一种矿井火灾蔓延预测方法技术

本发明专利技术公开了一种矿井火灾蔓延预测方法，包括以下步骤：统计井下影响火灾蔓延速度和范围的各类因子，通过预先危险性分析法对矿井火灾危险程度划分等级，并分配危险度分值；通过危险因子计算火灾危险度系数，根据火灾危险度系数和着火点信息计算得出火灾危险度；计算着火点燃烧面积；将所述火灾危险度与所述着火点燃烧面积相乘，得到火灾蔓延面积。本发明专利技术本发明专利技术研究了井下影响火灾蔓延速度和范围的各类因子，通过危险因子计算得出火灾危险度系数，并通过计算着火面积的方向熵修正因子，对着火面积计算公式进行修正，从而保证火灾蔓延面积的计算更符合实际情况。的计算更符合实际情况。

【技术实现步骤摘要】
一种矿井火灾蔓延预测方法


[0001]本专利技术属于井下火灾蔓延
，尤其涉及一种矿井火灾蔓延预测方 法。

技术介绍

[0002]矿井火灾是指发生在井口附近或井下威胁矿井安全生产的火灾。矿井火 灾的分类方法有多种，通常按照引火源不同将矿井火灾分为外因火灾和内因 火灾，火灾发生在不同的矿井区域，其火势蔓延速度以及方向会根据不同环 境因子有所差异。发生火灾后迅速制定最优的井下人员逃离路线以及灭火方 案能够将火灾发生后的损失降到最低。
[0003]现有技术中有对火灾蔓延面积进行计算的研究，但很多基于森林火灾进 行计算，此外大多利用神经网络或经验公式进行计算或训练。对于矿井火灾 来说，火灾蔓延的因素与林火有很大不同，而且神经网络训练需要大量数据 集才能保证训练效果。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术就井下影响火灾蔓延速度和范围的各类因子进行了统 计，通过危险因子计算得出火灾危险度系数，结合井下通风系统的风速计算 得出随着时间的推移，火灾蔓延面积的计算公式。利用井下火灾蔓延面积计 算公式，结合煤矿安全生产监控系统可以计算出实时的最优逃生路线，以及 结合3D模型动态模拟火灾蔓延趋势，帮助井下人员逃生与救险人员救险。
[0005]具体的，本专利技术公开的一种矿井火灾蔓延预测方法，包括以下步骤：
[0006]统计井下影响火灾蔓延速度和范围的各类因子，通过预先危险性分析法 对矿井火灾危险程度划分等级，并分配危险度分值；
[0007]通过危险因子计算火灾危险度系数，根据火灾危险度系数和着火点信息 计算得出火灾危险度；
[0008]计算着火点燃烧面积；
[0009]将所述火灾危险度与所述着火点燃烧面积相乘，得到火灾蔓延面积。
[0010]进一步的，所述危险度系数I
火
计算公式如下：
[0011]I
火
＝m(f+g+h+k+l+n)
[0012]其中，m为矿井可燃物的危险度分值，f为机电工人素质的危险度分值，g 为放炮员素质的危险度分值，h为机电失爆率的危险度分值，k为机电硐室安 全保护装置的危险度分值，l为井下消防系统的危险度分值，n为煤层自燃的 危险度分值。
[0013]进一步的，所述火灾危险度R
火
计算公式如下：
[0014][0015]其中ξ为火灾蔓延率，P为可燃物密度，ε为有效热系数，Q为点燃单位 质量的可燃物需要的热量，为坡度修正系数，为表面积与体积。
[0016]进一步的，燃烧面积V
火
公式如下：
[0017][0018]其中，v1为顺风火头速度，γ为方向熵调整因子。
[0019]进一步的，方向熵调整因子γ的计算方法如下：
[0020]将着火区域以着火中心为圆心，着火中心到最远的着火边缘为半径作圆， 得到着火区域包络圆，将着火区域包络圆分为24个网格，每个网格为着火中 心顺时针旋转15度；
[0021]着火区域的方向熵计算如下：
[0022][0023]N为网格数量，P(O
i
)为落入第i个网格的着火区域的比例；
[0024]计算方向熵调整因子γ：
[0025][0026]其中H
max
是最大方向熵，H
min
是最小方向熵。
[0027]进一步的，计算不同时刻的火灾蔓延面积，并进行可视化动态展示。
[0028]本专利技术的有益效果如下：
[0029]本专利技术研究了井下影响火灾蔓延速度和范围的各类因子，通过危险因子 计算得出火灾危险度系数，并通过计算着火面积的方向熵修正因子，对着火 面积计算公式进行修正，从而保证火灾蔓延面积的计算更符合实际情况。
附图说明
