[发明专利]一种煤矿突透水灾害应急疏散模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采煤安全技术，尤其涉及一种煤矿突透水灾害应急疏散模拟方法。

背景技术

据统计，“十一五”期间全国煤矿共发生10人及以上重特大突透水灾害26起，平均每年发生5.2起，共死亡506人。虽然目前煤矿突透水灾害发生频率和致死人数总体呈下降和减弱趋势，但其防治形势依然不容乐观，重大突透水灾害事故时有发生。必须持之以恒地加强矿井突透水灾害的综合预防和治理技术研究。在事故发生后，由于井上、下无法正常通信，井下遇险人员无法及时得到地面调度工作人员统一指挥，非突透水采区作业人员不清楚突透水地点所发生的灾害事故，突透水地点作业人员不了解井下采掘总体情况和动态优化逃生线路，造成井下遇险人员未能及时撤离或选择了错误的逃生线路，而不幸遇难。因此，在煤矿突透水灾害抢险救援时，及时、准确地掌握灾害的发生地点、灾害特性、灾害规模、灾害对煤矿井下巷道的扰动破坏程度和可能影响到的区域范围、事故发生地点的环境参数及水位动态变化情况是进行科学决策的前提。

目前，以Hi3512处理器为设计基础进行矿井救援多媒体采集系统的硬件设计，采用Microsoft Visual C、双码流网络视频服务器配套SDK、微软基础类(MFC)之类软件开发工具，开发具有搜索发现服务器设备地址、视频录像、音频对讲传输、传感器采集数据显示的软件系统。结合通用平台项目，建立非煤地下矿山安全管理“一站式”服务平台。从预警角度，建立矿山动态综合预警体系，采取主动预防的战术，降低矿山事故的发生率，减少人员伤亡；对于已经发生的事故，建立三维动态救援辅助决策系统，采取被动防御的方式，降低事故的危害，最大限度的降低各种损失。

现有技术中的方法主要存在的问题是：

矿井水灾模拟方法的研究主要集中在突透水灾害的发生机理和预测研究方面，包括在分析矿井充水机理和水害成因的基础上，提出相应的防治和管理措施，探讨煤矿水害产生机理和防治方法，这些方法主要是针对矿山水灾的形成原因和防治措施，而对于水灾事故发生后的应急处置和抢险救援方法比较少见。矿井水灾的模拟方法主要是利用数值模拟技术，针对地质材料和岩土工程的力学行为、水的赋存及运动规律进行模拟；在水灾的防治理论方面，以水灾预防与治理为主，尚未形成系统的灾变演化和扩散理论，只是系统分析和整理了水文地质数据和资料，形成的可视化系统也仅仅是针对水灾的预防进行的可视化模拟，与实际的事故灾害、救灾现场有很大的差别。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿突透水灾害应急疏散模拟方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的煤矿突透水灾害应急疏散模拟方法，包括步骤：

A、数据采集与识别：

根据煤矿突透水灾害应急疏散模拟需求，通过对矿区相关数据分析，将煤矿可采集的数据分为2类：建模基础数据和动态监测数据；

B、3D模型构建：

为了实现煤矿突透水灾害应急疏散模拟，构建矿区地质环境与井下场景，利用钻孔、地质构造、3D地震剖面、遥感影像构建包括地层和构造的3D地质体，采用点云、导线点和巷道线构建3D巷道网络模型，利用硐室、井、障碍物数据建立设备模型以及来自3DMAX的人员模型；

C、应急疏散模拟：

基于所构建的3D模型，结合动态监测数据，实现应急疏散模拟，包括突透水点及其相关信息获取、巷道水流模拟、人员逃生行为模拟、以及智能动态路径搜索；

突透水点及其相关信息获取方式为：通过物联网实时监测数据、通过矿井地下水数值模拟、通过系统提供的交互式工具，相关信息主要包括突透水量、突透水类型相关信息；

巷道水流模拟以所获取的突透水点及其相关信息为输入参数，结合巷道网络模型、巷道拓扑结构，通过突透水蔓延线路生成算法，考虑采空区类型和采掘区排水系统的排水能力，以Δt为时间步长，划分为t个时间段，则能计算出任意时刻的各个节点的水位、流速、以及3D巷道中的水流路径；

人员逃生行为模拟是基于煤矿突透水灾害发生后各时刻的各节点的水位、流速动态因素，结合突透水类型、井下人员特征，通过采用灾害扩散法，获得人员逃生速度；

智能动态路径搜索需要综合分析最短路径求解和均衡优化因素，使结果符合实际需求，具有可行性，便于实施应用；

D、VR仿真环境设计实现：

VR仿真环境中包括地质体、巷道、部分设备的静态对象，同时，刻画人员疏散、突透水灾害、地层塌陷之类的动态现象，采用视点跟踪方法，实现以人员为第一视角的疏散仿真，以便观察周围的灾害环境，实施正确的逃生方案；