通风主干风路发生火灾时，火风压的作用方向与主通风机提供的风压作用方向一致，主干风路一般不会发生风流逆转，其风量还会增加。但上行通风旁侧支路在火风压的作用下，风量减小，甚至造成旁侧支路的风流逆转，上行风流旁侧支路的风流逆转是火灾时期发生风流紊乱的常见形式之。
②、产生的原因
由于火风压的作用，使得主干风路的压力提高，也增大了旁侧支路回风侧的压力，随着火势的进一步发展，火风压值不断增大，旁侧支路的压差就会减小，甚至可能变为零或负值，旁侧支路的风量也随之减小直至为零，最后风流发生逆转。
⑵下行通风的主干风路风流逆转
①、风流逆转简述
当下行风流中发生火灾或有高温烟流流过时，所形成的火风压与通风机提供的风压作用方向相反，相互作用，主干风路的风流在火灾的初期，风量会逐步减小：随着火势的发展，火风压进一步增大，当火风压与风机提供的风压平衡时，风压为零，此时发生的燃烧为富燃料燃烧，这一过程近似为点状态，仅能维持较短的时间；当火风压继续增大时，即会发生风流的逆转，此时将有大量的新鲜风流进入己窒息的火区，在火区的高温条件下就可能发生回燃并可能引起爆炸。
②、风流逆转的危害
山于风流逆转时可能会出现回燃或爆炸，容易造成重大的人员伤亡和财产损失，是下行通风主干风路发生火灾的最危险阶段。在我国的煤炭开采史上，有很大一部分重大事故是山于矿井火灾和瓦斯爆炸发生主干风流的逆转而引起的。掌握火灾时期下行风流火灾的变化规律，并采取积极有效的措施防止风流逆转的发生，对于矿井火灾的成功扑救具有十分重要的意义。
二、风流紊乱的产生原因
1、风流紊乱的危害
外火灾使火灾及附近地点空气的温度迅速上升，这就使空气产生热膨胀。与此同时，由于热的作用会带来两方面的影响。
一方面，由于对空气的加热使其密度下降，在非水平的巷道分支将产生附加火风压，另一方面，通风巷道中会产生热膨胀，就会减少主干通风巷道的质量流量，即产生节流效应。
以上两项作用将改变矿井通风系统的压力分布，从而改变原有矿井风量分配并产生风流紊乱，扩大事故范围，带来严重后果。
2、火风压
⑴ 热风现象
火灾的热力作用会使空气的温度增高而发生膨胀，密度小的热空气在有高差的巷道中就会产生一种浮升力，这个浮升力使气体向上运动十分显著，这种现象叫热风
⑵ 火风压
在矿井中，火灾产生的热动力是一种浮升力，这种浮力效应就被称为火风压，它的产生是在倾斜和垂直的巷道中出现的空气的密度差所致。
井下发生火灾时，由于高温烟流流经有标高差的井巷所产生的附加风压，。
⑶ 火风压分类
按照作用范围的不同，火风压可以分为：局部火风压和全矿火风压
①、局部火风压
A 局部火风压是指矿井发生火灾后高温火烟流经每段倾斜或垂直的井巷时，在局部区段上产生的火风压。一般来说，只有在存在高差的倾斜及垂直巷道才会产生明显的火风压，水平巷道因标高差很小，产生的火风压可忽略不计。局部火风压的作用相当于在高温烟流流经的风路上安设了一系列辅助通风机。
B 局部火风压具有方向性，其作用方向总是向上。因此，当火区位于上行风流中时，局部火风压的作用方向与机械风压作用方向一致，当火区位于下行风流时，局部火风压的作用方向与机械风压作反，称之为负火风压。
②、全矿火风压
矿井发生火灾后，高温火烟流经每段倾斜或垂直井巷时，所产生的局部火风压之和即称之为全矿火风压。将连接进出风引口的大气可以看作一个风阻为零的支路，矿井的通风系统可以看作是一个封闭回路系统，全矿火风压就是该封闭回路中的各分支局部火风压的代数和。
⑷ 结论
①、火风压可以具体表述为：火灾产生的高温烟流山于密度变化引起的浮升力对单位体积流体所作的功。
②、密度差、重力场和垂直高差是火风压形成的它个必要条件，缺少密度差、垂直高差或重力场的任一条件都不可能产生火风压。
