CN111768075A - 矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法、设备及介质 - Google Patents

矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法、设备及介质。所述方法包括：确定矿井水灾过程中涉险人员受到危险的直接影响因素；获取所述直接影响因素在矿井水灾中的实际状况；根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性、气体危险性和通行危险性；根据所述水流危险性、气体危险性和通行危险性，评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的综合危险性。本发明实施例能够有效提高矿井水灾过程中涉险人员危险性评估的准确性。

Description

矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法、设备及介质
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法、设备及介质。
背景技术
矿井水灾，一般为矿井突(透)水灾，是煤炭开采中的主要地质灾害之一，严重威胁着矿井的安全生产和人员的生命安全。由于水文地质条件的复杂性、实际水害形成的多样性、人类对水害危险认识的局限性以及人员工作状态的不确定性等众多客观原因，煤矿水灾害事故总是难以避免。近年来，随着矿井采掘强度和深度的不断加大，对地下水的扰动影响进一步增大，矿井防治水的形势和应急管理难度逐步升级。从矿井水灾事故每年每起平均死亡情况来看，矿井水灾的应急避险能力等问题亟待解决。
井下人员的安全性始终是矿井水灾应急避险的关键问题。当矿井水灾发生后，需要充分考虑水灾的时空演变、灾后环境对人员逃生救援的影响、及时合理地降低避灾救援路线上的危险等。目前，大多数煤矿采取了积极的应急预案，同时，水灾应急避险研究也在逐步开展，主要集中在最短路径算法及其“当量长度”改进等方面，并取得了一定成效，但缺乏对灾后环境影响的定量刻画及涉险人员的危险性评估。
充分考虑现存危险是降低潜在风险可能性的关键问题，灾后环境下要保持井下人员在撤离道路上绝对安全并不容易，尤其是在水灾期间涉水(如行走和奔跑)时，而井下人员对水流等危险认识不够，也会增加人员伤亡的可能性。
目前存在的主要问题：1)对涉险人员的危险性认识不足，缺乏系统性分析；2)对具体因素影响程度的评价是定性或半定量的，缺乏定量化方法。因此，针对井下不同特征的人员和不同场景的灾难情况难以提供科学的“因人因灾”动态危险性评估，导致评估准确性低下，从而无法采取有效的避险措施。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法、设备及介质，以解决现有技术中矿井水灾过程中涉险人员危险性评估准确性低下的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，包括：
确定矿井水灾过程中涉险人员受到危险的直接影响因素；
获取所述直接影响因素在矿井水灾中的实际状况；
根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性、气体危险性和通行危险性；
根据所述水流危险性、气体危险性和通行危险性，评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的综合危险性。
进一步地，所述直接影响因素包括涉险人员的个体特征、矿井巷道特征和水流特征；
根据所述实际数据，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性，包括：
根据所述个体特征、矿井巷道特征和水流特征的实际状况，确定涉险人员对应的危险临界值；
根据所述水流特征的实际状况和所述危险临界值，计算所述水流危险性的评估值FH。
进一步地，所述水流特征包括水深和流速，所述危险临界值包括滑移失稳临界值、倾覆失稳临界值和溺水水深临界值；
所述根据所述水流特征的实际状况和所述危险临界值，计算所述水流危险性的评估值FH，包括：
若所述水深的实际状况超过所述溺水水深临界值，或者所述流速的实际状况超过所述滑移失稳临界值或倾覆失稳临界值，则确定所述水流危险性的评估值FH为1；
