[发明专利]一种煤矿突透水灾害应急疏散模拟方法

摘要

本发明公开了一种煤矿突透水灾害应急疏散模拟方法，根据煤矿突透水灾害应急疏散模拟需求，基于物联网的数据采集与识别，构建矿区地质环境与井下场景，通过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，实现应急疏散模拟。在VR仿真环境中通过构建地质体、巷道、部分设备，刻画人员疏散、突透水灾害、地层塌陷动态现象，以便观察周围的灾害环境，实施正确的逃生方案；构建安全信息平台，针对应急疏散决策和疏散演练，进行评价与预警。采用先进的前沿技术方法，与煤矿实际情况相结合，为矿井灾害的防治、人员培训、应急救援辅助决策提供技术支撑平台。

主权项

一种煤矿突透水灾害应急疏散模拟方法，其特征在于，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；以所获得的人员逃生速度，以人体运动骨架为行动方式，通过快速碰撞检测，实现人员疏散仿真。人体行动骨架包括行走、奔跑、爬行、游泳4种模式，通过视点跟踪所在位置判定人员所处环境，从而控制人员的行动模式；所述快速碰撞检测包括2类检测：人‑人群碰撞检测和人‑物碰撞检测：将巷道划分为网格单元，通过检测同单元和相邻单元的人‑人是否在Z方向重叠，以分别采用2D或3D包围盒，实现人‑人群碰撞检测，通过检测同单元中人与巷道、障碍物的距离关系，实现人‑物碰撞检测，防止穿透现象发生；突透水灾害仿真主要涉及水流在巷道、采空区的可视化检测：在巷道水流模拟基础上，利用粒子系统模仿水流流动、光滑粒子流体动力学、纹理波纹相关技术方法，依据水位、流速、以及3D巷道中的水流路径，通过图形或图像的形式在屏幕上显示出来，实现矿井突透水灾害动态仿真；E、安全信息平台构建：在煤矿突透水灾害应急疏散决策过程中，针对有限的时间、资源、人力约束条件，以及态势不断发生变化，应急决策者依靠经验，结合实时疏散最优路径，辅助应急疏散决策，组织有序撤离危险区域；在VR仿真环境下，矿区人员通过虚拟仿真可能的突透水灾害，构建个体行为，模拟逃生；同时，构建群体行为，模拟相互协作撤离，完成疏散演练，代替传统的安全培训；针对应急疏散决策和疏散演练，进行评价与预警，包括逃生路径可靠性、逃生路径通行效率、以及人员安全疏散行动时间的预测、可靠性评估。