[發明專利]一種礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法

有效

• 申請號: 201711409034.6
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108154265B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王凱;丁超南;崔傳波;蔣曙光;吳征艷;張衛清;奚弦;邵昊
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法，其特征是：礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法包括井下監控子系統、煙流運移模擬子系統、逃生路徑選擇子系統、救援逃生指揮引導子系統；

所述的監控子系統由地面中心站和井下各種傳感器組成，實時監測井下關鍵網絡分支的溫度、瓦斯、煙氣參數；

所述的煙流運移模擬子系統通過PyroSim建立不同火源條件的復雜網絡結構巷道火災模型，運用FDS軟件模擬井下巷道網絡中火災煙氣的動態演化規律；

所述的逃生路徑選擇子系統運用元胞自動機建立礦井風網結構實況路的數學物理模型，動態量化煙氣污染范圍并對復雜惡劣的巷道環境中逃生困難度進行量化，綜合考慮巷道環境復雜程度，計算逃生效率并確定最佳的逃生路線；

所述的救援逃生指揮引導子系統是結合逃生路徑的計算結果為井下逃生人員提供引導，利用上位機和井下語音報警系統將最優的逃生路徑反饋給井下人員；

礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法，具體步驟如下：

步驟1、建立監測監控系統，光纖通訊系統：

對于井下風網結構和巷道環境結構進行分析，在井下所需實時監控的節點上設置一溫度傳感器、CH₄濃度傳感器、CO濃度傳感器、CO₂濃度傳感器、O₂濃度傳感器和煙霧傳感器，所述的傳感器與地面中心站、監控中心上位機構成監測監控系統；

當井下發生火災時，巷道中的傳感器實時采集災變現場的煙霧、溫度、CH₄濃度、CO濃度、CO₂濃度、O₂濃度信號，設置參數告警閾值，監控系統會判斷井下是否發生火災，當采集數據大于閾值以后與聲光報警器通信并報警；啟動災變煙流演化模擬系統；

步驟2、3D巷道網絡模型構建：

根據井下采掘通風系統中巷道分布情況，利用PyroSim軟件建立基于三維巷道網絡的數學物理模型；

步驟3、利用FDS模擬火災煙氣的動態演化規律：

通過步驟2構建的同比例巷道網絡模型，以 N-S 方程為基礎，引入浮力修正的湍流模型、燃燒模型、輻射換熱模型，建立適合描述巷道內煙氣流動規律和溫度、有毒有害氣體濃度變化的計算模型；

將3D巷道網絡模型自動導入FDS 軟件求解火災煙氣既定巷道網絡模型中的動態演化過程，從而掌握災變煙氣隨時間的運移規律；

步驟4、逃生困難度模型構建與量化計算：

運用主成分分析法對逃生影響因素中的溫度、能見度、巷道路段崎嶇度和有害氣體濃度進行權重劃分，構建逃生困難度模型，并用層次分析法計算逃生困難度的綜合權重，然后利用上述這些參數表征人員逃生時各路段的巷道困難度，建立基于復雜通風網絡的逃生困難度模型；編制相關計算程序，最后將監測和模擬計算的相關結果導入計算程序，通過計算機計算逃生效率，為逃生路徑的元胞自動機優化計算提供基礎數據；

步驟5、利用元胞自動機模型建立最優逃生路徑選擇模型：

火災巷道內網絡圖用G(v,E)表示，假設該網絡圖有n個節點，其中v表示路線節點，E表示兩個節點之間的權值；運用復雜通風網絡的逃生巷道困難度的相關量化結果，計算從源點v₁到目標點v_n的最優路徑，用以指導遇險人員逃生；

步驟6、運用救援逃生指揮系統引導人員逃生：

通過對于人員所處位置，調用逃生困難度模型和元胞自動機，利用元胞自動機最優路徑選擇模型最終確定最佳路徑，求出井下人員各自的最佳逃生路徑，通過光纖通訊系統、井下語音播報系統，將最佳逃生路徑的信息發送給井下人員，指揮井下人員逃離火災現場，提高逃生效率。

2.根據權利要求1所述的礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法，其特征是：所述的逃生困難度是井下各種環境因素對人員逃生的影響程度，運用主成分分析法對逃生影響因素中的溫度、能見度、巷道路段崎嶇度和有害氣體濃度進行權重劃分，構建逃生困難度模型，并用層次分析法計算逃生困難度的綜合權重，編制相關計算程序，最后將監測和模擬計算的相關結果導入計算程序，通過計算機計算逃生效率，為逃生路徑的元胞自動機優化計算提供基礎數據。