否则，采用水流危险性评估公式，计算所述水流危险性的评估值FH；
所述水流危险性评估公式为：
Figure BDA0002509033010000031
其中，h为水深，v为流速，vs(h)为滑移失稳临界值，vt(h)为倾覆失稳临界值，hd为溺水水深临界值。
进一步地，所述直接影响因素包括气体浓度和自救设备状况；
根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的气体危险性，包括：
若自救设备的累计使用时间低于预设的使用极限时间，则确定所述气体危险性的评估值GH为0；
若不存在自救设备，或自救设备失效，或自救设备的累计使用时间超过预设的使用极限时间，则根据所述气体浓度的实际状况，计算所述气体危险性的评估值GH。
进一步地，所述气体浓度包括所述矿井水灾中的n种有害气体浓度和氧气浓度，n≥1；
所述根据所述气体浓度的实际状况，计算所述气体危险性的评估值GH，包括：
根据所述有害气体浓度的实际状况和预设的有害气体极限浓度值，计算有害气体危险性的评估值；
根据所述氧气浓度的实际状况和预设的氧气极限浓度值，计算氧气危险性的评估值；
根据所述有害气体危险性的评估值和所述氧气危险性的评估值，计算所述气体危险性的评估值GH。
进一步地，所述气体危险性的评估值GH的计算公式为：
Figure BDA0002509033010000032
Figure BDA0002509033010000033
Figure BDA0002509033010000034
其中，QH(Ci)为第i种有害气体危险性的评估值，
Figure BDA0002509033010000041
为氧气危险性的评估值，Ci为第i种有害气体浓度，Cij为第i种有害气体极限浓度值，
Figure BDA0002509033010000042
为氧气浓度，Cj(O2)为氧气极限浓度值。
进一步地，所述直接影响因素包括通行因素，所述通行因素包括避难硐室状况、可移动救生舱状况、风速状况、巷道段上垮塌状况、障碍物堵塞状况、水流中携带块体状况和人体心理状况中的至少一个；
根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的通行危险性，包括：
若所述通行因素的实际状况呈积极影响效果，则确定所述通行危险性的评估值OH为0；
若所述通行因素的实际状况呈消极影响效果，则确定所述通行危险性的评估值OH为1。
进一步地，所述矿井水灾过程中涉险人员受到的综合危险性的评估公式为：
CH＝1-(1-FH)×(1-GH)×(1-OH)；
其中，CH为综合危险性的评估值，FH为水流危险性的评估值，GH为气体危险性的评估值，OH为通行危险性的评估值。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法。
本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法。
从上面所述可以看出，本发明提供的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法、设备及介质，能够确定矿井水灾中涉险人员受到危险的直接影响因素，针对不同的矿井水灾和不同的涉险人员，获取直接影响因素对应的实际状况，并根据实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性、气体危险性和通行危险性，进而根据水流危险性、气体危险性和通行危险性，评估矿井水灾过程中涉险人员受到的综合危险性，从而实现危险性影响评估指标系统化、影响程度定量化，有效提高评估准确性，为提高应急避险能力提供科学支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法的原理图；
图3至图5为本发明实施例提供的矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性的动态演变图；
图6至图9为本发明实施例提供的不同情况下危险性评估曲线图；
图10为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
