CN115619061B - 一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，包括：建立矿井通风系统的网络拓扑结构图；发生矿井灾变时，获取灾变风道和人员所在风道；按照风道风流方向，形成灾变影响风道集；计算得到每个人员所在地点的最短撤离路线；如果灾变风流没有通过人员所在风道，同时也没有通过人员撤离路线风道，因此，不需要对灾变风流的风流方向进行调节；否则，对灾变风流的风流方向进行调节。本发明提供的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，采用风流人流交替优化技术和风门开关优化方法，解决了矿井灾变时期人员撤离路线和灾变风流流动路线冲突时的智能决策问题，为实现矿井灾变时期风流人流协同调控和矿井灾变的快速响应提供了一个有效的解决方案。

Description

一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法

技术领域

本发明属于矿井通风与安全智能化技术领域，具体涉及一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法。

背景技术

矿井通风系统是矿井的呼吸系统，源源不断地将地面新鲜空气输送到井下各作业地点，稀释和排除井下各种有毒、有害的气体和矿尘，是防治煤与瓦斯爆炸、降温、除尘、灭火的重要技术手段，也是实现智能开采的主要技术保障。矿井通风智能系统建立在矿山4DGIS基础上，充分利用工业互联网和矿山物联网技术，通过一套智能感知仪器、自动化装备、智能化软件系统和通风系统初始化技术，实现正常时期的通风系统状态估计和故障诊断、需风量超前预测、按需优调优控的全程自动化，在不需要人工干预的条件下实现灾变时期的自动实时均压、风量风向调度智能决策、联合优化调节和在线闭环控制，满足低功耗的实时按需供风和应急最优控风，为智能精准开采和智慧矿山建设打好“一通三防”的智能化和少人化基础。

到目前为止，矿井智能通风系统基本上可以实现正常时期的按需分风优化计算和风流风向的智能调控，但是灾变时期，特别是发生火灾后，目前的方法是根据应急控风预案控制各风门的开关，当预案灾变地点和实际发生灾变的地点匹配不上时，不能实现风门开关的智能决策和风流风向的自动调控，更不能实现矿井灾变时期风流人流一体化自动分析等，严重制约了灾变时期矿井通风和应急救援工作的自动化和智能化，更不能最大限度地较少矿井灾变造成的人员伤亡和财产损失。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，包括以下步骤：

步骤1，建立矿井通风系统的网络拓扑结构图；所述网络拓扑结构图中具有由多个节点形成的节点集、由多条风道形成的风道集、由多个进风井口形成的进风井口集和由多个回风井口形成的回风井口集；

步骤2，当发生矿井灾变时，获取灾变风道D_z和人员所在风道集E_r；

步骤3，对矿井通风系统进行风网实时解算，求出每条风道的风道状态；其中，所述风道状态包括风门开关状态、风流方向、风阻、风量和风压；

步骤4，按照风道风流方向，查找到受灾变风道D_z的灾变风流影响的风道，形成灾变影响风道集E_z；

步骤5，计算得到每个人员所在地点的最短撤离路线，最短撤离路线通过的所有风道形成撤离路线风道集P_r；其中，撤离路线风道集P_r中包括人员所在风道集E_r；

步骤6，计算人员所在风道集E_r和灾变影响风道集E_z的交集E_z∩E_r；以及撤离路线风道集P_r和灾变影响风道集E_z的交集E_z∩P_r；

如果

并且，

代表灾变风流没有通过人员所在风道，同时也没有通过人员撤离路线风道，因此，不需要对灾变风流的风流方向进行调节，此时步骤5得到的撤离路线风道集P_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；

如果

或

则执行步骤7；

步骤7，当

和/或

时，代表灾变风流对人员所在风道产生影响，和/或，灾变风流对人员撤离路线产生影响，此时，需要对灾变风流的风流方向进行调节，执行步骤8；

步骤8，在矿井通风系统中，不考虑风道当前风向，以灾变风道D_z为起点，判断能否寻找到一条灾变风道D_z到某个回风井的短路通路P_z，该短路通路P_z能够将灾变风流导入回风井，同时使短路通路P_z不通过撤离路线风道集P_r，同时使需要改变风道方向的风道数量最少；

