基于人员分布的煤矿火灾远程救灾元合理配置方法研究

As the relief of mine roadway network fire is very difficult and may cause great damage, we proposed an initiative relief idea to achieve the evacuation and put out fire safely, which is that remote-control the relief elements after mine fire. As the fire rescue system lack in personnel distribution information, we built the information fusion between smoke flow characteristics and personnel distribution using the LMS (Learning Management System) adaptive filtering algorithm, calculated the remove path of non-steady smoke flow and escape routes using the improved Dijkstra algorithm. The fire smoke flow control model experiments were done in different allocation mode of relief elements by use of the mine fire multi-parameter test system. Combined with a lot of FDS (Fire Dynamics Simulator) simulation, the coupling effect of fire burning, smoke flow, heat and mass transfer characteristics of rock and dynamic evolution of wind network were analyzed with the chemical kinetics equations and state equation of gas diffusion. Analyzed the relationship among smoke flow parameters, wind network structure and personnel distribution using the orthogonal design and numerical simulation, found out the calculation method of rational allocation of relief elements in complex wind network, thus it could provide guidance for mine practical application. Study the acquisition method of dynamic fire pressure, determine the air distribution in smoke area and non-smoke area, build the temporal evolution and forecast model of regulating non-steady smoke flow migration in complex wind network. .

鉴于煤矿巷网火灾救灾困难伤亡惨重，提出了建立火灾远程救灾系统的主动救灾思想——火灾后远程调控救灾元，实现安全灭火撤人。针对火灾救灾系统缺乏人员分布信息，运用LMS自适应算法，建立复杂风网火灾烟流特征与人员分布的多元信息融合，用改进的狄克斯特拉算法计算非稳定烟流排除路径和人员逃生路线。利用矿井火灾多参数综合试验系统开展不同救灾元配置方式的火灾烟流控制实验；运用化学动力学微分方程与气体扩散状态方程分析火灾烟流时空演化中火源燃烧、烟气流动、围岩传热传质、风网动态演化的耦合作用，并开展大量的FDS模拟。运用正交试验设计分析实验与数值模拟结果中火灾参数、通风参数、风网结构、人员分布的关系，找出复杂风网中救灾元合理配置的计算方法，为矿井实际应用提供指导。研究含救灾元的风网火灾救灾中动态火风压的获取方法，确定烟流区和非烟流区的风量分配，建立复杂风网中远程救灾元调控非稳定烟流运移的时空演化和预测模型。

为了深入研究矿井火灾控制及人员逃生的多元信息融合，用以提高逃生与救援效率，引入巷道困难度的概念来量化巷道复杂程度和烟气污染的影响，建立巷道困难度模型。基于矿井风网结构实况建立元胞自动机模型，通过FDS模拟结果将烟流、温度、能见度等相关参数及演化规律融入逃生路径选择模型中，结合巷道的逃生难易程度实现灾变的多元信息融合与计算。以唐山沟矿采掘系统为例模拟计算，确定非稳定烟流的最短排除路径和人员的最佳逃生路线，验证了利用巷道困难度综合多元参数表征逃生路径和效率具有合理性和可行性。.根据井巷火灾风网中的烟流调控特点，针对不同采掘系统设计了不同井巷火灾模型的应急救援方法。提出了通过远程控制风门开度来调控排烟巷道的风量分配，为灭火救灾创造良好条件，提高了应急救援系统与通风模型之间的耦合性。运用现场通风系统模型建立巷道网络火灾的物理模型，利用Fluent软件进行数值模拟。首先模拟了正常通风条件下各巷道的风量分配，并与现场通风参数对比；随后对火灾烟流路径、流量、烟气分布特征等参数进行模拟，对比启动远程应急救援系统前后的火灾烟流蔓延参数变化，论证了应急救援系统在井巷火灾烟流控制中的实用性和可行性。.通过分析矿井火灾烟流的演化特征，运用FDS软件来计算模拟，对比分析模型中采取烟流控制措施前后不同地点温度、烟气浓度、能见度等火灾参数的变化规律，说明了烟流控制对灭火救灾和人员逃生的重要性。采用Evac软件对井下遇险人员的逃生行为进行模拟，分析了皮带巷着火后遇险人员安全逃生的路径。结果显示不采取烟流控制措施时采区工作人员无法成功逃生，采取烟流控制措施后，模拟计算了遇险人员撤离的最佳路线与最低时间。研发了开度可调风门及远程控制装置，并实现救灾期间风量的调控。配置了永久避难硐室，提供应急躲避场所，多次演习验证了远程应急救援系统和避难硐室等多元救灾设施的组合功能，保障了矿井火灾应急救援效率和逃生成功率。