·968 北京科技大学学报 第36卷 避险人员提供一道生命保障的防线 (2)建立人员就近避险的制度。基于地理信息 系统建立人员区域管理属性，规定：火灾时工作面人 员进入可移动式救生舱；工作面其他人员及大巷内 人员进入避难硐室；非火灾影响的采区工作人员尽 可能逃生出井。 (3)研究火灾时高温、有毒有害气体，烟流传播 范围对巷道可通行能力的影响的，建立巷道安全性 和通行效率对巷道当量长度影响的权重因子k,对 图3井下火灾模拟及最佳避灾路线仿真应用 Fig.3 Simulation of mine fire and the optimum escape routes 巷道灾后的当量长度进行修正。巷道当量长度的计 算由于篇幅有限，不再赘述。各因素影响准则如下 择火源燃烧类型和模拟总时间，计算机即可对井下 所述。 火灾进行仿真数学模拟，分析火灾不同时刻下火灾 ①巷道安全的定义即选择安全条件最好的巷 烟流污染巷道的温度分布和风流状态。本程序界面 道。井下巷道通行安全受到火灾的影响，使其原本 的操作简单易懂，克服了以往计算机模拟火灾时要 可安全通行的巷道因烟流的蔓延而无法通行，规定： 输入发火巷道始末节点的参数要求，提高了计算机 灾前原本可完全通行的巷道安全系数a=1,不可通 火灾模拟时复杂网络的计算速度。本系统使救援指 行的巷道安全系数a=0:而灾后高温（大于60℃）、 挥人员对井下火灾灾情有直观清晰的认识，并为应 高浓度有毒有害气体(C0监测体积分数于0.08%) 急避险和救援工作的开展和指挥提供了支持。 污染巷道α=0，即非常危险不能通行：有危险可通 2 避灾路径选择原则和算法改进 行的巷道a=0.3:安全可通行的巷道a=0.7。 ②针对巷道温度对人员行走能力的影响，依次 2.1基于避险设施的避灾路线选择原则制定 以30℃和60℃为界限，划分为理想一可行一逃生 矿井火灾时期避灾路线的选择受到烟流污染范 的三级逃生路线。 围、烟流温度、有毒有害气体及巷道特性的影响，要 ③巷道通行效率是避险撤离时最短时间要求的 结合路径安全性、通行效率、灾后动态变化等多因素 特征值。巷道通行效率受到巷道高度、宽度、照明、 进行求解判断。本文着眼于紧急避险系统的全矿井 坡度、障碍物、运输工具、烟流等因素的影响。利用 规划，结合紧急避险设施布置的原则，系统地制定矿 不同条件下不同行走姿势的行进速度作为衡量参数 井火灾时期最佳避灾路线选择的原则。 进行建模，以自由行走作为参考标准，规定通行效率 紧急避险系统的构建克服了以往避灾路线单一 b。=1,其他状态按照行走速度的比例进行计算，即 化的问题，不单单地从进风巷道内选择。在紧急情 况下可提高回风巷道内避险人员的逃生几率，增加 如=上=也，其中b,为非自由行走条件下通行效 by bi uo 避灾路线可选择性和安全性。 率，和山1分别为自由和非自由状态下行走速度。 (1)建立正确的避险理念。遵循“升井最安全， 以常村煤矿矿工佩戴自救器行走测定为例，结果如 避险设施内避灾”的原则，避险系统在灾变时需为 表1所示。 表1常村煤矿井下人员通行效率 Table 1 Traffic efficiency of miners in Changcun Coal Mine 行走姿势 行进速度/(ms1) 通行效率 行走姿势 行进速度/(m·sl) 通行效率 爬行 0.20 5.00 熟悉黑暗中 0.60 1.70 弯腰行走 0.45 2.00 陌生黑暗中 0.20 5.00 自由行走 1.00 1.00 烟雾中 0.24 4.00 小跑 2.50 0.40 运输工具 4.00 0.25 快跑 3.80 0.25 2.2最佳避灾路线算法的改进 或出井口和矿工位置求解两点之间满足某些条件时 本文考虑的最佳避灾路线是基于井下避险设施 的最短路径a。Dijkstra算法是求解网络中两节点北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 3 井下火灾模拟及最佳避灾路线仿真应用 Fig． 