如果能够找到短路通路P_z，则执行步骤9；如果不能够找到短路通路P_z，则执行步骤10；

步骤9，局部反风解算：保持当前进风井和回风井的作用不变，采用局部反风解算算法，对矿井通风系统中风道风门的开关状态进行调节，直到寻找到短路通路P_z；

然后，在当前矿井通风系统状态下，重新执行步骤3-步骤5，计算得到新的灾变影响风道集E’_z和新的撤离路线风道集P’_r；然后执行步骤6，如果

并且，

代表灾变风流对人员所在风道和人员撤离路线风道均不产生影响，则此时得到的新的撤离路线风道集P’_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；

如果

或

则执行步骤10；

步骤10，全局反风解算：

将当前进风井改为回风井，当当前回风井改为进风井，采用全局反风解算算法，对矿井通风系统中风道风门的开关状态进行调节，直到寻找到短路通路P_z；

然后，在当前矿井通风系统状态下，重新执行步骤3-步骤5，计算得到新的灾变影响风道集E”_z和新的撤离路线风道集P”_r；然后执行步骤6，如果

并且，

代表灾变风流对人员所在风道和人员撤离路线风道均不产生影响，则此时得到的新的撤离路线风道集P”_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；

如果

或

则执行步骤11；

步骤11，计算步骤9得到的新的撤离路线风道集P’_r与新的灾变影响风道集E’_z的交集，得到新的撤离路线风道集P’_r中，受新的灾变影响风道集E’_z影响的风道数量N1；

计算步骤9得到的新的撤离路线风道集P”_r与新的灾变影响风道集E”_z的交集，得到新的撤离路线风道集P”_r中，受新的灾变影响风道集E”_z影响的风道数量N2；

取风道数量N1和风道数量N2中的较小者，其所对应的新的撤离路线风道集，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程。

优选的，步骤4具体为：

以灾变风道D_z为起始风道，按照风道风流方向，逐级寻找与灾变风道D_z连通的下游风道，直到到达某个回风井口V_h，因此，从灾变风道D_z到回风井口V_h的通风路径中，通过的所有风道形成灾变影响风道集E_z。

优选的，步骤5具体为：

对于每个人员所在风道，以该人员所在风道为起始风道，按照风道风流逆向方向，逐级寻找与该人员所在风道连通，并且能够行人的下游风道，直到到达某个进风井口V_j，因此，在从人员所在风道到进风井口V_j的各条可行人路径中，最短路径即为最短撤离路线。

优选的，步骤5具体为：

步骤5.1，在网络拓扑结构图中，对于风道集中任意风道v，采用以下方法，得到风道计算长度L₀：

对于风道集中任意风道v，具有风道实际长度L₁；

如果风道为不能行人的井巷，则将风道计算长度L₀设置为L₀＝αL₁；其中，α为不能行人风道长度放大倍数；

如果风道为能够行人的风道，但该风道属于灾变影响风道集E_z，则将风道计算长度L₀设置为L₀＝βL₁；其中，β为能行人但受灾变影响风道长度放大倍数；

如果风道为能够行人的风道，并且，该风道不属于灾变影响风道集E_z，则风道计算长度L₀等于风道实际长度L₁；

步骤5.2，在从人员所在风道到进风井口V_j的各条可行人路径中，计算每条路径通过的风道的风道计算长度L₀的和，作为路径长度；

比较各条路径的路径长度，路径长度最短值对应的路径，即为最短撤离路线。

优选的，α为100000；β为2～10。

优选的，步骤6中，在

并且，

时，在最终得到人员撤离路线后，按灾变地点的风量最小、动力消耗最小且满足其它用风点需风量的原则，优化调风控风方案，控制风门和风窗状态。

优选的，步骤9具体为：

步骤9.1，设矿井通风系统中，共包括n个风道，分别为：风道V₁,V₂,…,V_n；

设撤离路线风道集P_r中，共有m个风道需要反向，形成反向风道集；

步骤9.2，设矿井通风系统中，共包括n个风道，因此，除去反向风道后，剩余n-m个风道；

步骤9.3，对于n-m个风道，计算每个风道的风阻影响指数，计算方法为：

对于n-m个风道中的每个风道，当打开该风道的风门时，如果使反向风道集中部分或全部反向风道的风量减少或反向，则该风道的风阻影响指数为正数，其风道的风阻影响指数的绝对值，等于影响到的反向风道的数量；

