[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

一種礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法，屬于礦井火災安全逃生的方法。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，監控系統由地面中心站和井下各種傳感器組成，實時監測溫度、瓦斯、煙氣參數；煙流運移模擬系統通過FDS軟件模擬井下火災煙氣的動態演化規律；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的數學物理模型，動態量化復雜巷道環境和煙氣污染范圍，計算逃生效率并確定最佳的逃生路線；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逃生路徑反饋給井下人員。全面提高逃生效率，最大限度地減少人員傷亡。

技術領域

本發明涉及一種礦井火災逃生路徑的方法，特別是一種礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法。

背景技術

我國煤礦事故頻繁發生，而且往往會造成嚴重的人員傷亡和財產損失。在這些災害中，火災事故可以說是最為嚴重的礦井災難。當井下火災發生后，井下環境復雜惡劣，巷道交錯成網，且每一條巷道實際情況不同，由于煤礦內空間狹小，環境復雜，供氧不充沛，發生火災會產生大量含CO、CO₂等有毒有害氣體，尤其是當火災發生在進風區域時，這些有毒煙氣會隨著風流向各工作面蔓延，導致井內作業人員中毒窒息死亡。煙氣還會降低井下巷道的能見度，造成人員的恐慌，給井下人員的疏散和逃生帶來困難，導致傷亡事故擴大。因此，在火災等緊急情況下，安全疏散是保證人員安全的重要手段。而安全疏散的一個重要問題是人員疏散的最優路徑選擇，它主要取決于人員疏散速度、逃生巷道環境、安全出口距離等。

國內學者針對應急救援做了許多研究。英國公司早在1993年就開發了名為Vegas的火災逃生虛擬系統，以三維仿真的形式演示了火災發生時被困人員的逃生模擬，此系統的最大優點就是可以使用戶完全沉浸在虛擬場景中，體驗逼真的模擬逃生過程，同時，這個系統還可以用作救援行動以及被困人員逃生的模擬訓練；美國結合礦井的實際情況研制開發的“MFIRE”軟件，專門針對礦井下火災的救援與逃生模擬訓練，為火災礦難制定有效的應急方案，波蘭國家科學院地層力學研究所的POZAR也是一種模擬井下火災救援系統。AIMS將全部技術力量都用在了開發礦井火災的虛擬現實系統上，此系統通過礦井作業環境的真實模擬，結合CFD模擬和網絡分析的結果，逼真的將礦井下火災發生的過程動態的展示出來。孫繼平研究了煤礦井下緊急避險技術，提出了煤礦井下緊急避險系統。呂春杉等人引入健康度來表征井下煙氣濃度、氧氣和有毒有害氣體對人員疏散的影響。詹子娜等人引入安全性和通行效率等因素對災后巷道通行能力的變化進行修正，制定了最優避災路線選擇原則。

現有技術方法主要存在的問題：

針對礦井火災發生后的應急救援大多考慮了人員疏散速度和安全出口距離，而且對疏散路線的研究大多從定性的角度出發，缺乏定量的數學分析和風險評估，同時對于火災后煙氣的蔓延情況和井下的環境復雜度對人員逃生的影響研究較少。對緊急避險的疏散路線研究，很少從定量的角度分析巷道道路環境對人員逃生的影響，缺乏定量的數學分析和困難度評估。因此，建立逃生困難度模型，引入巷道困難度這一新概念來量化復雜的巷道環境對人員逃生的影響，用人體攝氧量來表征巷道困難度，利用改進的元胞自動機來選擇最優路徑。

發明內容

本發明的目的是要提供一種礦井火災逃生路徑的元胞自動機優化與引導方法，定量的給出災變煙氣蔓延情況和其他因素對井下逃生的影響，通過定量風險評估，最快確定最佳逃生路線，最大限度減少人員傷亡和財產損失。

本發明的目的是這樣實現的：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、逃生指揮引導子系統；

所述的監控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；