矿井突(透)水灾害应急抢险救援的“自救互救”和“他救”效果与成功率如何，很大程度取决于在灾害整个演变过程中对井下涉险人员所处危险性的科学评价与合理预测。本发明提出的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，充分分析识别在矿井水灾过程中涉险人员所受的危险性及灾情对其的危险作用方式、确定影响因素和其内在关系；明确直接影响因素、建立危险性因素的评估指标体系；发现定义各类型危险性、建模定量评估各种危险性，并建立综合评估机制。
如图1所示，本发明实施例提供的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法包括建立涉险人员危险性评估指标体系、危险性评估分析、危险性量化评估以及危险性综合评估四个层次的发现。建立涉险人员危险性评估指标体系，即个体特征、矿井巷道特征、水流特征、气体浓度和其他物理因素；危险性评估分析是指通过分析矿井水灾演变过程中灾情对涉险人员的危险作用形式，结合矿井水灾影响因素特点，定义人员的水流危险性、气体危险性和其他危险性，其他危险性是指其他影响涉险人员通行的通行危险性；危险性量化评估是指建立涉险人员危险性定量评估方法与模型；危险性综合评估是指构建适用于水灾演变过程中涉险人员多种危险性的综合评估计算规则。
参见图2，为本发明实施例提供的矿井水灾过程中涉险人员的危险性评估方法的流程示意图。所述矿井水灾过程中涉险人员的危险性评估方法包括步骤101至104：
101、确定矿井水灾过程中涉险人员受到危险的直接影响因素。
本发明实施例中，由于涉险人员的危险性会受到水灾灾情和个体特征等多方面的影响，因此需要明确危险发生的作用形式、影响因素等问题。矿井水灾过程中，发生危险的致灾体为矿井水灾(如水流、气体)，其物理参数有水深、流速、气体浓度等，影响巷道中人员的危险；孕灾体为矿井巷道，影响灾情的时空发展；承灾体为涉险人员(如逃生人员、救援人员)，受到危险因素的影响。
危险发生的作用形式主要包括直接危险作用形式和间接危险作用形式。直接危险作用形式主要是致灾体和孕灾体对承载体的直接作用，如巷道中水流冲击人员、有害气体超限和缺氧对涉险人员产生危险等，其涉及的物理参数可认为是危险性的直接影响因素。此外，矿井系统中的减灾设备设施有利于提高应对灾害的应急避险能力，从而降低涉险人员的危险性；此类影响因素可称为其他物理因素，其他因素主要包括除水流和气体因素外的其他影响涉险人员通行的通信因素，如应急避难硐室、随身携带的呼吸自救器等，也属于直接影响因素。
有些因素将其危险影响映射到直接影响因素上，进而作用于涉险人员，从而实现间接影响涉险人员的危险性，称为间接危险作用形式。例如，矿井水灾的水害类型、突水点等因素影响水流特征和气体情况，因此，可以认为水害类型等因素是间接影响人员危险的。在矿井巷道上，水流特征和气体情况随着水灾发展而动态变化，即水灾发展过程中的不同时刻，同一巷道段的水流特征和气体情况不同。基于灾害演化发展过程，涉险人员获知水灾发生时间越早，水灾对涉险人员的危险影响范围相对越小，也有利于涉险人员的逃生避险。因此，可以认为涉险人员应对灾情的时间也是影响涉险人员危险性的间接影响因素，通过作用于水流特征和气体情况等，影响涉险人员逃生所在位置上各时刻的灾情危险性。
通过轨迹交叉理论和事故树分析方法，分析直接危险和间接危险作用形式的影响因素内部的潜在关系，可明确发生危险的直接影响因素。因此，根据直接影响因素可建立涉险人员危险性评估指标体系。直接影响因素可以包括涉险人员的个体特征、矿井巷道特征、水流特征、气体浓度和其他物理因素，其他物理因素包括自救设备状态，以及影响涉险人员通行的通行因素，如避难硐室状况、移动救生舱状况、风速状况、巷道段上垮塌状况、障碍物堵塞状况、水流中携带块体状况和人体心理状况等。
102、获取所述直接影响因素在所述矿井水灾中的实际状况。
本发明实施例中，涉险人员不同，矿井水灾情况不同，即直接影响因素的实际状况不同，导致的危险性也不同。在矿井水灾涉险过程中，逃生人员和救援人员发生危险的直接影响因素及评价指标相同，具体取值会存在差异，如矿井巷道熟悉程度、配备呼吸自救器的规格数量及其使用时间等。
103、根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性、气体危险性和通行危险性。