当关闭该风道的风门时，如果使反向风道集中部分或全部反向风道的风量减少或反向，则该风道的风阻影响指数为负数，其风道的风阻影响指数的绝对值，等于影响到的反向风道的数量；

步骤9.4，对于n-m个风道中的每个风道，计算出每条风道的需风影响指数；

步骤9.5，对于n-m个风道中的每个风道，按以下规则筛选出需要控制的风道：

如果其风阻影响指数的绝对值等于m，并且，其需风影响指数小于设定阈值，则该风道为筛选出的需要控制的风道；

步骤9.6，对步骤9.5筛选出的需要控制的风道的风门开关状态进行控制，控制方法为：

如果该需要控制的风道，已安装风门，如果其风阻影响指数为正数，使其为打开状态；如果其风阻影响指数为负数，使其为关闭状态。

优选的，步骤9.4，风道的需风影响指数采用以下方法计算：

当风道的风阻变化时，其影响到的用风风道的数量，即为该风道的需风影响指数。

本发明提供的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法具有以下优点：

本发明提供的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，采用风流人流交替优化技术和风门开关优化方法，解决了矿井灾变时期人员撤离路线和灾变风流流动路线冲突时的智能决策问题，为实现矿井灾变时期风流人流协同调控和矿井灾变的快速响应提供了一个有效的解决方案。

附图说明

图1为本发明提供的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法采用的通风系统网络拓扑结构图的示例图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，采用风流人流交替优化技术和风门开关优化方法，解决了矿井灾变时期人员撤离路线和灾变风流流动路线冲突时的智能决策问题，为实现矿井灾变时期风流人流协同调控和矿井灾变的快速响应提供了一个有效的解决方案。

本发明提供的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，针对矿井发生灾变时，灾变风流流动路径和人员撤离路线的协同控制的问题，发明了从风流调控方案和人员调度方案的智能决策方法，实现有利于人员撤离和非灾变区域正常供风的灾变风流流向和流量的在线控制，具体包括以下步骤：

步骤1，建立矿井通风系统的网络拓扑结构图；所述网络拓扑结构图中具有由多个节点形成的节点集、由多条风道形成的风道集、由多个进风井口形成的进风井口集和由多个回风井口形成的回风井口集；

步骤2，当发生矿井灾变时，获取灾变风道D_z和人员所在风道集E_r；

步骤3，对矿井通风系统进行风网实时解算，求出每条风道的风道状态；其中，所述风道状态包括风门开关状态、风流方向、风阻、风量和风压；

步骤4，按照风道风流方向，查找到受灾变风道D_z的灾变风流影响的风道，形成灾变影响风道集E_z；

步骤4具体为：

以灾变风道D_z为起始风道，按照风道风流方向，逐级寻找与灾变风道D_z连通的下游风道，直到到达某个回风井口V_h，因此，从灾变风道D_z到回风井口V_h的通风路径中，通过的所有风道形成灾变影响风道集E_z。

步骤5，计算得到每个人员所在地点的最短撤离路线，最短撤离路线通过的所有风道形成撤离路线风道集P_r；其中，撤离路线风道集P_r中包括人员所在风道集E_r；

步骤5具体为：

对于每个人员所在风道，以该人员所在风道为起始风道，按照风道风流逆向方向，逐级寻找与该人员所在风道连通，并且能够行人的下游风道，直到到达某个进风井口V_j，因此，在从人员所在风道到进风井口V_j的各条可行人路径中，最短路径即为最短撤离路线。

步骤5更具体实现方式为：

步骤5.1，在网络拓扑结构图中，对于风道集中任意风道v，采用以下方法，得到风道计算长度L₀：

对于风道集中任意风道v，具有风道实际长度L₁；

如果风道为不能行人的井巷，则将风道计算长度L₀设置为L₀＝αL₁；其中，α为不能行人风道长度放大倍数；例如，α为100000；对于不能行人的井巷，将其计算长度设成较大倍数的实际长度，可避免最短撤离路线通过该不能行人的井巷。

