一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法及相关装置

本申请涉及矿井安全及路径规划领域，特别是涉及一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法及相关装置。

背景技术：

1、当前矿井突水应急处置与安全管控系统存在多方面缺陷，具体表现为：其一，突水后水流漫延模拟未结合巷道拓扑结构与水力特性，无法精准计算节点淹没时刻、巷道充满时刻，模拟误差大，难以支撑应急决策；其二，传统水流漫延模型仅适用于单突水点、水平巷道场景，对双突水点汇流现象、高低高程差巷道的适应性差，无法覆盖复杂矿井实际工况；其三，逃生路径规划未考虑水流动态漫延特性，未结合巷道水位变化、矿工行进速度与水流方向的关联关系，路径安全性与时效性不足；其四，双突水点场景下，缺乏多源水流汇流的动态模拟方法，无法精准预测汇流后水流漫延速度与淹没范围，导致逃生路径规划滞后；其五，应急决策阶段，无法根据突水后新增突水点的情况，对矿工逃生路径进行实时重规划，易导致矿工被困。上述问题导致矿井突水后应急处置不及时、逃生路径不合理，增加矿工伤亡风险，无法满足矿井安全应急管控的实际需求。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法及相关装置，可实现矿井巷道水流漫延过程精准模拟、节点淹没时刻与巷道充满时刻计算，以及突水后矿工动态最优逃生路径规划的一体化方法，适配不同高程梯度的矿井巷道网络。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、第一方面，本申请提供了一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法，包括：

4、基于矿井巷道网络数据，构建矿井巷道网络的有向图结构，并初始化矿井巷道基础参数。

5、根据矿井巷道基础参数，确定矿井巷道网络中的水力半径、水力坡度和巷道长度。

6、根据矿井巷道网络中的水力半径、水力坡度和巷道长度，基于水头推进速度计算公式，确定水流漫延时空分布数据；所述水流漫延时空分布数据包括水流在水头通过巷道的时间、端点水流到达时刻以及巷道充满水时刻。

7、根据水流漫延时空分布数据、安全水位阈值、水流方向和矿工行进速度，基于巷道水位函数模型，确定矿工起始位置到安全出口的最优逃生路径及对应的逃生时间。

8、第二方面，本申请提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以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计算机程序以实现上述中任一项所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法的步骤。

9、第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法的步骤。

10、第四方面，本申请提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法的步骤。

11、根据本申请提供的具体实施例，本申请具有以下技术效果：

12、本申请提供了一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法及相关装置，该方法，解决了矿井突水事故发生时水流漫延过程难以精确模拟以及矿工逃生路径无法动态规划的问题，实现了对突水水流时空分布的精准预测和矿工最优逃生路径的实时规划。其中，基于矿井巷道网络数据构建有向图结构并初始化基础参数，解决了矿井巷道复杂网络难以数字化、结构化表达的问题，实现了对矿井巷道空间拓扑关系及关键物理属性的精确建模，为后续水流漫延模拟和路径规划提供了基础数据框架；根据矿井巷道基础参数确定水力半径、水力坡度和巷道长度，解决了水流运动计算中关键水力参数获取的问题，实现了对巷道内水流流动特性的基础参数支撑；基于水头推进速度计算公式，利用水力半径、水力坡度和巷道长度确定水流漫延时空分布数据，解决了突水后水流在巷道网络中蔓延过程难以动态追踪和预测的问题，实现了对水流到达各巷道端点时刻、充满各巷道时刻以及水头通过巷道时间的精准量化；根据水流漫延时空分布数据、安全水位阈值、水流方向和矿工行进速度，基于巷道水位函数模型确定最优逃生路径及对应的逃生时间，解决了传统静态逃生路径在突水动态变化环境下失效的问题，实现了考虑水流实时漫延情况的动态逃生路径规划。

1.一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法，其特征在于，根据矿井巷道基础参数，确定矿井巷道网络中的水力半径、水力坡度和巷道长度，具体包括：

3.根据权利要求2所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法，其特征在于，所述水头推进速度计算公式为：

4.根据权利要求3所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法，其特征在于，所述水流漫延时空分布数据中水头通过巷道的时间的计算公式为：

5.根据权利要求4所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法，其特征在于，所述巷道水位函数模型的公式表达式为：

6.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并能够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计算机程序以实现权利要求1-5中任一项所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法。

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的一种矿井突水水流漫延模拟与动态逃生路径规划方法。