本发明实施例中，矿井水灾过程中涉险人员受到的危险性评估可以分为水流危险性评估、气体危险性评估和其他危险性评估，其中其他危险性评估主要包括上述通行物理因素影响的危险性评估，即通行危险性评估。
具体地，水流危险性的评估包括：
根据所述个体特征、矿井巷道特征和水流特征的实际状况，确定涉险人员对应的危险临界值；
根据所述水流特征的实际状况和所述危险临界值，计算所述水流危险性的评估值FH。
需要说明的是，涉险人员的身体素质(身高、体重、体力)和心理素质不同，逃生时撤离速度也会不相同。此外，考虑到水流深度对不同身高个体影响程度存在差异性，如身高1.6米和1.8米的矿工在面对同样水流条件下，危险程度是不同的。因此，个体特征不同的涉险人员，在面对水灾所带来的影响程度存在差异，主要体现在身高、体重和身体浸水体积等方面。矿井巷道作为孕灾体，矿井巷道特征和水流特征共同影响着涉险人员的安全，如坡度、地面摩擦系数。
矿井水灾过程中涉险人员受到巷道中的水流影响，其作用形式主要表现为冲击形式。冲击作用体现了水流特征对涉险人员的影响程度，其强度取决于冲击力大小对力学平衡的破坏程度，一旦人体的力学平衡被破坏可能出现不稳定(又称失稳)现象。因此，确定涉险情况下各种危险的临界条件和严重程度是必要的。
如果矿井巷道中水流(水深、流速)增加到一定的条件，井下人员在巷道(坡度、地面摩擦系数)中站立或涉水行走将会失去稳定。在失稳时刻，相应的水流状况称为不稳定的水流临界条件。由于个体特征(身高、体重等)的不同，不同人员在水流中的失稳临界条件是不同的。因此，涉险人员的个体特征、矿井巷道特征和水流特征的影响可通过涉险人员的稳定性得以耦合量化分析。
水流危险性FH，主要受个体特征、矿井巷道特征和水流特征等因素的综合影响，具体影响表达式为：FH＝f(个体特征；矿井巷道特征；水流特征；失稳临界条件)＝f(身高H、体重m；巷道类型、坡度θ、地面摩擦系数μ；水流密度ρ、水深h、流速v；身体迎流宽度B、浸水体积V、水流的拖拽力系数CD等)。
涉险人员在矿井巷道中因受到水流作用会出现的失稳现象有：倾覆失稳、滑移失稳和漂浮失稳。由于矿井巷道半“封闭”的空间特征属性，巷道中的水流上升速率较快。因此，涉险人员在矿井水灾中还存在发生直接溺水危险的现象。如果人员发生了漂浮失稳，那么滑移和倾覆失稳现象就不存在，即分析滑移和倾覆失稳危险时已考虑了漂浮失稳危险。故危险临界值可以包括滑移失稳临界值、倾覆失稳临界值和溺水水深临界值。
具体地，所述根据所述水流特征的实际状况和所述失稳临界值，计算所述水流危险性的评估值FH，包括：
若所述水深的实际状况超过或等于所述溺水水深临界值，或者所述流速的实际状况超过或等于所述滑移失稳临界值或倾覆失稳临界值，则确定所述水流危险性的评估值FH为1；
否则，采用水流危险性评估公式，计算所述水流危险性的评估值FH；
所述水流危险性评估公式为：
Figure BDA0002509033010000091
其中，h为水深，v为流速，vs(h)为滑移失稳临界值，vt(h)为倾覆失稳临界值，hd为溺水水深临界值。
如果水流特征的实际状况超过或等于涉险人员稳定性所能承受的危险临界值，那么可以认为当前巷道中的水流导致人员发生危险的可能性接近100％，即可确定水流危险性的评估值为1；如果水流特征的实际状况小于每种危险临界值，那么将巷道中此时水流状态的数值和危险临界值之比作为当前水流危险性的评估值。各种危险临界值可通过稳定性理论分析和试验测量来确定，即vs(h)、vt(h)＝f(m，H，μ，θ，ρ，h，B，V，CD...)，
Figure BDA0002509033010000092
具体地，气体危险性的评估包括：
若自救设备的累计使用时间低于预设的使用极限时间，则确定所述气体危险性的评估值GH为0；
若不存在自救设备，或自救设备失效，或自救设备的累计使用时间超过预设的使用极限时间，则根据所述气体浓度的实际状况，计算所述气体危险性的评估值GH。
需要说明的是，矿井地下空间除了若干个出口外，基本上是密闭空间。由于井下生产中会溢出有害气体，正常生产状态下，安全通风非常重要。矿井水灾发生后，由于通风系统可能被破坏以及有害气体自身的涌出，巷道中的氧气和有害气体的浓度对于人员的安全会造成一定影响。