如果风道为能够行人的风道，但该风道属于灾变影响风道集E_z，则将风道计算长度L₀设置为L₀＝βL₁；其中，β为能行人但受灾变影响风道长度放大倍数；例如，β为2～10。对于能行人但受灾变影响风道，将其计算长度设成较小倍数的实际长度，一方面，降低其被选为最短撤离路线中风道的几率；另一方面，如果穷尽其他能行人且未受灾变影响风道时，如果仍然没有寻找到撤离路线，则此时也允许将能行人但受灾变影响风道作为最短撤离路线中风道，保证人员可撤离。

如果风道为能够行人的风道，并且，该风道不属于灾变影响风道集E_z，则风道计算长度L₀等于风道实际长度L₁；

步骤5.2，在从人员所在风道到进风井口V_j的各条可行人路径中，计算每条路径通过的风道的风道计算长度L₀的和，作为路径长度；

比较各条路径的路径长度，路径长度最短值对应的路径，即为最短撤离路线。

步骤6，计算人员所在风道集E_r和灾变影响风道集E_z的交集E_z∩E_r；以及撤离路线风道集P_r和灾变影响风道集E_z的交集E_z∩P_r；

如果

并且，

代表灾变风流没有通过人员所在风道，同时也没有通过人员撤离路线风道，因此，不需要对灾变风流的风流方向进行调节，此时步骤5得到的撤离路线风道集P_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；

如果

或

则执行步骤7；

本步骤中，在

并且，

时，在最终得到人员撤离路线后，按灾变地点的风量最小、动力消耗最小且满足其它用风点需风量的原则，优化调风控风方案，控制风门和风窗状态。

步骤7，当

和/或

时，代表灾变风流对人员所在风道产生影响，和/或，灾变风流对人员撤离路线产生影响，此时，需要对灾变风流的风流方向进行调节，执行步骤8；

步骤8，在矿井通风系统中，不考虑风道当前风向，以灾变风道D_z为起点，判断能否寻找到一条灾变风道D_z到某个回风井的短路通路P_z，该短路通路P_z能够将灾变风流导入回风井，同时使短路通路P_z不通过撤离路线风道集P_r，同时使需要改变风道方向的风道数量最少；

如果能够找到短路通路P_z，则执行步骤9；如果不能够找到短路通路P_z，则执行步骤10；

步骤9，局部反风解算：保持当前进风井和回风井的作用不变，采用局部反风解算算法，对矿井通风系统中风道风门的开关状态进行调节，直到寻找到短路通路P_z；

然后，在当前矿井通风系统状态下，重新执行步骤3-步骤5，计算得到新的灾变影响风道集E’_z和新的撤离路线风道集P’_r；然后执行步骤6，如果

并且，

代表灾变风流对人员所在风道和人员撤离路线风道均不产生影响，则此时得到的新的撤离路线风道集P’_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；

如果

或

则执行步骤10；

步骤9具体为：

步骤9.1，设矿井通风系统中，共包括n个风道，分别为：风道V₁,V₂,…,V_n；

设撤离路线风道集P_r中，共有m个风道需要反向，形成反向风道集；

步骤9.2，设矿井通风系统中，共包括n个风道，因此，除去反向风道后，剩余n-m个风道；

步骤9.3，对于n-m个风道，计算每个风道的风阻影响指数，计算方法为：

对于n-m个风道中的每个风道，当打开该风道的风门时，如果使反向风道集中部分或全部反向风道的风量减少或反向，则该风道的风阻影响指数为正数，其风道的风阻影响指数的绝对值，等于影响到的反向风道的数量；

当关闭该风道的风门时，如果使反向风道集中部分或全部反向风道的风量减少或反向，则该风道的风阻影响指数为负数，其风道的风阻影响指数的绝对值，等于影响到的反向风道的数量；

