[發(fā)明專利]一種人疏-煙流動耦合仿真的礦井火災(zāi)風險評估方法

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113011793A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高科;伊斯馬伊力·艾依提;劉玉姣
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/02
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于人疏?煙流動耦合仿真的礦井火災(zāi)風險評估方法，所述方法包括礦井火災(zāi)煙氣流動網(wǎng)絡(luò)解算并獲取全風網(wǎng)煙氣參數(shù)；通過蒙特卡羅方法建立礦井巷道人員疏散模型；通過礦井實際情況選取火源位置，耦合火災(zāi)時期人員逃生和巷道煙氣流動仿真，根據(jù)煙氣有效毒劑量和人員感官耐受值來判斷人員疏散是否有生命危險、能否安全逃散，根據(jù)人員傷亡情況評估礦井火災(zāi)危險性，從而減少人財損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種人疏-煙流動耦合仿真的礦井火災(zāi)風險評估方法。

背景技術(shù)

當?shù)V井發(fā)生火災(zāi)時，火勢傳播速度快、燃燒激烈，產(chǎn)生大量有毒有害氣體，加大了應(yīng)急救援工作的困難。煤礦井下發(fā)生火災(zāi)時，燃燒產(chǎn)生的有毒有害氣體將迅速蔓延到各個巷道，嚴重影響了人員安全疏散造成了額外的人財損失，針對井下火災(zāi)事故頻發(fā)開展風險評估有利于全面掌握面臨的人員疏散困難、存在的弱點、造成的影響以及做出有效的預(yù)防措施。

礦井火災(zāi)風險評估方法，從最初的被動觀測、防治技術(shù)到如今的科學管理和應(yīng)急預(yù)案、高效的數(shù)值模擬等火災(zāi)風險評估的研究方法經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展而逐漸成熟。在火災(zāi)機理和規(guī)律已有知識的基礎(chǔ)上，運用數(shù)值模擬、統(tǒng)計理論、隨機過程理論和模糊數(shù)學理論的火災(zāi)風險評估方法已經(jīng)開始被廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有技術(shù)針對礦井火災(zāi)風險評估提出的方法，大部分采用各類傳感器探測火源以及火焰蔓延，數(shù)據(jù)的采集和處理還依靠火災(zāi)本身發(fā)展，技術(shù)上比較單一，依賴性較強；另一方面，大多數(shù)評估方法只關(guān)注人員疏散路徑優(yōu)化而忽略了人疏-煙流動耦合仿真的礦井火災(zāi)風險評估方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利從分析礦井巷道火災(zāi)時煙氣狀態(tài)特性入手，利用蒙特卡羅方法建立了人員疏散模型，根據(jù)人體各感官對有毒氣體最高允許容量值和火災(zāi)煙氣、溫度等毒量大小來判斷人員在逃散過程中是否有生命危險、疏散是否成功。

根據(jù)本發(fā)明的一種人疏-煙流動耦合仿真的礦井火災(zāi)風險評估方法，其包括以下步驟：

一、計算礦井巷道發(fā)生火災(zāi)時煙氣流動狀態(tài)，并獲取煙氣流動狀況和煙氣狀態(tài)參數(shù)；

二、通過蒙特卡羅方法建立人員疏散模型；

三、計算火災(zāi)煙氣有效毒氣量；

四、計算確定人體生命健康值；

五、耦合火災(zāi)時期人員逃生和巷道煙氣流動仿真并判斷人員疏散情況。

作為優(yōu)選，步驟一中，計算礦井巷道煙氣狀態(tài)參數(shù)，其包括以下步驟：

通過礦井通風網(wǎng)絡(luò)解算，單個巷道分支風流能量平衡方程為：

（25）

式中：表示平均速度作為空間和時間的函數(shù)，g是重力加速度；m/s； 代表水平面，m；代表密度，kg/m³； 代表壓力，Pa； 代表每單位長度的壓降pa/m； 代表局部阻力壓降，Pa； 代表風機壓力，Pa；和代表狄拉克函數(shù)。

通過積分獲得回路平衡方程：

（26）

通過對上述公式作進一步簡化可得簡易數(shù)學形式：

（27）

式中：自然風壓NVP可以表示為：

（28）

（29）

式中：a_mi是通風網(wǎng)絡(luò)圖基本回路矩陣，a_ij是a_mi的轉(zhuǎn)置矩陣。

煙氣濃度和溫度是直接影響人員疏散安全的主要因素之一，其計算方法為：

假設(shè)煙氣濃度為煙氣流量與空氣流量的比值，即：

（30）

如果煙氣排放與空氣速度沒有直接關(guān)系，可以通過增加新鮮空氣的流量來控制煙氣的濃度。煙氣濃度和煙氣流動存在一定關(guān)系，其煙氣排放量為：

（31）