水灾发生后透出的水可能携带硫化氢、甲烷等有害气体，对逃生救援带来一定的困难。井下淹没的水面上升，将导致巷道空间减小，被淹没区域原积聚的有害气体被涌水挤出；加上巷道内有害气体正常涌出，从而有可能在不断上升的水面上部形成以瓦斯、二氧化碳、硫化氢为主的有害气体层。同时，灾变状态对通风系统的破坏也引起井下巷道内气体的变化。从应急逃生救援角度看，涉险人员会遇到缺氧或者有害气体浓度超过安全限度的情况，而造成窒息或中毒身亡；此外，由于规定煤矿应用隔离式自救设备，适合于各种有害气体。即使涉险人员有自救设备，但自救设备的允许使用时间有限，时间可能远低于逃生或救援所需供氧的时间。所以矿井水灾逃生救援中灾后气体浓度和自救设备状况对涉险人员造成的危险影响可定义为气体危险性GH。其中，自救设备状况包括涉险人员是否携带自救设备，自救设备是否失效，以及自救设备的累计使用时间等。
气体危险性GH，主要受气体浓度(O2、CH4、CO2、CO、NO2、SO2、H2S、NH3、H2等浓度)、自救设备状况等因素的影响，可表示为：GH＝f(气体浓度、气体极限浓度值；自救设备、累计使用时间等)。
具体地，所述气体浓度包括所述矿井水灾中的n种有害气体浓度和氧气浓度，n≥1；
所述根据所述气体浓度的实际状况，计算所述气体危险性的评估值GH，包括：
根据所述有害气体浓度的实际状况和预设的有害气体极限浓度值，计算有害气体危险性的评估值；
根据所述氧气浓度的实际状况和预设的氧气极限浓度值，计算氧气危险性的评估值；
根据所述有害气体危险性的评估值和所述氧气危险性的评估值，计算所述气体危险性的评估值GH。
需要说明的是，对于单个有害气体来说，其当前浓度越大于极限浓度值，那么人体受到该气体的危险影响越明显。将某种气体此刻的浓度与造成危险所需极限浓度值的比值作为评估依据。故其对人体带来的危险性可表示为：
Figure BDA0002509033010000111
其中，QH(Ci)为第i种有害气体危险性的评估值，Ci为第i种有害气体浓度，Cij为第i种有害气体极限浓度值。
对于氧气来说，当其浓度越小于极限浓度值，那么人体受到的危险影响就越明显。故其对人体带来的危险性可表示为：
Figure BDA0002509033010000112
其中，
Figure BDA0002509033010000113
为氧气危险性的评估值，
Figure BDA0002509033010000114
为氧气浓度，Cj(O2)为氧气极限浓度值。
由于任何一种气体不满足安全条件都可能会给人体带来危险影响，那么在不考虑自救设备的情况下，水灾中气体危险性的评估值可表示为：
Figure BDA0002509033010000115
若结合考虑自救设备，即涉险人员携带自救设备，则水灾中气体危险性的评估值可表示为：
Figure BDA0002509033010000116
其中，t为自救设备的累计使用时间，tz为自救设备的使用极限时间。
矿井下有害气体超限可能会发生其他危害，如瓦斯灾害、爆炸灾害等。《煤矿安全规程》对矿井巷道中空气成分的极限浓度状态(氧气的最低浓度和有害气体最高允许浓度)做了严格明确的规定：如采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20％，二氧化碳浓度不超过0.5％。同时，人体暴露在某个气体浓度下，持续一段时间会出现影响人体健康或生命的症状；如在一氧化碳浓度为0.08％中暴露45分钟或0.16％中暴露20分钟，人体便会出现头痛、恶心和弦晕的症状。涉险人员是否受到伤害及受到伤害的程度取决于毒物浓度与接触时间两个参数。在烟气毒性评价领域，由Hartzell与Emmons提出的有效剂量分数FED(fractional effective dose)应用较为广泛。综合两种极限状态值，可确定各种气体的浓度极限值，一般情况下，由于矿井地下空间复杂等，《煤矿安全规程》中的规定值相对人体发生危险的气体状态值还较小，如采用规程中要求的浓度极限值，实际已考虑到矿井中气体超限所带来的其他潜在危害影响，评估保守结果偏于安全。
另外，为了降低减小涉险人员受到的危险，实际矿井中采取了一些积极的减灾措施，如建立避险系统中的避难硐室，可移动救生舱，压风管路等。当然也会出现相应积极措施失效，无法发挥作用的情况。水灾中也会出现次生灾害，造成该巷道段上现场极其危险，如巷道段上出现顶板垮塌、障碍物等负面情况。同时，矿井巷道中的风速过小不利于发挥通风的作用，过大对涉险人员的行走会带来危险。此类积极或消极的因素，均会对涉险人员的安全造成影响，尤其是在逃生疏散过程中。因此，将这类因素定义为其他物理因素。