3 Simulation of mine fire and the optimum escape routes 择火源燃烧类型和模拟总时间，计算机即可对井下 火灾进行仿真数学模拟，分析火灾不同时刻下火灾 烟流污染巷道的温度分布和风流状态。本程序界面 的操作简单易懂，克服了以往计算机模拟火灾时要 输入发火巷道始末节点的参数要求，提高了计算机 火灾模拟时复杂网络的计算速度。本系统使救援指 挥人员对井下火灾灾情有直观清晰的认识，并为应 急避险和救援工作的开展和指挥提供了支持。 2 避灾路径选择原则和算法改进 2. 1 基于避险设施的避灾路线选择原则制定 矿井火灾时期避灾路线的选择受到烟流污染范 围、烟流温度、有毒有害气体及巷道特性的影响，要 结合路径安全性、通行效率、灾后动态变化等多因素 进行求解判断。本文着眼于紧急避险系统的全矿井 规划，结合紧急避险设施布置的原则，系统地制定矿 井火灾时期最佳避灾路线选择的原则。 紧急避险系统的构建克服了以往避灾路线单一 化的问题，不单单地从进风巷道内选择。在紧急情 况下可提高回风巷道内避险人员的逃生几率，增加 避灾路线可选择性和安全性。 ( 1) 建立正确的避险理念。遵循“升井最安全， 避险设施内避灾”的原则，避险系统在灾变时需为 避险人员提供一道生命保障的防线［14］。 ( 2) 建立人员就近避险的制度。基于地理信息 系统建立人员区域管理属性，规定: 火灾时工作面人 员进入可移动式救生舱; 工作面其他人员及大巷内 人员进入避难硐室; 非火灾影响的采区工作人员尽 可能逃生出井。 ( 3) 研究火灾时高温、有毒有害气体，烟流传播 范围对巷道可通行能力的影响［15］，建立巷道安全性 和通行效率对巷道当量长度影响的权重因子 k，对 巷道灾后的当量长度进行修正。巷道当量长度的计 算由于篇幅有限，不再赘述。各因素影响准则如下 所述。 ①巷道安全的定义即选择安全条件最好的巷 道。井下巷道通行安全受到火灾的影响，使其原本 可安全通行的巷道因烟流的蔓延而无法通行，规定: 灾前原本可完全通行的巷道安全系数 a = 1，不可通 行的巷道安全系数 a = 0; 而灾后高温( 大于 60 ℃ ) 、 高浓度有毒有害气体( CO 监测体积分数于 0. 08% ) 污染巷道 a = 0，即非常危险不能通行; 有危险可通 行的巷道 a = 0. 3; 安全可通行的巷道 a = 0. 7。 ②针对巷道温度对人员行走能力的影响，依次 以 30 ℃ 和 60 ℃ 为界限，划分为理想—可行—逃生 的三级逃生路线。 ③巷道通行效率是避险撤离时最短时间要求的 特征值。巷道通行效率受到巷道高度、宽度、照明、 坡度、障碍物、运输工具、烟流等因素的影响。利用 不同条件下不同行走姿势的行进速度作为衡量参数 进行建模，以自由行走作为参考标准，规定通行效率 b0 = 1，其他状态按照行走速度的比例进行计算，即 b0 b1 = 1 b1 = u1 u0 ，其中 b1 为非自由行走条件下通行效 率，u0和 u1分别为自由和非自由状态下行走速度。 以常村煤矿矿工佩戴自救器行走测定为例，结果如 表 1 所示。 表 1 常村煤矿井下人员通行效率 Table 1 Traffic efficiency of miners in Changcun Coal Mine 行走姿势 行进速度/( m·s － 1 ) 通行效率 行走姿势 行进速度/( m·s － 1 ) 通行效率 爬行 0. 20 5. 00 熟悉黑暗中 0. 60 1. 70 弯腰行走 0. 45 2. 00 陌生黑暗中 0. 20 5. 00 自由行走 1. 00 1. 00 烟雾中 0. 24 4. 00 小跑 2. 50 0. 40 运输工具 4. 00 0. 25 快跑 3. 80 0. 25 2. 2 最佳避灾路线算法的改进 本文考虑的最佳避灾路线是基于井下避险设施 或出井口和矿工位置求解两点之间满足某些条件时 的最短路径［16］。Dijkstra 算法是求解网络中两节点 · 869 ·