第12期 李翠平等：基于元胞自动机的井巷火灾仿真 1551· 4.4井巷火灾烟气浓度分布可视化 规程中致人短时死亡的5000mgm-3质量浓度值规 图3为巷道火灾烟气中C0质量浓度分布变化 定，四个时刻对应的影响巷道长度分别是6、8、14 可视化效果图.从图3可以看出：在t=5、10、20和 和28m.故对应这四个时刻，人员至少对应逃离出 30min时，火灾产生的C0按我国矿山安全生产规 49、68、98和120m的危险区域之外，才不会受到 程30mgm-3质量浓度值的规定，已超过的影响巷 C0有害气体造成的伤害. 道长度分别为49、68、98和120m:且按照安全生产 CO质量浓度/(mgm) 7000 巷道轴/m 30930309503097030990310103103031050310703109031110 6000 =5 min 5000 30930309503097030990310103103031050310703109031110 4000 3000 t=10 min 2000 30930309503097030990310103103031050310703109031110 1000 =20 min 30 30930309503097030990310103103031050310703109031110 =30 min 图3火灾巷道C0质量浓度 Fig.3 CO concentration in the fire tunnel 5结论 出版社，1996) (1)通过对火灾元胞的状态、属性及演化规则 [2]Wang K,Jiang S G,Zhang W Q,et al.Numerical sim- 进行表征，并采用概率函数量化可燃物类型与投放 ulation and application research of mine fire emergency rescue system.J China Coal Soc,2012,37(5):857 密度、井巷通风、井巷坡度、双扩散作用、浮力作 (王凯，蒋曙光，张卫青，等.矿井火灾应急救援系统的数 用、节流作用等因素对火灾燃烧效果与烟气蔓延效 值模拟及应用研究.煤炭学报，2012,37（⑤小：857） 果的影响，说明构建的井巷火灾仿真模型具有很强 [3 Chongqing Branch of China Coal Research Institute.Fire 的理论性.进一步利用矿山实例数据对模型进行仿 period of the tunnel's ventilation status.Coal Eng. 真效果检验，说明基于元胞自动机的井巷火灾构模 1992(4):1 方法具有很好的实用价值. (煤科总院重庆分院.巷道火灾时期的通风状态.煤炭工程 (2)基于元胞自动机进行火灾巷道温度与烟气 师，1992(4)：1) 浓度的仿真，能够直观展现不同时间节点、不同巷 [4]Zhang X K,Li H.An actual fire simulation results and 道位置受火灾影响的程度，即通过可视化展示温度 analysis.Coal Mine Saf,1994(10):6 与烟气浓度的时空分布，给出受火灾影响的危险区 (张兴凯，李华.一次实际模拟火灾实验结果及分析.煤矿 安全，199410)：6) 域与危险程度，这为有效指导井巷火灾救避灾方案 [5]Chopard B,Droz M.Cellular Automata Modeling of Phys- 的制定与实施提供有力支撑 ical Systems.Beijing:Tsinghua University Press,2003 (Chopard B,Droz M.物理系统的元胞自动机模拟.北京： 参考文献 清华大学出版社，2003) [6]Tobler W R.Cellular geography.Philos Geogr,1979, [1]Zhou X Q.Wu B.Theory and Practice of Mine Fire Fight- 20(2):279 ing.Beijing:China Coal Industry Publishing House,1996 [7]Batty M,Xie Y.Possible urban automata.Environ Plann (周心权，吴兵.矿井火灾救灾理论与实践.北京：煤炭工业 B,1997,24(2):175第 12 期 李翠平等：基于元胞自动机的井巷火灾仿真 1551 ·· 4.4 井巷火灾烟气浓度分布可视化 图 3 为巷道火灾烟气中 CO 质量浓度分布变化 可视化效果图. 从图 3 可以看出：在 t=5、10、20 和 30 min 时，火灾产生的 CO 按我国矿山安全生产规 程 30 mg·m−3 质量浓度值的规定，已超过的影响巷 道长度分别为 49、68、98 和 120 m；且按照安全生产 规程中致人短时死亡的 5000 mg·m−3 质量浓度值规 定，四个时刻对应的影响巷道长度分别是 6、8、14 和 28 m. 故对应这四个时刻，人员至少对应逃离出 49、68、98 和 120 m 的危险区域之外，才不会受到 CO 有害气体造成的伤害. 图 3 火灾巷道 CO 质量浓度 Fig.3 CO concentration in the fire tunnel 5 结论 (1) 通过对火灾元胞的状态、属性及演化规则 进行表征，并采用概率函数量化可燃物类型与投放 密度、井巷通风、井巷坡度、双扩散作用、浮力作 用、节流作用等因素对火灾燃烧效果与烟气蔓延效 果的影响，说明构建的井巷火灾仿真模型具有很强 的理论性. 进一步利用矿山实例数据对模型进行仿 真效果检验，说明基于元胞自动机的井巷火灾构模 方法具有很好的实用价值. (2) 基于元胞自动机进行火灾巷道温度与烟气 浓度的仿真，能够直观展现不同时间节点、不同巷 道位置受火灾影响的程度，即通过可视化展示温度 与烟气浓度的时空分布，给出受火灾影响的危险区 域与危险程度，这为有效指导井巷火灾救避灾方案 的制定与实施提供有力支撑. 参 考 文 献 [1] Zhou X Q, Wu B. Theory and Practice of Mine Fire Fight￾ing. Beijing: China Coal Industry Publishing House, 1996 (周心权, 吴兵. 矿井火灾救灾理论与实践. 北京: 煤炭工业 出版社, 1996) [2] Wang K, Jiang S G, Zhang W Q, et al. Numerical sim￾ulation and application research of mine fire emergency rescue system. J China Coal Soc, 2012, 37(5)：857 (王凯, 蒋曙光，张卫青，等. 矿井火灾应急救援系统的数 值模拟及应用研究. 煤炭学报, 2012, 37(5): 857) [3] Chongqing Branch of China Coal Research Institute. Fire period of the tunnel’s ventilation status. Coal Eng, 1992(4): 1 (煤科总院重庆分院. 巷道火灾时期的通风状态. 煤炭工程 师, 1992(4): 1) [4] Zhang X K, Li H. An actual fire simulation results and analysis. Coal Mine Saf, 1994(10): 6 (张兴凯, 李华. 一次实际模拟火灾实验结果及分析. 煤矿 安全, 1994(10): 6) [5] Chopard B, Droz M. Cellular Automata Modeling of Phys￾ical Systems. Beijing: Tsinghua University Press, 2003 (Chopard B, Droz M. 物理系统的元胞自动机模拟. 北京: 清华大学出版社, 2003) [6] Tobler W R. Cellular geography. Philos Geogr, 1979, 20(2): 279 [7] Batty M, Xie Y. Possible urban automata. Environ Plann B, 1997, 24(2): 175