这部分数据有些是巷道上固有的属性，如避难硐室；有些是灾后出现的不确定因素，获知大多源于井上下通讯交流。虽然获取难度较大，获得的数量有限，需要人工交互，但是数据一旦获得，对于判断应对灾情非常重要。因此，这类不确定或半定量、定性属性的影响因素评价是必要的。将其他物理因素的影响定义为通行危险性。
通行危险性OH，主要表现在巷道中应急设施、次生灾害(巷道垮塌、障碍物等)等危险，可表示为：OH＝f(矿井巷道状态；心理特征；水流状况；其他物理因素等；有效或失效情况)＝f(障碍物、巷道垮塌；人员心理素质；水流中携带块体状况；避难硐室、救生舱、风速等)。
矿井水灾中通行危险性的影响因素较特殊，并非如上述水流危险的取值为连续。其影响因素危险作用的效果表现为离散情况，其评价值为“非0即1”的状态，如：避难硐室状况、可移动救生舱状况、风速状况、巷道段上垮塌状况、障碍物堵塞状况、水流中携带块体状况和人体心理状况。在此，有利于涉险人员安全通行的影响因素，可称为积极因素；不利于人员安全，对行走造成负面影响的因素，称为消极因素。当积极因素有效发挥其作用且消极因素造不成危险，即通行因素的实际状况呈积极影响效果，可以确定通行危险性的评估值为0；当积极因素失效不能发挥其作用，或消极因素可造成或者已经造成危险，即通行因素的实际状况呈消极影响效果，可以确定通行危险性的评估值为1。通行危险性的评估公式可以表示为：
Figure BDA0002509033010000131
例如，风速状况为风速超出规定范围，或者人体心理状况为人体出现严重心理恐慌，则通行危险性的评估值OH为1。
矿井中具有此特征的巷道段落相对较少，也具有很大的不确定性。水灾中针对这部分定性的影响因素，一方面需要矿方专业人员基于矿井实际情况评估，另一方面需要融入井下灾害现场涉险人员汇报上来的重要信息。这样人机交互评估既考虑到了矿井常态下的实际情况，又融入了水灾现场获得的重要信息。
涉险人员危险性评估指标体系中的因素，可分为确定性和不确定性的两类。如个体特征中，身高、体重为确定的，心理特征是不确定的；矿井巷道中的垮塌、路面状况、以及水流中携带块体状况等是不确定的。从量化建模角度讲，确定因素中可分为定量的、半定量的和定性的。如水深、流速等因素为可定量化的，矿井巷道中的障碍物是可以半定量分析的，而矿井熟悉程度情况是只能定性分析的。水流危险性和气体危险性评估可量化评价体系中确定且可定量化的因素影响，而通行危险性可以量化其中不确定的、定性或半定量的因素。
104、根据所述水流危险性、气体危险性和通行危险性，评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的综合危险性。
本发明实施例中，矿井水灾中涉险人员所面临的危险性评估建模中，不仅需要量化每一种危险，还需要分析评估各“危险”的关系和综合影响，即建立综合危险性评估计算规则。涉险人员在巷道段上受到水流危险性、气体危险性、通行危险性等多种危险影响，且为串行关系。在数值规则上，上述的三种危险性评估值，均满足[0,1]，可理解为涉险人员在该状态下不发生危险的可靠度为“1-危险性评估值”。为了保障人员的安全，各种致亡作用形式的危险性需同时满足各相应的要求。依据可靠性理论，可建立涉险人员受到的综合危险性评估计算规则：
CH＝1-(1-FH)×(1-GH)×(1-OH)
其中，CH为综合危险性的评估值。
假设某次矿井水灾中，1)水流危险性的评估值为1，那么当前状态下，计算得到综合危险性的评估值为1；2)矿井下通风正常不存在气体危险，那么GH为0，代入上述综合危险性评估机制中，均可正常计算。因此，该综合危险性的评估计算规则可满足矿井水灾多重危险影响的综合评估需求。
例如，在某煤矿的矿井突(透)水灾过程中，对涉险人员在巷道全局上各个时刻受到的水流危险性进行评估。在水灾早期(如水灾发生时间t＝5.5小时)，水深h、流速v和水流危险性FH如图3a至3c所示；在水灾中期(如水灾发生时间t＝13小时)，水深h、流速v和水流危险性FH如图4a至4c所示；在水灾后期(如水灾发生时间t＝26小时)，水深、流速和水流危险性如图5a至5c所示。