步骤9.4，对于n-m个风道中的每个风道，计算出每条风道的需风影响指数；

本步骤中，风道的需风影响指数采用以下方法计算：

当风道的风阻变化时，其影响到的用风风道的数量，即为该风道的需风影响指数。

步骤9.5，对于n-m个风道中的每个风道，按以下规则筛选出需要控制的风道：

如果其风阻影响指数的绝对值等于m，并且，其需风影响指数小于设定阈值，则该风道为筛选出的需要控制的风道；

步骤9.6，对步骤9.5筛选出的需要控制的风道的风门开关状态进行控制，控制方法为：

如果该需要控制的风道，已安装风门，如果其风阻影响指数为正数，使其为打开状态；如果其风阻影响指数为负数，使其为关闭状态。

步骤10，全局反风解算：

将当前进风井改为回风井，当当前回风井改为进风井，采用全局反风解算算法，对矿井通风系统中风道风门的开关状态进行调节，直到寻找到短路通路P_z；

然后，在当前矿井通风系统状态下，重新执行步骤3-步骤5，计算得到新的灾变影响风道集E”_z和新的撤离路线风道集P”_r；然后执行步骤6，如果

并且，

代表灾变风流对人员所在风道和人员撤离路线风道均不产生影响，则此时得到的新的撤离路线风道集P”_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；

如果

或

则执行步骤11；

步骤11，计算步骤9得到的新的撤离路线风道集P’_r与新的灾变影响风道集E’_z的交集，得到新的撤离路线风道集P’_r中，受新的灾变影响风道集E’_z影响的风道数量N1；

计算步骤9得到的新的撤离路线风道集P”_r与新的灾变影响风道集E”_z的交集，得到新的撤离路线风道集P”_r中，受新的灾变影响风道集E”_z影响的风道数量N2；

取风道数量N1和风道数量N2中的较小者，其所对应的新的撤离路线风道集，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程。

下面以某矿的通风系统为例，说明该发明的实施方法和过程：

步骤1，对矿井通风系统进行拓扑编号，形成带拓扑编号的网络拓扑结构图，如图1所示。

其中，进风井口集V_j＝{v₁,v₂}，回风井口集V_h＝{v₃₇,v₉₂}。

步骤2，当发生矿井灾变时，假设灾变风道D_z＝{e_39-40}，人员所在风道E_r＝{e_43-44}。即，灾变风道D_z为：节点39指向节点40的风道；人员所在风道E_r为：节点43指向节点44的风道。

步骤3，对矿井通风系统进行风网分风实时解算，求出每条风道的风道状态；其中，所述风道状态包括风门开关状态、风流方向、风阻、风量和风压；其中，风流方向为：如果风道风量大于零，则风流从风道始点流向终点；否则，风流从风道终点流向始点。结果见表1。

表1分风解算结果

步骤4，按照风道风流方向，从D_z出发找出受灾变风流影响的风道，形成灾变影响风道集E_z，经系统计算得到。

E_z＝{e_39-40,e_40-43,e_43-44,e_40-41,e_41-42,e_42-43,e_44-34,e_34-36,e_36-37}。

步骤5，计算得到人员所在风道E_r＝{e_43-44}沿着风流的反方向到进风井口的最短撤离路线，形成撤离路线风道集P_r；

P_r＝{e_2-675,e_675-682,e_682-4,e_4-5,e_5-6,e_6-8,e_8-40,e_40-43}。

其中，在计算撤离路线长度时，取灾变影响风道的长度为实际长度的10倍长。

步骤6，计算人员所在风道集E_r和灾变影响风道集E_z的交集E_z∩E_r，E_z∩E_r＝{e_43-44}。

步骤7，由于

代表灾变风流对人员所在风道产生影响，此时，需要对灾变风流的风流方向进行调节，执行步骤8；

步骤8，在矿井通风系统中，不考虑风道当前风向，以灾变风道D_z为起点，判断能否寻找到一条灾变风道D_z到某个回风井的短路通路P_z，该短路通路P_z能够将灾变风流导入回风井，同时使短路通路P_z不通过撤离路线风道集P_r，同时使需要改变风道方向的风道数量最少；