[0030]图1本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以 限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或替换，均属于本专利技术的保护范围。
[0032]矿井下火灾发生的条件包括：可燃物质，火源、外部因素等。矿井可 燃物包括瓦斯，低瓦斯矿、高瓦斯矿，可燃煤等。外部因素包括风速等。
[0033]火源如表1所示。
[0034]表1
[0035][0036]本专利技术通过整理矿井火势漫延速度数据，得出结论是着火面积按接近抛物线曲线增长，即接近于公式：S＝Rt
n
，其中S为面积，R为火灾危险度系数，t为时间(小时),n为矿井的火灾程度。计算出不同矿井的火险等级下根据火灾严重度乘上时间系数t来算出火势漫延面积和方向。
[0037]如表2所示，通过预先危险性分析法对矿井火灾危险程度划分等级
[0038]表2
[0039]危险度分值危险度级别危险度3Ⅰ极度危险2Ⅱ很危险1Ⅲ比较危险0Ⅳ稍有危险
[0040]危险度分值计算如表3所示
[0041]表3
[0042][0043][0044]火灾危险度计算公式：
[0045]在无坡度和其他意外因子影响下的危险度系数：
[0046]I
火
＝m(f+g+h+k+l+n)
[0047]结合着火点位置的坡度，坡向信息，位置信息，表面积与体积比，可燃 物，可燃物含水率等得出危险度计算公式：
[0048][0049]即
[0050][0051]其中ξ为火灾蔓延率，P为可燃物密度，ε为有效热系数，Q为点燃单位 质量的可燃物需要的热量，为坡度修正系数，为表面积与体积。
[0052]矿井氧气浓度在20％左右，氧气浓度在6％
‑
20％之间对火势大小影响很小， 只影响最高可达温度。《煤矿安全规程》规定，主要进回巷风速不得超过8m/s， 采煤工作面、正在掘进中的煤巷和半煤巷，最低容许风速为0.25m/s，最高容 许风速为4m/s；掘进中的岩巷最低容许风速为0.15m/s，最高容许风速4m/s； 其他通风人行巷道最低容许风速为0.15m/s。由于风力对各个燃烧区域边缘各 个地段的作用不同燃烧区的形状受风力影响呈椭圆形。顺风向的蔓延速度最 快，逆风向最小，可以假定椭圆形面积为两个半椭圆面积和，燃烧面积计算 公式为：
[0053][0054]其中：S为火灾面积；R
火
为火灾危险度；r1为顺分火头速度矢量(风速)；r2为侧方火
头速度矢量；r3为逆风火头速度矢量；t为火灾发生后的时间(分)。
[0055]根据阿莫索夫公式，得到顺风火头、侧方火头和逆风火头的漫延速度之间 的联系：
[0056]V
侧方火头
＝0.35v1+0.17
[0057]V
逆风火头
＝0.1v1+0.20
[0058]其中v1为顺风火头速度。
[0059]方向熵可以描述火场的蔓延方向，方向熵越高，蔓延方向越多。现有技 术中将着火区域视为椭圆形，在此基础上进行计算，然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿井火灾蔓延预测方法，其特征在于，包括以下步骤：统计井下影响火灾蔓延速度和范围的各类因子，通过预先危险性分析法对矿井火灾危险程度划分等级，并分配危险度分值；通过危险因子计算火灾危险度系数，根据火灾危险度系数和着火点信息计算得出火灾危险度；计算着火点燃烧面积；将所述火灾危险度与所述着火点燃烧面积相乘，得到火灾蔓延面积。2.根据权利要求1所述的矿井火灾蔓延预测方法，其特征在于，所述危险度系数I
火
计算公式如下：I
火
＝m(f+g+h+k+l+n)其中，m为矿井可燃物的危险度分值，f为机电工人素质的危险度分值，g为放炮员素质的危险度分值，h为机电失爆率的危险度分值，k为机电硐室安全保护装置的危险度分值，l为井下消防系统的危险度分值，n为煤层自燃的危险度分值。3.根据权利要求2所述的矿井火灾蔓延预测方法，其特征在于，所述火灾危险度R
火
计算公式如下：其中ξ为火灾蔓延率...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐魏，吴俊霖，石磊，
申请(专利权)人：长沙中航信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：