【技术实现步骤摘要】
一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法及系统
本专利技术涉及一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法及系统，具体涉及一种能多人互动参与的真实体验煤矿瓦斯爆炸灾害的应急演练方法及系统，属于灾害预防领域。技术背景近几年来，随着我国煤矿安全生产工作的逐步深入，煤矿的整体安全生产水平有了大幅度的提高，煤矿安全生产呈现总体稳定、趋向好转的发展态势。尽管如此，安全生产的形势依然严峻，其中一个重要方面就是与发达国家员工应急培训、应急救援工作水平存在的差距。在《国家安全监管总局关于加快推进国家和区域矿山应急救援队建设的意见》(安监总应急[2012]50号)中提出：创新训练手段和方法。要创新虚拟仿真训练模式，建设与救援队伍职能任务、技术手段和救援环境相匹配的模拟训练系统，提升训练信息化水平，具备在虚拟环境中进行各种类型灾害救援训练的条件。当前，我国的矿山应急救援培训工作虽然有了一定的基础，但是还没有形成系统的体系，远不能适应我国安全生产工作对矿山应急救援信息化、创新仿真培训演练的需求。据矿山事故分析和权威数据统计，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、冒顶以及由此引发的继发性事故一直是导致煤矿重大人员伤亡、威胁矿工生命的头号杀手。经专家系统分析我国近年来矿难事故后发现，从时间段上确定在瓦斯爆炸事故中死亡人数大多并非发生在矿难的第一时间，而是矿难发生后一段时间内，甚至是一至四天内，仅中毒、窒息、溺水而引发的伤亡就占事故死亡率的90％以上。由于瓦斯爆炸发生地点情况复杂、救援人员能力有限导致救援工作难以在最佳施救时间内开展，使救援工作难以有效实施。如何有效减少井下矿工的等待救援时间，有效提高自主...
【技术保护点】
1.一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：确定矿井现场基本参数；步骤二：对矿井典型高浓度瓦斯区瓦斯爆炸进行数值模拟，并评估爆炸影响区域；步骤三：根据步骤一确定的矿井现场基本参数，建立煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟现实基本场景；根据步骤一确定的矿井现场基本参数，建立爆炸影响区巷道和关键设备的几何模型，利用虚拟现实编辑器建立爆炸影响区巷道和关键设备的三维场景，再依据关键设备在爆炸发生前后的工作、声音等不同状态，利用虚拟现实编辑器对巷道和关键设备运动学、声学和视觉外观特性进行建模，实现建立煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟现实基本场景；步骤四：利用虚拟现实编辑器，对VR技术所要虚拟的爆炸条件进行初始化，并对工人的生存状态和逃生速度初始化；步骤五：煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练与逃生训练；在利用步骤四进行初始化后，逃生训练人员选择不同的工种进入到井下相应的虚拟开采地点，各工作人员根据应急预案的要求进行逃生训练；步骤六：煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练与逃生训练效果评估；在瓦斯浓度达到逃生界限时，开始对每个工人计时，计算工人逃到安全区所用的总时间；根据工人工作奖励分和逃生时间计算总训练成绩，...
【技术特征摘要】
1.一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：确定矿井现场基本参数；步骤二：对矿井典型高浓度瓦斯区瓦斯爆炸进行数值模拟，并评估爆炸影响区域；步骤三：根据步骤一确定的矿井现场基本参数，建立煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟现实基本场景；根据步骤一确定的矿井现场基本参数，建立爆炸影响区巷道和关键设备的几何模型，利用虚拟现实编辑器建立爆炸影响区巷道和关键设备的三维场景，再依据关键设备在爆炸发生前后的工作、声音等不同状态，利用虚拟现实编辑器对巷道和关键设备运动学、声学和视觉外观特性进行建模，实现建立煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟现实基本场景；步骤四：利用虚拟现实编辑器，对VR技术所要虚拟的爆炸条件进行初始化，并对工人的生存状态和逃生速度初始化；步骤五：煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练与逃生训练；在利用步骤四进行初始化后，逃生训练人员选择不同的工种进入到井下相应的虚拟开采地点，各工作人员根据应急预案的要求进行逃生训练；步骤六：煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练与逃生训练效果评估；在瓦斯浓度达到逃生界限时，开始对每个工人计时，计算工人逃到安全区所用的总时间；根据工人工作奖励分和逃生时间计算总训练成绩，评估各工人的应急演练效果。2.