安全仿真技术在煤矿井下应急救援疏散系统中的应用研究
由于煤炭开采的复杂性,煤炭开采存在水害、火灾、瓦斯、煤尘、有毒有害因素、顶板事故以及自然灾害等不安全因素,这些危险因素时刻威胁着矿工的生命安全和煤炭生产的正常进行。我国在研究煤矿事故发生的规律和预防事故发生的防范措施等领域,取得了突破性进展,为减少煤矿事故奠定了基础。但煤矿生产的自然条件复杂,职工安全意识淡薄和生产技能素质不高,安全设施和技术措施不够完善,煤矿事故还没得到有效的控制,煤矿灾难时有发生,给国家和人民的生命财产安全造成重大损失。其中事故发生后应急救援疏散措施不合理,救援疏散工作不及时,是造成事故后果扩大...
由于煤炭开采的复杂性,煤炭开采存在水害、火灾、瓦斯、煤尘、有毒有害因素、顶板事故以及自然灾害等不安全因素,这些危险因素时刻威胁着矿工的生命安全和煤炭生产的正常进行。我国在研究煤矿事故发生的规律和预防事故发生的防范措施等领域,取得了突破性进展,为减少煤矿事故奠定了基础。但煤矿生产的自然条件复杂,职工安全意识淡薄和生产技能素质不高,安全设施和技术措施不够完善,煤矿事故还没得到有效的控制,煤矿灾难时有发生,给国家和人民的生命财产安全造成重大损失。其中事故发生后应急救援疏散措施不合理,救援疏散工作不及时,是造成事故后果扩大的重要因素,因此制定、实施有效的事故应急救援疏散方案,是减少财产损失,挽救矿工安全的重要保证。
   虚拟仿真现实技术是近年来发展起来的高新技术,在航空航天、建筑等工程领域和基础研究方向已取得令人瞩目的成就。基于虚拟现实技术的煤矿安全仿真系统正成为数字煤矿安全研究的一个热点,在国外安全科学技术领域已有大量研究和应用,用以加强安全系统设计、安全教育培训,进行事故调查、诊断和研究、安全评价,应急预案演练等,以达到减少安全事故的目的。
   本文研究内容主要是针对目前矿井重大灾害事故救援体系中存在的问题进行研究,通过研究白坪煤矿井下发生灾害事故的影响因素和井下人员疏散动态规律,利用安全仿真技术理论,仿真模拟煤与瓦斯突出、煤层自然、煤尘爆炸、水灾等事故状态下的人员分布和运动状态,考虑灾害事故后采面布置、巷道布置、通风、排水、安全出口各系统破坏情况对应急救援疏散的影响,开发、研制一套合理、有效的煤矿井下应急救援疏散仿真系统。
   本文首先对白坪煤矿的开采条件、交通运输、组织机构、系统布置、应急救援组织机构及预案编制情况进行了介绍,结合矿井开采条件对矿井存在的危险有害因素进行辨识分析,分析判断矿井存在的主要灾害类型。研究了井下主要灾害事故发生机理和规律、影响因素、灾害指标、破坏范围。总结了井下事故发生时的主要事故救援准则和正确的避灾自救措施,可使在紧急情况下,工人可以依靠自己的能力和力量,积极进行疏散和自救,最大限度地减少矿山财产和职工生命损失。分析了煤矿井下应急救援疏散的过程和响应、疏散程序。研究了不同灾害类型下人员疏散动态规律,研究事故状态下人员惊恐状态的心理变化和运动动向,帮助制定、实施人员的应急疏散方案,减少事故损失。由于井下救援疏散受到通风、排水、巷道布置、运输提升、安全出口等系统的影响,如何协调、利用各系统的资源,是保证应急救援疏散工作顺利进行的保证。对事故状态下的通风能力、排水能力、巷道通行情况、提升系统的可靠性、安全出口的通常情况进行有效的监测、分析,模拟仿真各系统的状态。
   本文应急救援疏散模型是针对井下巷道空间划分与人体体格,建立元胞机模型,利用人员行走算法,模拟人员行走线路。考虑到井下人员应急疏散必须做到线路安全和时间最短,本文采用Dijkstra算法进行改进并计算最佳疏散路线。由于井下应急疏散受到路径通行难易程度和灾害影响,即通道的有效宽度、坡度、弯度以及人员密度因素和巷道塌方、高温、有害气体、通风系统、可见度的影响,在确定最佳疏散线路时,充分考虑各个路径的权值,最终求的最优的疏散路径。
   文中利用Dijkstra算法对白坪煤矿井下不同作业地点发生灾害事故时最优疏散路径进行了计算,并考虑了各个路径的路径权值,确定了各作业地点发生灾害时的最佳疏散线路,为白坪煤矿制定井下避灾路线提供了科学依据。白坪煤矿针对计算的避灾路线是否最佳,进行了应急救援疏散演练,通过演练,基本证实本文提出的计算方法和仿真模型是科学的、可靠的。
   本文虽然对煤矿井下应急疏散仿真进行了研究,取得了一定的研究成果,但是矿井应急救援疏散是一项复杂的系统工程。由于煤矿井下系统的复杂性和人为因素的影响,尤其是随着煤炭开采的深度增加,自然灾害的危险程度将进一步加大,各因素对系统建模的影响将发生变化,给煤矿井下应急救援疏散仿真系统的研究带来新的困难,所以矿井重大灾害事故应急救援疏散体系应用到具体的环境中,需要一个较长的过程。由于研究时间有限,本研究还未能完全深入,本文的研究还可以从以下几个方面做进一步深入研究:对各种煤矿灾害事故发生过程进行全程仿真、灾害时井下灾害现场仿真等等。
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作者: 张叠
学科专业: 工业工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 中国地质大学(武汉)
导师姓名: 陆愈实 马挥
学位年度: 2010
语 种: chi
分类号: TD773