经计算，可以找到短路通路P_z：

P_z＝{-e_39-40,-e_12-39,e_12-33,e_33-34,e_34-36,e_36-37}。

其中，e前面的“-”表示与原风道方向相反。

步骤9，由于步骤8中的P_z存在，用智能决策算法求出相关风道风门开关状态并实施风门的开关调节，方法如下：

1)由于考虑到P_z中前2条风道e_39-40及e_12-39风流反向后，灾变影响风道与人员撤离风道不会有交集，所以只需考虑使风道e_39-40及e_12-39风流反向即可。

2)按照风道e_39-40及e_12-39风流反向的要求，用灵敏度计算出各风道的风阻影响指数，风阻影响指数绝对值为2的风道如表2所示。

表2风阻影响指数

影响指数为正时，表示打开该风道的风门时，风道e_39-40及e_12-39的风量将减少或反向；影响指数为负时，表示关闭该风道的风门时，风道e_39-40及e_12-39的风量将减少或反向。

3)根据用风风道所在位置，利用图1中的拓扑关系，计算出每条风道的需风量影响指数，即各风道风阻的变化影响到几条用风风道的风量，需风影响指数大于2的风道见表3。

表3需风影响指数

始点号	终点号	需风影响指数	始点号	终点号	需风影响指数
						36	37	11	72	73	-4
34	36	10	51	94	-5
						722	33	6	94	93	-5
33	34	6	4	70	-5
						31	722	5	10	11	-6
694	92	5	11	12	-6
						91	694	4	9	10	-7
80	91	4	8	9	-8
						89	80	4	5	6	-8
69	29	3	6	8	-8
						29	30	3	51	8	-8
50	31	3	15	51	-9
						30	50	3	1	3	-9
14	721	-3	3	15	-9
						70	72	-4	4	5	-9
12	14	-4	682	4	-14
						93	14	-4	2	675	-15
			675	682	-15

将表2中属于表3的风道去掉，可得到使风道e_39-40及e_12-39的风量将减少或反向的风门开关方案：

需要打开风门的风道为：e_100-59,e_59-60,e_8-40,e_85-705,e_719-98,e_98-69,e_705-89。

需要关闭风门的风道为：e_43-44,e_41-42,e_40-41。

实际通风系统中，由于风道e_100-59,e_59-60,e_8-40,e_85-705,e_719-98,e_98-69,e_705-89中的风门本来就没有关或者没有安装风门，因此不必打开。

而风道e_41-42中没有安装有风门，因此，只需关闭风道e_43-44和e_40-41中的风门即可。

关闭风道e_43-44和e_40-41中的风门后，重新进行分风解算，得到表4。

表4关闭风道e_43-44和e_40-41中的风门后的解算结果

4)重新计算灾变影响风道集和躲过灾变风流影响风道的撤离路线风道集P’_r。灾变风流影响风道集：

E’_z＝{e_12-39,e_39-40,e_12-14,e_700-22,e_17-700,e_22-718,e_718-66,e_66-68,e_718-719,e_700-30,e_14-722,e_12-33,e_719-98,e_98-69,e_69-29,e_29-30,e_50-31,e_30-50,e_31-722,e_722-33,e_33-34,e_34-36,e_36-37,e_68-69,e_16-31,e_721-31,e_16-17,e_721-16,e_14-721,e_12-33}。

撤离路线风道集：

P’_r＝{e_{2_675},e_{675_682},e_682-4,e_4-5,e_5-6,e_6-8,e_8-40,e_40-43}。

由此可知，通过部分风门开关调节后的分风解算结果，可使得灾变风流沿短路通路P_z导入到回风井，重新计算灾变风流影响风道集E’_z和每个人员所在地点的撤离路线风道集P’_r，得到

即人员避灾线路和灾变影响风道不存在交集，已互不影响，人流和风流的决策方案可行。

如果进一步优化通风系统，可按照通过灾变地点的风量最小、动力消耗最小且满足其它用风点需风量的原则，利用专利公布号为CN 104948215 A提供的方法进行调节优化即可。

