一种煤矿井下透水时安全逃生策略生成方法与流程

本发明涉及煤矿井下透水时安全逃生，尤其涉及一种煤矿井下透水时安全逃生策略生成方法。

背景技术：

1、随着我国对能源的需求越来越大，煤矿开采规模也逐渐增大，工作面工况条件也越来越复杂，对人员的安全威胁也越来越大。巷道是地下采矿时，为采矿提升、运输、通风、排水、动力供应等而掘进的通道。矿井巷道是在不同岩石中沿不同方向、以不同倾角、按不同断面和长度开凿的，服务于不同范围、用作不同用途的各种地下空间的总称。矿井巷道按照其空间尺寸、倾角方向、位置、服务范围及用途等进行命名和分类。矿井巷道按服务范围分为开拓巷道、采准巷道、回采巷道三类。煤矿巷道主要分为开拓巷道、准备巷道、回采巷道，并根据位置和用途进一步划分为垂直巷道、水平巷道、倾斜巷道，以及在特定条件下的煤巷、半煤岩巷和岩巷。开拓巷道是为全井田或一个或多个第一级划分单元服务的巷道，回采巷道是直接为一个或多个回采单元服务的巷道，在这两类巷道之间的巷道为采准巷道。这种划分也反映了巷道的掘进顺序，且与矿床的开采步骤一致。

2、煤矿综采工作面一般有进风巷、回风巷和设备巷，进风巷和设备巷是新风，有时也被称为运输巷，主要担负综采工作面煤炭运输任务，同时兼做综采工作面的进风巷；回风巷主要担负综采工作面的回风任务，同时也用于设备和材料的运输。图1是一个煤矿综采工作面的巷道图，其中红色是运输巷道，蓝色是回风巷道，一个综采工作面一般有1～2个运输巷道，1～2个回风巷道，多个综采工作面的这些巷道会相互连通，错综复杂，构成一个巷道网络，纵横交错。

3、矿井采煤时，突水、涌水、透水事故的发生以及地下水、地表水、生产用水的泄露，是矿井积水事故的主要来源，一旦这些涌水不能及时排出，不仅危害矿井生产安全，甚至会使矿井淹没，危及工人的生命。虽然井下有主排水系统担负着井下涌水排除的重要任务，但煤矿综采工作面是采煤工作的重点，人员较多，当在采煤过程中发生水患，人员的逃生至关重要，如何选择最安全的逃生策略，是保障人员生命安全的重要手段之一。

4、因此，提出一种煤矿井下透水时安全逃生策略生成方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种煤矿井下透水时安全逃生策略生成方法，解决现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种煤矿井下透水时安全逃生策略生成方法，包括：

4、s1、获取整个煤矿井下巷道的连接情况、相关参数和避难设施；

5、s2、对煤炭开采点的突发性透水事故进行测定，得到出水点及水深；

6、s3、中央控制器基于出水点及水深确定整个巷道的积水区域；

7、s4、中央控制器计算积水区域的最大水深，基于安全积水深度来确定逃生可利用巷道，并对逃生可利用巷道进行汇总保存；

8、s5、中央控制器计算每个逃生可利用巷道的积水量，基于每个逃生可利用巷道的积水量对逃生可利用巷道进行优先排序，生成最优逃生策略；

9、s6、在灾情稳定的前提下，中央控制器确定逃生可利用巷道中各避难硐室的最优疏散策略。

10、上述的方法，可选地，s1的具体内容为：

11、煤矿综采工作面井下巷道之间连接为巷道网络，对巷道的连接关系进行测量，根据巷道之间的连接关系表述为一个图g＝(v,e)，其中每个顶点vl∈v为巷道之间的交点，l＝1,…,n，每条边ei∈e为巷道，i＝1,…,m；

12、对于任意一条巷道ei，假设其宽度为ωi，对巷道内ki个点的高度进行测量，所有测量结果统计为其中第1个测量点为起点，第ki个测量点为终点，对于第j个测量点，为从起点出发的路程，为第j个测量点对应的海拔高度；

13、井下巷道中各处安装有连接至中央控制器的广播系统，在每条巷道中建造有若干避难硐室，井下敷设有每一个避难硐室到中央控制器的通信链路，测量时，在每条巷道的每个避难硐室处布设测量点，并设定安全积水深度d0。