如权利要求1所述的一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法，其特征在于：还包括步骤七，利用步骤六所述的效果评估结果产生人员逃生轨迹图和时间图，与最佳逃生路线和时间进行对比，提出改进和优化措施，实现科学有效的训练和培训，在现有救援装备基础上，能够不断提升矿山工作人员的相关救援知识水平和施救能力，提高矿难发生后井下逃生和救援效率，降低损失。3.如权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法，其特征在于：步骤一所述确定矿井现场基本参数包括如下步骤，步骤1.1：现场调研确定矿井井下巷道布置和关键设备，确定巷道尺寸、支护类型、关键设备尺寸、工作条件；步骤1.1所述的支护类型包括棚式支架、石材支护、锚杆支护和喷射混凝土支护；步骤1.1所述的工作条件为，瓦斯浓度小于1％时工作，大于等于1％时停止工作；步骤1.2：现场调研矿确定井巷道瓦斯浓度传感器的尺寸、安装位置和工作条件；步骤1.2所述工作条件为：按照瓦斯浓度的升高速率显示瓦斯浓度值，瓦斯浓度升高到1％后，发出声光报警，瓦斯浓度升高到4％后，瓦斯浓度值维持4％，不再升高；步骤1.3：现场调研确定矿井巷道应急播报系统的尺寸、安装位置和工作条件；步骤1.3所述工作条件为：在瓦斯浓度超过规定值时，显示“瓦斯浓度超限，请逃生”；步骤1.4：现场调研确定矿井压风自救站的尺寸、安装位置；步骤1.5：现场调研确定矿井避难硐室的尺寸、安装位置；步骤1.6：现场调研确定典型高浓度瓦斯区，所述典型高浓度瓦斯区包括掘进工作面掘进头、开采工作面上隅角；通过控制瓦斯超限范围，将高浓度瓦斯区分为低、中、高三个等级；低级：9％高浓度瓦斯充填巷道5m，中级：9％高浓度瓦斯充填巷道10m，高级：9％高浓度瓦斯充填巷道20m。4.如权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法，其特征在于：步骤二具体实现方法为，针对不同地点、不同分布范围的高浓度瓦斯区的瓦斯爆炸进行数值模拟，得出爆炸后产生的CO气体的浓度分布范围，根据CO气体的浓度分布范围，评估爆炸影响区；步骤二所述的爆炸影响区分为致死区、高危区、低危区、健康损伤区和安全区；致死区：CO浓度大于10000ppm，3分钟内死亡，高危区：CO浓度小于10000ppm大于6400ppm，10分钟内死亡，中危区：CO浓度小于6400ppm大于3200ppm，30分钟内死亡，低危区：CO浓度小于3200ppm大于1600ppm，120分钟内死亡，健康损伤区：CO浓度小于1600ppm大于100ppm，长时间有致死危险，安全区：CO浓度小于100ppm。5.如权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法，其特征在于：步骤四具体实现方法为，步骤4.1：利用虚拟现实编辑器对VR技术所要虚拟的爆炸条件进行初始化：主要包括瓦斯超限地点、瓦斯超限范围、瓦斯浓度升高速率、开始爆炸的时间；在不同CO浓度下，工人的生存状态和逃生速度；步骤四所述的瓦斯超限地点包括工作面、掘进头；将高浓度瓦斯区分为低、中、高三个等级，低级：9％高浓度瓦斯充填巷道5m，中级：9％高浓度瓦斯充填巷道10m，高级：9％高浓度瓦斯充填巷道20m；瓦斯浓度升高速率：从0升高到9％，用时0.5小时、1小时、2小时；开始爆炸的时机：瓦斯浓度升高到9％后，延时预设固定时间爆炸，延迟时间选0小时、0.5小时、1小时；步骤4.2：利用虚拟现实编辑器，对VR技术所要虚拟的工人生存状态和逃生速度初始化：致死区：人员立即死亡，能见度1m；高危区：人员在10min内死亡，能见度2m，逃生速度0.5m/s；中危区：人员在30min内死亡，能见度4m，逃生速度1m/s；低危区：人员在120min内死亡，能见度6m，逃生速度1.5m/s；健康损伤区：能见度8m，逃生速度2m/s。6.如权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯爆炸灾害虚拟应急演练方法，其特征在于：步骤五具体实现方法为，步骤5.1：在利用步骤四进行初始化后，逃生训练人员选择不同的工种进入到井下相应的虚拟开采地点，采煤工进入工作面下隅角，掘进工进入掘进头，瓦斯检查工进入工作面上隅角，随身携带自救器；步骤5.2：各工作人员根据应急预案的要求进行应急演练与逃生训练；步骤5.2.1：当瓦斯浓度超限，人员应该电话汇报；步骤5.2.2：当人员听到撤离指令或瓦斯达到一定浓度时，根据矿上的应急救援预案的要，人员开始撤离，此时开始计时；步骤5.2.3：根据步骤四初始化的瓦斯超限地点、时间和爆炸条件判断是否发生瓦斯爆炸，瓦斯爆炸发生时，根据人员对应步骤二所述的爆炸影响区分为致死区、爆炸影响高危区、爆炸影响中危区、爆炸影响低危区、爆炸影响健康损伤区和安全区进行人员伤害预判；步骤5.2.4：瓦斯爆炸发生后，根据人员对应步骤四所在的区域赋予相应工人生存状态和逃生速度限制；人员首选应该佩戴自救器，然后再逃生；自救器的维持时间是30min，要在30min内换新的自救器延长逃生时间，否则，按暴露于有毒空气中计算生存时间，一般在压风自救站中有备用的自救器。人员到达避难硐室或到达安全...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成，邵昊，李涛，韩文虎，杨同会，范灵鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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