1.1 研究背景及意义

矿井火灾是威胁煤矿安全的五大灾害之一，具有发展迅速、不易逃生、扑救困难等特点。多年来的矿井火灾伤亡统计结果显示，导致人员伤亡的首要致害因素，就是火灾产生的烟气。^[1]

矿井可分为地上部分（矿井工业场地内的厂房、仓库、储煤场），和地下部分（井下的各种巷道）。本文研究的对象是矿井的地下巷道。当井下起火时，巷道可以作为井下工作人员逃生的通道，但同时也成为火灾发展和有害烟气蔓延的通道——井巷内可燃物燃烧产生的高温有毒烟气会从火源沿着巷道向其他区域进行蔓延，对井下人员安全、设备以及其他财产造成危害。矿井的井巷通常复杂交错，会以各个不同交叉角度的T型方式进行相互联接。因此，研究不同交叉角度的T字型平巷的火灾烟气蔓延特性，对于矿井巷道的建筑结构设计、通风系统设计、人员疏散引导、消防系统安装、完善防火规范等方面，具有极其重要的现实意义。

1.2 国外研究情况

矿井与隧道、地铁等建筑类似，都属于井巷结构建筑^[2]。国外开展的井巷结构建筑的火灾烟气蔓延研究比国内要早很多，有着大量的研究成果。J.L.Bailey等人通过数值模拟和模拟尺寸试验的方法,得到了一种简易的烟气温度沿走廊的纵向分布规律表达式^[3]；ChangLiu等学者在已有模型的基础上，提出了预测纵向和横向顶棚温度分布的无量纲表达式^[4]； RickardHansen研究了矿井纵向通风巷道发生多重火灾时的平均烟气温度，并提出了一种准稳态模型，通过与模拟尺寸实验结果进行比较发现计算的平均火灾气体温度与实测温度有很好的相关性^[5,6]；ChuanGang Fan等学者研究了烟囱效应下矿井巷道火灾的烟气运动特征，发现下游倾斜巷道长度或角度的增加会减少烟气逆流的长度，并出现更多的烟气向火源下游的倾斜巷道蔓延的现象^[7]；Heskrstad构建了一个由三个长度为5米的房间组成的相连走廊模型，并在窗口开启、闭合及有无通风等不同工况下分析了火灾烟气的扩散现象^[8]。

1.3国内研究现状

国内关于井巷结构建筑的火灾烟气研究相比国外起步较晚，但随着我国对安全科学与工程学科的日益重视，我国学者在这一方面的研究也取得了一定的成果。胡隆华通过理论分析、数值模拟、模拟尺寸和全尺寸实验相结合的方法，推导出一种隧道火灾烟气层温度沿隧道呈幂指数的衰减模型, 其模型预测值与试验测量值吻合度很好^[9]；张晓涛运用FDS软件，对设置无排烟道、正常通风，无排烟道、提高风机风压，有排烟道、提高风压三种工况下的矿井下行通风的火灾烟气情况进行模拟分析，并指出火灾巷道温度的变化主要是烟气浓度的变化引起的^[10]；鲁亚丽研究发现，巷道的倾角会直接影响浮力效应、烟流阻力的大小，火源强度会直接影响烟流的最高温度、浮力效应和烟流阻力，证明了巷道倾角、通风模式及火源强度是影响矿井巷道火灾烟气蔓延及危害控制的重要参数^[11]；此外，汤静也利用数值模拟建立了条形、Ｌ形、Ｔ形、环形四种结构走廊模型，研究了不同走廊结构发生火灾时的烟气温度、烟气蔓延速度，烟气层髙度^[12]。

2. 研究的基本内容与方案

综合国内外的研究情况来看，前人对井巷结构建筑的火灾烟气蔓延已经开展了众多的研究，但研究基本都是基于水平直线的、或者带倾角的井巷开展的，对于T型交叉井巷这种特殊的类型，国内仅有汤静开展了相关研究，且研究结果仅针对T型巷交叉角度为90°的情况，缺少对交叉角度不同时烟气蔓延情况的研究。据此确定本论文的研究内容是：分析T字形平巷交叉口角度对火灾烟气蔓延特性的影响，探究交叉口位于火源下风向时，不同交叉角度、火源参数和通风风速条件下进路巷道和联络巷道内烟气特征参数的分布规律。

FDS软件是一款专门用于对火灾发展进行模拟分析的一款计算流体动力学（CFD）软件^[13,14]。国内外前人在关于井巷结构建筑火灾烟气蔓延的各类研究中，经常采用FDS数值模拟和实际试验相结合的方法^[9,13,15]，最终的数据处理结果显示，FDS模拟的结果与实际试验的结果有很好的吻合度，因此采用FDS软件可以很好地还原真正的火灾现场^[16]，所以使用它对T字形平巷火灾进行数值模拟是可行的。

因而，本文确定采用的方法如下：