③、火风压是一个过程量，而非状态量。
3、节流效应
⑴ 节流效应的定义
矿井火灾时期，受火烟的热力作用的影响，主干风路以及旁侧支路中的风量往往会随着火势的发展而发生变化。火灾使巷道内的气体受热膨胀，流动阻力增大而造成空气质量流量减少，体积流量增加的现象称之为节流效应。节流效应是矿井火灾过程中的一种典型现象，它类似于管道流中的热壅塞现象。
⑵ 壅塞现象的定义
空气通过收缩管时、在最小截面处达声速时，若上游总压力和总温度保持一定，无论怎样降低管道下游的压力，通过管道的质量流量都不会增大的现象，称为壅塞现象。
⑶ 节流效应的产生机理
节流效应对矿井火灾时期风流状态的重要影响，近些年来国内外有关学者对其性质及其产生机理进行了研究，并取得了一定的进展。
中国矿业大学王德明教授通过矿井火灾时期节流效应的实验研究，提出了火区阻力这一新概念，并将火区阻力分为燃烧区产生的热阻力和火焰对风流流动的局部障阻力，从而对节流效应的产生机理进行了更为科学的解释。
① 火区阻力的概念
由于燃烧产生的热力作用，火区附近将产生一个附加的通风阻力，称之为火区阻力。火区阻力由烟流热膨胀产生的阻力（热阻力）和火焰的障碍作用产生的局部阻力两部分所组成。火区阻力是发火巷道产生节流效应的根本原因。火区阻力主要由火灾的热力作用引起，故火源强度对其影响较大，一般来说，火源强度越大，则火区阻力越大，节流作用也越明显。
A 火区的热阻力
假定火灾发生在水平巷道中。如图1-2所示，U、F、D分别为火灾巷道的新鲜风流区、燃烧区和烟流区。在没有发生烟流逆退或烟流逆退不严重的情况下，可以认为新鲜风流区风流的热力参数保持不变；燃烧区内可燃物燃烧释放的热量加热燃烧产物（包括火灾烟气和燃烧未耗尽的空气），使其温度急剧升高；在烟流区内高温烟流与巷道壁而之间进行热量交换，烟流逐步冷却。
图1-2 火灾巷道分区示意图
截面1和2之间的压差为P：
P=P1-P2=ρ1u1(u2-u1)
当气流通过等截面巷道时，由于受热膨胀而必然加速，即u2＞u1，出口速度必然大于进口速度。出口压力P2必小于进口压力P1。也就是说，在巷中流动的气体（风流或烟流），如果受到加热就会在流动方向上产生压力降，即热阻力。
B 火焰的局部障碍阻力
在真实的巷道火灾中，火区不仅存在热源，还存在火焰和燃烧产物。因此，除了热阻力以外，火区还存在另种形态的阻力，即火焰的局部障碍阻力。
这种局部障碍阻力的产生可用流体力学中的绕流现象来解释，所谓绕流现象是指来流遇到某种扰动源时将绕行流动的现象。按其形成的物理机制的不同，火区存在的绕流现象可以分为实体绕流和热绕流两种情况。
a、实体绕流
燃烧过程中，可燃物发生热解，热解产物中的可燃成分遇高温形成火焰，而燃烧产物中的气态部分或小颗粒部分形成连续的质量源。当风流流经火焰燃烧体时，新鲜风流将通过火焰柱而形成实体绕流。因火焰的存在，使得风流流动断面减小，火焰作为局部障碍物增加了风流流动的阻力。显然燃烧火势越大，燃烧带越长，火焰阻碍风流流动的局部阻力就越大。
b、热绕流
当来流进入燃烧区时，因风流受热，密度发生变化。密度减小使得气体体积增大，因此促使风流绕行流动，对流动起滞止的作用。这种因为流体受热而产生的绕行流动，称为热绕流。水平巷道的燃烧区存在热绕流。
c、结论
实体绕流和热绕流表明火焰作为一种柔性的障碍体阻碍了风流的流动，缩小了巷道的有效流动断面，从而产生了附加的局部通风阻力，是火区阻力的主要组成部分。通过试验研究，发现火焰障碍阻力占到了火区阻力的84％～90％。
C火区阻力试验结论
a、火区阻力与火势发展过程有关。火灾初期，较短时间内火区阻力随火势的发展迅速增大，进入巷道的风量也明显下降；当火源稳定后，火区阻力与风量趋于稳定。