对于该实例，通过步骤1至步骤9的局部反风和控制决策已经求出灾变风流人流的决策方案，因此，不需要执行步骤10和步骤11。

本发明提供的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，采用人员撤离路线、灾变风流流动线路和通风调控设施交替优化方法，能够自动给出人员撤离路线和风流风向的风门开关控制方案，使得人员撤离路线最大限度地避开灾变风流的流动线路，也使得灾变风流快速地导入回风井，从而使灾变风流最大限度地降低对正常工作地点和人员所在地点的影响；进一步的，可进一步优化通风系统，按照通过灾变地点的风量最小、动力消耗最小且满足其它用风点需风量的原则进行风窗调节优化。

该发明专利提出的思想、方法和系统较完整地解决了矿井灾变时期人员撤离路线和灾变风流流动路线冲突时的智能决策问题，为实现矿井灾变时期风流人流协同调控和矿井对灾变的快速响应提供了一个有效的解决方案，其思想、方法和方案的任何局部调整和修改都属于本专利的保护范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立矿井通风系统的网络拓扑结构图；所述网络拓扑结构图中具有由多个节点形成的节点集、由多条风道形成的风道集、由多个进风井口形成的进风井口集和由多个回风井口形成的回风井口集；

步骤2，当发生矿井灾变时，获取灾变风道D_z和人员所在风道集E_r；

步骤3，对矿井通风系统进行风网实时解算，求出每条风道的风道状态；其中，所述风道状态包括风门开关状态、风流方向、风阻、风量和风压；

步骤4，按照风道风流方向，查找到受灾变风道D_z的灾变风流影响的风道，形成灾变影响风道集E_z；

步骤5，计算得到每个人员所在地点的最短撤离路线，最短撤离路线通过的所有风道形成撤离路线风道集P_r；其中，撤离路线风道集P_r中包括人员所在风道集E_r；

所述步骤5具体为：

步骤5.1，在网络拓扑结构图中，对于风道集中任意风道v，采用以下方法，得到风道计算长度L₀：对于风道集中任意风道v，具有风道实际长度L₁；如果风道为不能行人的井巷，则将风道计算长度L₀设置为L₀＝αL₁；其中，α为不能行人风道长度放大倍数；如果风道为能够行人的风道，但该风道属于灾变影响风道集E_z，则将风道计算长度L₀设置为L₀＝βL₁；其中，β为能行人但受灾变影响风道长度放大倍数；如果风道为能够行人的风道，并且，该风道不属于灾变影响风道集E_z，则风道计算长度L₀等于风道实际长度L₁；

步骤5.2，在从人员所在风道到进风井口V_j的各条可行人路径中，计算每条路径通过的风道的风道计算长度L₀的和，作为路径长度；比较各条路径的路径长度，路径长度最短值对应的路径，即为最短撤离路线；

步骤6，计算人员所在风道集E_r和灾变影响风道集E_z的交集E_z∩E_r；以及撤离路线风道集Pr和灾变影响风道集E_z的交集E_z∩P_r；如果

并且，

代表灾变风流没有通过人员撤离路线风道，因此，不需要对灾变风流的风流方向进行调节，此时步骤5得到的撤离路线风道集P_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；如果

或

则执行步骤7；

步骤7，当

或

时，代表灾变风流对人员撤离路线产生影响，此时，需要对灾变风流的风流方向进行调节，执行步骤8；

步骤8，在矿井通风系统中，不考虑风道当前风向，以灾变风道D_z为起点，判断能否寻找到一条灾变风道D_z到某个回风井的短路通路P_z1，该短路通路P_z1能够将灾变风流导入回风井，同时使短路通路P_z1不通过撤离路线风道集P_r，同时使需要改变风道方向的风道数量最少；如果能够找到不考虑风道当前风向的短路通路P_z1，则执行步骤9；如果不能够找到不考虑风道当前风向的短路通路P_z1，则执行步骤10；

步骤9，局部反风解算：保持当前进风井和回风井的作用不变，采用局部反风解算算法，对矿井通风系统中风道风门的开关状态进行调节，直到寻找到局部反风解算后的短路通路P_z2；然后，在当前矿井通风系统状态下，重新执行步骤3-步骤5，计算得到新的灾变影响风道集E’_z和新的撤离路线风道集P’_r；如果