14、上述的方法，可选地，s2的具体内容为：

15、s201、首先确定出水点的位置，假设开采点近似处于巷道ei0处的第j0个测量点处；

16、s202、确定在发生事故之后的某个时刻巷道内的水深h；

17、s203、将出水点位置和某个时刻巷道内的水深h传输至中央控制中心。

18、上述的方法，可选地，s202中，布置在巷道内的传感器实时测量巷道内的水深当前值h。

19、上述的方法，可选地，

20、s3的积水区域通过计算机运行图遍历的算法完成。

21、上述的方法，可选地，s3的具体内容为：

22、s301、沿着出水点朝向巷道的起点或者终点的两个方向确定当前巷道的积水区间，判断起点或者终点是否积水；

23、s302、若某条巷道的起点或者终点积水，则沿着从起点到终点或者从终点到起点的方向确定本巷道中的积水边界位置；

24、s303、若积水到达了另一端，则将起点或者终点确定为积水；

25、s304、对每个积水的交点，遍历其所有相连的巷道逐个确定积水区间，直到已知的所有积水交点已经完成遍历，并且没有再找到新的积水交点，则所有积水区域确定。

26、上述的方法，可选地，s4的具体内容为：

27、s401、首先计算处于某个巷道中任意积水区间的最大水深，对于巷道ei上的某个积水区间[j1,j2]，也即从第j1个标志点到第j2个标志点的积水区间，

28、最大水深利用下面的表达式近似计算：

29、

30、其中，h为巷道内的水深，表示巷道ei内第j个的标志点巷道地面的高度；

31、s402、由于积水区域总是连通的，任意一条巷道总处于三种状态，无积水或者有一段或两段连续的积水区间；如果巷道无积水，则巷道的最大水深为0；否则取各个积水区间最大水深的最大值，就可以得到该巷道的最大水深di；

32、s403、根据安全积水深度d0，对每条巷道ei进行逐个判断：若满足di≤d0，则将巷道ei标记为逃生可利用巷道，将所有的逃生可利用巷道汇总保存。

33、上述的方法，可选地，s5中，首先计算处于某个巷道中任意积水区间的积水量：

34、对于巷道ei上的某个积水区间[j1,j2]，也即从第j1个标志点到第j2个标志点的积水区间，积水量借助积分计算，对于区间[j,j+1]，积水量的表达式为：

35、

36、其中，h(l)表示路程l处巷道地面的高度，h为巷道内的水深，ωi为巷道ei的宽度，为巷道ei内第j个的标志点距离起点的路程；

37、对每两个测量点之间的积水量，用梯形公式对上述积分进行近似计算，计算公式为：

38、

39、其中，h为巷道内的水深，ωi为巷道ei的宽度，与分别表示巷道ei内第j个的标志点距离起点的路程、该点巷道地面的高度，据此将每一个区间的积水量相加，计算该积水区间的总积水量为：

40、

41、其中，h为巷道内的水深，ωi为巷道ei的宽度，与分别表示巷道ei内第j个的标志点距离起点的路程、该点巷道地面的高度。

42、上述的方法，可选地，s5中，由于积水区域总是连通的，任意一条巷道总处于三种状态，无积水或者有一段或两段连续的积水区间，对任意一条逃生可利用巷道，将该巷道所有积水区间的积水量相加，就可以得到此巷道的总积水量vi；

43、综合每一条逃生可利用巷道的积水量，对所有的积水量进行从小到大的排序，积水量越小的巷道越安全，据此确定所有逃生可利用巷道的优先级；

44、完成计算后，借助广播系统，在煤矿中对计算结果进行通报。

45、上述的方法，可选地，s6的具体内容为：

46、首先，中央控制器根据逃生可利用巷道，重新确定巷道之间的连接关系，在图g的基础上，去除所有非逃生可利用巷道所对应的边，重新构成一个图g'＝(v,e')，其中每个顶点vl∈v为巷道之间的交点，每条边ei∈e'为巷道，图g'通过邻接表的方式保存在计算机上，每条巷道ei的总长度为

47、在中央控制器的计算机上，对每一个避难硐室，计算该避难硐室到所有出口中最近者的最短距离和最短路径；在算法运行中，首先将避难硐室本身视为一个顶点，假设其位于巷道ei的第j个测量点处，将它与所在巷道的起、终点用边相连接，其距离分别为然后在图g'上运行dijistra算法，算法可以给出该避难硐室到所有出口中最近者的最短距离和最短路径；

48、对每一个避难硐室，若它到所有出口中最近者的最短距离有限，则将dijistra算法给出的最短路径通过通信链路告知避难硐室中的工人，此时安全逃生策略是：组织避难硐室中的工人根据路径撤离；如果它到所有出口中最近者的最短距离为无穷大，则安全逃生策略是：组织避难硐室中的工人继续等待，并帮助工人输水输气，排抽积水；不断监测并更新水位高度h，重新在中央控制器上运行第3-6条；直到计算出的最短距离有限时，再组织避难硐室中的工人根据算法给出的最短路径撤离。

49、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种煤矿井下透水时安全逃生策略生成方法，具有以下有益效果：

50、(1)在任何一个工作面要进行开采时，首先输入井下连接关系图，即巷道的分布、巷道地面的各点高度，以及事故的相关参数，就可算出安全逃生策略，为逃生提供了一个有效途径；

51、(2)极大提高了煤矿井下生产的安全效益和经济效益，维护了工人权益；

52、(3)容易实施，安全可靠，无需投资。