b、火区阻力与火源强度有关。火源强度越大，产生的火区阻力就越大，节流作用就越明显。
c、火焰的局部障碍阻力对火灾过程中的节流效应起主导作用。
节流效应是在矿井火灾发生时，巷道内的气体受热膨胀，流动阻力增大而造成空气质量流量减少的现象。矿井火灾时期所产生的火区阻力就是产生节流效应的原因。
三、风流紊乱的发生条件
1、上行通风时的旁侧支路风流逆转条件
旁侧支路风流的逆转主要是由于在上行风路中产生了较大的局部火风压。如图1-3所示的简化通风网络，设火灾发生在采区的上山内即上行风路al中，此时主干风路1一2一A一3一 F一4一B一5一6的风向一般保持原来的方向不变，而旁侧支路a2、b、c2则可能会发生风流逆转。
⑴ 如果火灾发生后未能有效控制火势的发展，将释放出大量的热量并伴随高温火烟生成，而这又可能导致在上行风路的内部分系统产生较大的局部火风压，当火风压增大道一定值时，使旁侧支路风流方向发生逆转，高温火烟随之侵袭旁侧支路中的采区或工作面。
⑵ 为了控制火势发展，在可行的条件下，采取停止主通风机运转的措施。主扇停止运转，外部分系统火风压和主通风机风压之和大大降低，甚至趋近于零，但局部火风压作用凸显，导致旁侧支路的风流逆转。所以在矿井发生火灾的情况下，一般情况下不能停止主通风机运行，也不允许放机闸门。
⑶ 为了控制火势的发展，截断向火源的供风，通常是在火源的上风构筑临时密闭或张挂风帘。这样不仅控制了供风，抑止燃烧，而且还能够增大内部系统的合成风阻，从而起到稳定风流方向的作用，防止风流紊乱的发生和烟侵事故的扩大。
⑷ 外部分系统的合成风阻不仅包括回风区域的风阻，还包括一部分进风和内部分系统相并联的风阻，而回风系统的风阻对合成风阻起决定性作用。在回风系统井巷中，局部阻碍物比较多，合成风阻较大。容易造成旁侧支路风流紊乱，使烟侵区域扩大。
2、下行通风时的主干风路风流逆转
⑴ 下行风流中发生火灾时，火风压的方向与主通风机风压作用的方向相反，井下风流紊乱的情况与上行风流发生火灾的情况具有本质的差别。
⑵ 如图差1-4所示的通风网络，设支路a是内部分系统，b是旁侧支路， c是外部分系统。hi为内部分系统的火风压，hl为旁侧支路内的火风压，ho为外部分系统风压。各支路（a、b、c)的风流方向由hi、hl、ho三个量所决定的。显然，hi、hl、ho三者之中最大者(hmax)所在支路的风流具有固定方向且与最大风压(hmax)的作用方向相同；三者中的最小者(hmin)所在的支路的风流方向也具有固定方向但与最小风压(hmin)的作用方向相反；而中值风压(hm)所在的风流方向则是不定的，可能保持原有的方向，也可能发生逆转。
如图1-4所示
①、要使风流保持原有的方向（即发火前的方向），只有当ho大于hl和hi时才有可能。
②、若hi和hl中任何一个大于ho，而另一个小于ho时，外部分系统的风流便可能发生逆转。
③、 若hi和hl均大于ho时，则外部分系统的风流肯定要发生逆转，整个矿井的风流都会反向，进风井就会变成回风井。
④、如果火灾发生后通风系统已经变成由原来的回风井进风，则火灾的性质完全改变，由一个下行风流中的火灾变成了一个上行风流中的火灾。在这种情况下，必须把主通风机的风流方向加以改变，或将主通风机停转。
⑶ 结论
下行风流中发生火灾时的情况要比在上行风流中发生火灾复杂得多，要保障采用下行通风方式的矿井在发火时不发生风流逆转的现象，也更加困难。因此，从处理火灾的角度出发，应当尽量避免采用下行通风。当火灾己经发生在下行风流时，最好力争将火烟经由上行风流引向回风井
四、风流紊乱的防止措施