又例如，在某煤矿的矿井突(透)水灾过程中，对涉险人员在各个时刻受到的水流危险性FH、气体危险性GH和通行危险性OH进行评估。在涉险人员不采用任何措施的情况下，综合危险性如图6所示。在涉险人员依据现场采用减灾措施情况下，确定灾情的发展变化情况。若涉险人员采用佩戴自救设备等“自救”手段，可以降低涉险人员受到的气体危险性GH，从而降低综合危险性，如图7所示；若涉险人员进入避难硐室，则其通行危险性OH的评估值为0，同时也降低水流危险性FH和气体危险性GH，三个危险性的评估值直接降为0，如图8所示；若矿井采取了压风管路送风的“他救”手段，可逐渐降低气体危险性GH，从而降低综合危险性，如图9所示。
综上所示，本发明的方法有利于准确判断矿井水灾过程中涉险人员在灾后巷道环境中的危险情况，定量量化灾情对涉险人员安全所带来的影响。构建了危险性评估指标体系，分析了影响因素及其潜在的内部联系，如巷道类型、坡度、地面摩擦系数；水流水深、流速、水流密度；人员身高、体重等，为涉险人员的危险性定量评估分析提供支持。
本发明的方法以危险性评估分析为重心，可以量化矿井水灾过程中灾情对涉险人员的所带来的危险影响程度。通过分析矿井水灾中灾情对涉险人员的危险作用形式，结合矿井水灾影响因素特点，定义了人员的水流危险性、气体危险性和通行危险性，提出了涉险人员危险性定量评估模型，构建了适用于水灾过程中涉险人员多种危险性的综合评估计算规则，为矿井水灾中涉险人员危险影响程度的科学解释和定量评估与合理预测提供了一种新方法。
本发明可以实现矿井水灾过程中人员危险性的动态评估，分析不同特征涉险人员在灾情中危险性的差异，讨论坡度、地面摩擦系数、水流密度对危险性的敏感性，并给出了降低危险性的相应“自救互救”和“他救”建议。动态评估灾情对人员的危险性，可以充分定量化涉险人员的具体情况，提升涉险人员逃生路线的选择能力、规避风险和致亡意外的能力，从而实现降低涉险人员的危险。如果灾情发展严重，灾中调整改变水灾避险逃生路线时，涉险人员在巷道上的水流危险性可作为重要的参考依据之一，为应急逃生或救援方案合理制定提供针对性技术支撑。
本发明的方法可以科学地解释评价量化涉险人员在水灾环境多因素影响下的危险性，提高了涉险人员在水灾演变过程中“知险”的能力，同时为应急抢险救援方案合理制定提供了针对性极强的技术支撑，这些成果对保障应急抢险救援过程中的“自救互救”效果和“他救”成功率均具有重要的理论指导意义和实用价值。
需要说明的是，本发明实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本发明实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
图10示出了本实施例所提供的一种具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的任一种矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法中的步骤。
本实施例的非暂态计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其他变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其他部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其他存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述方法包括：
确定矿井水灾过程中涉险人员受到危险的直接影响因素；
获取所述直接影响因素在矿井水灾中的实际状况；
根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性、气体危险性和通行危险性；
根据所述水流危险性、气体危险性和通行危险性，评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的综合危险性。
2.根据权利要求1所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述直接影响因素包括涉险人员的个体特征、矿井巷道特征和水流特征；
根据所述实际数据，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的水流危险性，包括：
根据所述个体特征、矿井巷道特征和水流特征的实际状况，确定涉险人员对应的危险临界值；
