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火災時の通気挙動の検証(委託研究)

A Study for a fire gas behavior by using a vertical shaft model (Contract research)

阿部 寛信; 畠山 信也; 山崎 雅直; 奥園 昭彦*; 坂井 哲郎*; 井上 雅弘*

Abe, Hironobu; Hatakeyama, Nobuya; Yamazaki, Masanao; Okuzono, Akihiko*; Sakai, Tetsuo*; Inoue, Masahiro*

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において、立坑を主体とした地下研究施設を建設中である。建設地点の地質は、新第三紀の堆積岩でメタンを主成分とした可燃性ガスを賦存するため、地下施設内で火災等が発生した場合を想定し、入坑者を安全に地上まで避難可能な坑内構造および防災システムを構築することが重要な課題である。立坑主体の地下施設内において、火災発生時は、火災ガスが浮力効果等により複雑な挙動をしめし、強制換気の下でも予期しない箇所まで影響を及ぼす可能性がある。しかし、このような火災ガスの挙動に関する研究はこれまでほとんど実施されていなかった。このため、地下施設建設時及び運用時の火災時防災システムの構築に資する観点から、地下研究施設の通気挙動を実験的に明らかにし、また、通気解析手法の妥当性の検証を目的として、地下坑道を模擬した室内立坑火災実験を実施し、火災で発生する浮力による火災ガスの逆流現象、通気主流の逆転現象、水平坑道の風門を開閉した場合の通気挙動を把握した。また、把握した諸現象をある程度再現可能で計算時間が現実的な解析手法に基づき、プロトタイプの解析システムを構築し、火災実験と同様の条件でシミュレーションを実施した。その結果、構築した解析手法は、火災実験で把握した諸現象を概ね再現できることを確認した。本成果を地層処分施設の建設を念頭においた地下施設における火災時の通気挙動予測ツールとして適用するため、今後は、(1)通気挙動予測ツールとして定量的な解析精度を得るために必要な機能の開発、(2)火災ガス濃度等の表示機能やメンテナンス環境機能の整備、(3)ユーザーフレンドリーでメンテナンスが容易なソフトにするための設計と開発を行い、実用的で一般性の高いプログラムを開発していく予定である。

Construction of the underground facility is on going at the Horonobe Underground Research Center, a division of the Japan Atomic Energy Agency. The facility is consisted of three shafts and horizontal drifts at the completion of construction and it is excavated in geological environment with methane gas, so it is important to secure the workers and visitors security in case of fire in the underground. However, it is known that the fire gas such as methane shows a complicated behavior by drift effect and so on and very difficult to predict its behavior, even if under enforced ventilation. In order to construct new prediction method of the fire gas behavior, the model scaled experiments were conducted by using the basic model which consists of shafts and drifts. As a results, fundamental data of the fire gas behavior was grasped and complicated behavior of the fire gas such as three-dimensional backflow and main flow inversion phenomena at the underground structure were ascertained. A new fire gas behavior analysis system has been designed and a prototype system has been programmed which is able to simulate the phenomena noted above. Coupling analysis method is adapted to the system, which consists of mainly one-dimensional ventilation network analysis and simplified computational fluid dynamics program named M-CFD. To minimize calculation time, M-CFD was designed as two-dimensional calculation with simulators multi area analysis system. Using the prototype system, several experimented models representing typical behavior of fire gas have been simulated for model scaled experiments. The system qualitatively reappeared the phenomena such as back flow or main flow inversion, and most of calculations completed in expected time. This indicates appropriateness of the prototype system, but some upgrade such as heat conductivity analysis in the wall rock mass transfer calculation, user friendly interface system and others will be required.

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