1、煤矿井下一旦发生事故后，特别是重大的爆炸或火灾事故，最紧急的工作之一就是对井下风流进行有效控制，防止风流紊乱的发生。如果控风措施合理，不仅可以有效地限制烟流在井巷中发生非控制性蔓延，防止灾害范围扩大，还可以最大限度的减少灾害的损失以及避免人员伤亡。
2、常用的风流控制的方法包括：反风法、短路法、调压法
⑴ 反风法
①、全矿反风
当产生大量有毒有害气体的事故（如火灾、瓦斯或煤尘爆炸等）发生在矿井的主进风区域（如井底车场、主要进风道等），必须及时采取全矿反风措施，否则有毒有害气体或高温烟流就会随风流侵入到井下各个工作场所。
②、局部反风
局部反风法适用于采区内部进风侧发生火灾，特别是下行风流工作面的进风侧发生火灾的情况，发生火灾及时启动控风设施，使得风流在此区域内实现反向流动，将有害气体和烟流直接引入到矿井或采区的回风巷道内，使灾变烟流不侵袭工作场所，同时有效地防止下行风流的主干风路发生逆转。
⑵ 短路法
当事故发生在进风侧时，在烟流流进巷道的前方寻找回风巷相连接的联络巷，打开风门，使风流短路，将烟流直接引入回风流中。这种方法也适用于防止下行风流发生烟流逆退或者风流逆转。通常利用联络巷道进行风流短路的力法有以下儿种：
①、增辟排烟支路
A 上山采区增辟排烟支路
如图1-5所示的上山采区巷道布置系统，回风上山内是下行风，如果其中发生火灾，在反向火风压的作用下主干风路风流反向，烟流逆退而侵袭工作面人员。
图1-5 上山采区增设专用反风道布置图
1-进风大巷；2-回风大巷；3-进风上山；4-回风上山；5-专用反风道
布置工作面时开掘一条专用排烟巷道并安设风门，平时关闭（见图1-5（a），矿井火灾时期开启。在采区进风上山和回风下山内分别设置常开风门T3、T2,在进风大巷内设常开风门T1。如图1-5所示，当回风下山发生火灾时，打开T4、T5两道风门可使采区风流短路以排放烟流，最后关闭T2、T3风门限制火势的发展，用大巷中的常开风门T1调节风量，以冲淡回风流中的烟气浓度。
B 下山采区增设专用反风巷道
如图1-6所示的下山采区巷道布置系统，在进风下山的上口，增辟排烟专用巷5，平时安设常闭风门T4、T5予以隔绝（图1-6a），以保证下山采区正常通风。
如果在进风下山内发生火灾，高温火烟随风流下行产生局部火风压，其作用方向与原来的风向相反，如图1-6b。随着火势的发展，局部火风压不断增人，进风下山主干风路可能发生烟流逆退时，立即开启专用反风巷的常闭风门T4、T5使采区进风短路，而逆退的烟流将通过专用反风巷排入回风大巷。同时关闭常开风T1、T2限制火势的发展，用常开风门T3以调节风量冲淡专用巷中的烟流，如图1-6b所示。这时可派救护队从回风系统下去救助遇难人员和处理火灾。
图1-6 下山采区增设专用反风道布置图
1-进风大巷；2-回风大巷；3-进风下山；4-回风下山；5-专用反风道
②、利用上、下山联络巷
A 利用连通进回风上山的联络巷
如图1-7所示的采区上山布置系统，在进回风上山的联络巷中设置两道常闭风门T3、T4平时隔断风流，如图1-7a所示，以保证工作面通风。设常开风门T1、T2和调节风门T5以各发生火灾时启用。
图1-7 用进回风上山联络巷作反风巷道布置图
1-进风大巷；2-回风大巷；3-进风上山；4-回风上山；5-联络巷
若回风上山中发生火灾（1-7b），采取如下措施：首先将工作面的人员撤至进风大巷，如撤退时风流巳经反向，则必须使用自救器；然后打开常闭风门T3、T4使风流短路，并排放火烟：最后关闭常开风门TI和T2，抑制火势发展。使用常开风门T5对风量进行调节，这样不仅能够防止火灾气体进入进风大巷，还能够增大通过联络巷的风量以冲淡烟流浓度。
B 利用进回风下山的联络巷