根据所述水流特征的实际状况和所述危险临界值，计算所述水流危险性的评估值FH。
3.根据权利要求2所述的矿井水灾中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述水流特征包括水深和流速，所述危险临界值包括滑移失稳临界值、倾覆失稳临界值和溺水水深临界值；
所述根据所述水流特征的实际状况和所述危险临界值，计算所述水流危险性的评估值FH，包括：
若所述水深的实际状况超过所述溺水水深临界值，或者所述流速的实际状况超过所述滑移失稳临界值或倾覆失稳临界值，则确定所述水流危险性的评估值FH为1；
否则，采用水流危险性评估公式，计算所述水流危险性的评估值FH；
所述水流危险性评估公式为：
Figure FDA0002509031000000011
其中，h为水深，v为流速，vs(h)为滑移失稳临界值，vt(h)为倾覆失稳临界值，hd为溺水水深临界值。
4.根据权利要求1所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述直接影响因素包括气体浓度和自救设备状况；
根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的气体危险性，包括：
若自救设备的累计使用时间低于预设的使用极限时间，则确定所述气体危险性的评估值GH为0；
若不存在自救设备，或自救设备失效，或自救设备的累计使用时间超过预设的使用极限时间，则根据所述气体浓度的实际状况，计算所述气体危险性的评估值GH。
5.根据权利要求4所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述气体浓度包括所述矿井水灾中的n种有害气体浓度和氧气浓度，n≥1；
所述根据所述气体浓度的实际状况，计算所述气体危险性的评估值GH，包括：
根据所述有害气体浓度的实际状况和预设的有害气体极限浓度值，计算有害气体危险性的评估值；
根据所述氧气浓度的实际状况和预设的氧气极限浓度值，计算氧气危险性的评估值；
根据所述有害气体危险性的评估值和所述氧气危险性的评估值，计算所述气体危险性的评估值GH。
6.根据权利要求5所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述气体危险性的评估值GH的计算公式为：
Figure FDA0002509031000000021
Figure FDA0002509031000000022
Figure FDA0002509031000000023
其中，QH(Ci)为第i种有害气体危险性的评估值，
Figure FDA0002509031000000031
为氧气危险性的评估值，Ci为第i种有害气体浓度，Cij为第i种有害气体极限浓度值，
Figure FDA0002509031000000032
为氧气浓度，Cj(O2)为氧气极限浓度值。
7.根据权利要求1所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述直接影响因素包括通行因素，所述通行因素包括避难硐室状况、可移动救生舱状况、风速状况、巷道段上垮塌状况、障碍物堵塞状况、水流中携带块体状况和人体心理状况中的至少一个；
根据所述实际状况，定量评估所述矿井水灾过程中涉险人员受到的通行危险性，包括：
若所述通行因素的实际状况呈积极影响效果，则确定所述通行危险性的评估值OH为0；
若所述通行因素的实际状况呈消极影响效果，则确定所述通行危险性的评估值OH为1。
8.根据权利要求1所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法，其特征在于，所述矿井水灾过程中涉险人员受到的综合危险性的评估公式为：
CH＝1-(1-FH)×(1-GH)×(1-OH)；
其中，CH为综合危险性的评估值，FH为水流危险性的评估值，GH为气体危险性的评估值，OH为通行危险性的评估值。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1至8任意一项所述的矿井水灾过程中涉险人员危险性评估方法。
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