[发明专利]一种人疏-烟流动耦合仿真的矿井火灾风险评估方法

说明书

本发明公开了一种基于人疏‑烟流动耦合仿真的矿井火灾风险评估方法，所述方法包括矿井火灾烟气流动网络解算并获取全风网烟气参数；通过蒙特卡罗方法建立矿井巷道人员疏散模型；通过矿井实际情况选取火源位置，耦合火灾时期人员逃生和巷道烟气流动仿真，根据烟气有效毒剂量和人员感官耐受值来判断人员疏散是否有生命危险、能否安全逃散，根据人员伤亡情况评估矿井火灾危险性，从而减少人财损失。

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，尤其涉及一种人疏-烟流动耦合仿真的矿井火灾风险评估方法。

背景技术

当矿井发生火灾时，火势传播速度快、燃烧激烈，产生大量有毒有害气体，加大了应急救援工作的困难。煤矿井下发生火灾时，燃烧产生的有毒有害气体将迅速蔓延到各个巷道，严重影响了人员安全疏散造成了额外的人财损失，针对井下火灾事故频发开展风险评估有利于全面掌握面临的人员疏散困难、存在的弱点、造成的影响以及做出有效的预防措施。

矿井火灾风险评估方法，从最初的被动观测、防治技术到如今的科学管理和应急预案、高效的数值模拟等火灾风险评估的研究方法经过数年的发展而逐渐成熟。在火灾机理和规律已有知识的基础上，运用数值模拟、统计理论、随机过程理论和模糊数学理论的火灾风险评估方法已经开始被广泛应用。然而，现有技术针对矿井火灾风险评估提出的方法，大部分采用各类传感器探测火源以及火焰蔓延，数据的采集和处理还依靠火灾本身发展，技术上比较单一，依赖性较强；另一方面，大多数评估方法只关注人员疏散路径优化而忽略了人疏-烟流动耦合仿真的矿井火灾风险评估方法。

发明内容

本发明专利从分析矿井巷道火灾时烟气状态特性入手，利用蒙特卡罗方法建立了人员疏散模型，根据人体各感官对有毒气体最高允许容量值和火灾烟气、温度等毒量大小来判断人员在逃散过程中是否有生命危险、疏散是否成功。

根据本发明的一种人疏-烟流动耦合仿真的矿井火灾风险评估方法，其包括以下步骤：

一、计算矿井巷道发生火灾时烟气流动状态，并获取烟气流动状况和烟气状态参数；

二、通过蒙特卡罗方法建立人员疏散模型；

三、计算火灾烟气有效毒气量；

四、计算确定人体生命健康值；

五、耦合火灾时期人员逃生和巷道烟气流动仿真并判断人员疏散情况。

作为优选，步骤一中，计算矿井巷道烟气状态参数，其包括以下步骤：

通过矿井通风网络解算，单个巷道分支风流能量平衡方程为：

（25）

式中：表示平均速度作为空间和时间的函数，g是重力加速度；m/s； 代表水平面，m；代表密度，kg/m³； 代表压力，Pa； 代表每单位长度的压降pa/m； 代表局部阻力压降，Pa； 代表风机压力，Pa；和代表狄拉克函数。

通过积分获得回路平衡方程：

（26）

通过对上述公式作进一步简化可得简易数学形式：

（27）

式中：自然风压NVP可以表示为：

（28）

（29）

式中：a_mi是通风网络图基本回路矩阵，a_ij是a_mi的转置矩阵。

烟气浓度和温度是直接影响人员疏散安全的主要因素之一，其计算方法为：

假设烟气浓度为烟气流量与空气流量的比值，即：

（30）

如果烟气排放与空气速度没有直接关系，可以通过增加新鲜空气的流量来控制烟气的浓度。烟气浓度和烟气流动存在一定关系，其烟气排放量为：

（31）