如图1-8所示的采区下山巷道布置系统，在进回风下山的联络巷中设常闭风门T3、T4以保证采区供风；在进回风下山中设常开风门Tl、T?在进风大巷中设常开风门T5，以备调节风量使用。
当进风下山中发生火灾后，可采取以下措施实现采区反风：首先打开联络巷中的常闭风门T3、T4,使采区风流短路，在火风压作用下，下山风流反向（1-8b）；然后关闭常开风门T1、T2抑制火势发展，并使用常开风门T5，调节风量以防止烟流侵入进风大巷，同时加大联络巷中风流冲淡火灾气体（1-8b）。
图1-8 用进回下山联络巷实现反风
1-进风大巷；2-回风大巷；3-进风下山；4-回风下山
B 设双上山回风
图1-9a为采区设双上山回风的巷道布置示意图：在联络巷中设常闭风门T3、T4，在两条回风上山中设常开风门T5、T6、T7、T8在进风大巷中设常开风门Tl，平时两条上山均作回风用。如果在左边一条回风上山中发生火灾（1-8b），则立即打开联络巷中的常闭风门T3、T4, 关上常开风门T5、T6以抑制火势的发展。将火烟从右边一条回风上山排出。
图1-9 双回风上山布置图
1-进风大巷；2-回风大巷；3-进风上山；4-回风上山
⑶ 调压法
调压法多用于防止上行风流的旁侧支路发生风流逆转。常用防治措施：
①、降低内部分系统的局部火风压(hi)，措施如下：
A 在火源的上风头张挂风帘或构筑临时防火墙以控制向火源供风，阻止火势的进一步发展；
B 采取直接灭火措施控制火势发展，扑灭火灾。
②、提高或保持外部分系统的风压值(ho)，措施如下：
A 要保持担负火区通风的主通风机正常运转；
B 决不允许停止主通风机运行，更不能放下主通风机闸门；
C 轴流式风机可通过调整叶片角度来提高主通风机风压：
D 离心式风机可通过调整前导器来提高主通风机风压。
③、增大内部分系统的风阻值，措施如下：
A 在火源的进风侧张挂风帘；
B 在火源的进风侧构筑临时密闭。
在高瓦斯矿井中实施这一措施时，应对火区中瓦斯浓度进行有效的监控，并及时检查是否存在瓦斯局部聚积的情况，防止发生再生事故。
④、减小外部分系统的风阻值，措施如下：
A 提起排烟卞通风机风峒中的闸门；
B 开启排烟道路上的调节风门；
C 防止局部冒顶事故的发生，以免造成排烟通道的堵塞；
D 在日常通风管理中，要切实加强回风系统巷道的维护工作，尽量杜绝局部堵塞现象的发生。
3、结论
⑴ 上行风流的旁侧支路发生风流逆转的防治措施：
①、在火源的进风侧张排风帘，构筑临时密闭及采取直接灭火的措施阻止火势发展，从而降低内部分系统的局部火风压，同时可以增大内部分系统的风阻：
②、要保持负担火区通风主通风机的正常运转，决不允许停上主通风机的运行，更不能放下主通风机闸门；
③、通过调整风机叶片尽量提高外部分系统的风压；
④、通过提起排烟主通风机风峒中的闸门、开启排演道路上的调节风门、防止排烟通道发生局部冒顶事故以及维护好回风系统巷道不发生堵塞的方法来减少外部分系统的风阻。
⑵ 下行风流的主干风路发生风流逆转的防治措施：
①、若火灾发生在进风侧，则应在火灾初期通过调节通风机以及专用的反风巷道进行反风，至少应将主通风机停转；
②、若火灾发生在回风侧，则应该保证回风巷道不发生堵塞；调节风机，增大风机的风压，尽量使风机的风压大于火灾产生的局部火风压。
⑶ 上行风流风路中烟流的逆退的防治措施：
①、减少供风，控制火势的发展
②、轻易不要采取停通风机、降压的措施，同时要适当的增加旁侧支路的风阻以增加主通风机对主干风路的作用
③、若主干风路的烟流逆退的趋势不可避免，则尽到能在火源的进风侧找一条短路通道，将逆退的烟流排回回风系统。
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