并且，

代表灾变风流对人员撤离路线风道不产生影响，则此时得到的新的撤离路线风道集P’_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；如果

或

则执行步骤10；

所述步骤9具体为：

步骤9.1，设矿井通风系统中，共包括n个风道，分别为：风道V₁，V₂，...，V_n；设撤离路线风道集P_r中，共有m个风道需要反向，形成反向风道集；

步骤9.2，设矿井通风系统中，共包括n个风道，因此，除去反向风道后，剩余n-m个风道；

步骤9.3，对于n-m个风道，计算每个风道的风阻影响指数，计算方法为：对于n-m个风道中的每个风道，当打开该风道的风门时，如果使反向风道集中部分或全部反向风道的风量减少或反向，则该风道的风阻影响指数为正数，其风道的风阻影响指数的绝对值，等于影响到的反向风道的数量；当关闭该风道的风门时，如果使反向风道集中部分或全部反向风道的风量减少或反向，则该风道的风阻影响指数为负数，其风道的风阻影响指数的绝对值，等于影响到的反向风道的数量；

步骤9.4，对于n-m个风道中的每个风道，计算出每条风道的需风影响指数；所述需风影响指数，指由于各风道的风阻变化影响到风量的用风风道的数量；

步骤9.5，对于n-m个风道中的每个风道，按以下规则筛选出需要控制的风道：如果其风阻影响指数的绝对值等于m，并且，其需风影响指数小于设定阈值，则该风道为筛选出的需要控制的风道；

步骤9.6，对步骤9.5筛选出的需要控制的风道的风门开关状态进行控制，控制方法为：如果该需要控制的风道，已安装风门，如果其风阻影响指数为正数，使其为打开状态；如果其风阻影响指数为负数，使其为关闭状态；

步骤10，全局反风解算：将当前进风井改为回风井，将当前回风井改为进风井，采用全局反风解算算法，对矿井通风系统中风道风门的开关状态进行调节，直到寻找到全局反风解算后的短路通路P_z3；然后，在当前矿井通风系统状态下，重新执行步骤3-步骤5，计算得到新的灾变影响风道集E”_z和新的撤离路线风道集P”_r；如果

并且，

代表灾变风流对人员撤离路线风道不产生影响，则此时得到的新的撤离路线风道集P”_r，即为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程；如果

或

则执行步骤11；

步骤11，计算步骤9得到的新的撤离路线风道集P’_r与新的灾变影响风道集E’_z的交集，得到新的撤离路线风道集P’_r中，受新的灾变影响风道集E’_z影响的风道数量N1；计算步骤10得到的新的撤离路线风道集P”_r与新的灾变影响风道集E”_z的交集，得到新的撤离路线风道集P”_r中，受新的灾变影响风道集E”_z影响的风道数量N2；选取风道数量N1和风道数量N2中的最小者对应的新的撤离路线风道集，作为最终得到的人员撤离路线，结束风流人流协同调控过程。

2.根据权利要求1所述的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，其特征在于，步骤4具体为：以灾变风道D_z为起始风道，按照风道风流方向，逐级寻找与灾变风道D_z连通的下游风道，直到到达某个回风井口V_h，从灾变风道D_z到回风井口V_h的通风路径中，通过的所有风道形成灾变影响风道集E_z。

3.根据权利要求1所述的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，其特征在于，步骤5具体为：对于每个人员所在风道，以该人员所在风道为起始风道，按照风道风流逆向方向，逐级寻找与该人员所在风道连通，并且能够行人的下游风道，直到到达某个进风井口V_j，在从人员所在风道到进风井口V_j的各条可行人路径中，最短路径即为最短撤离路线。

4.根据权利要求1所述的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，其特征在于，α为100000；β为2～10。

5.根据权利要求1所述的一种矿井灾变时期风流人流协同调控方法，其特征在于，步骤6中，当

并且，

时，在最终得到的人员撤离路线的步骤后，按灾变地点的风量最小、动力消耗最小且满足其它用风点需风量的原则，优化调风控风方案，控制风门和风窗状态。

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