基于动态D-K算法的矿井突水应急疏散最优路径研究

    谢彪, 朱登奎, 李柏辰, 雷倩茹, 郁静静, 胡嘉奇, 张兴华

    谢彪,朱登奎,李柏辰,等. 基于动态D-K算法的矿井突水应急疏散最优路径研究[J]. 煤矿安全,2024,55(6):192−199. DOI: 10.13347/j.cnki.mkaq.20231697
    引用本文: 谢彪,朱登奎,李柏辰,等. 基于动态D-K算法的矿井突水应急疏散最优路径研究[J]. 煤矿安全,2024,55(6):192−199. DOI: 10.13347/j.cnki.mkaq.20231697
    XIE Biao, ZHU Dengkui, LI Baichen, et al. Research on optimal emergency evacuation path for mine water inrush based on dynamic D-K algorithm[J]. Safety in Coal Mines, 2024, 55(6): 192−199. DOI: 10.13347/j.cnki.mkaq.20231697
    Citation: XIE Biao, ZHU Dengkui, LI Baichen, et al. Research on optimal emergency evacuation path for mine water inrush based on dynamic D-K algorithm[J]. Safety in Coal Mines, 2024, 55(6): 192−199. DOI: 10.13347/j.cnki.mkaq.20231697

    基于动态D-K算法的矿井突水应急疏散最优路径研究

    基金项目: 山西省重点研发计划资助项目(202102100401008)
    详细信息
      作者简介:

      谢 彪(1995—),男,安徽阜阳人,讲师,博士,从事职业健康安全与灾害应急救援方面的教学和研究工作。E-mail:xiebiao@tyut.edu.cn

      通讯作者:

      张兴华(1969—),男,辽宁岫岩人,教授,博士研究生导师,博士,从事矿山安全工程与灾害防治方面的教学和研究工作。E-mail:zhangxinghuatyut@outlook.com

    • 中图分类号: TD745

    Research on optimal emergency evacuation path for mine water inrush based on dynamic D-K algorithm

    • 摘要:

      矿井水害发生后,选择恰当的应急疏散路径,对于降低矿井人员伤亡和事故等级至关重要。传统的Dijkstra算法不能有效应用于矿井突水的动态环境,只能静态规划出单一的最优逃生路径。为此,提出了1种基于时间当量长度的最优路径分析方法。该方法实现了对传统的Dijkstra算法的动态优化,优化后求解的最优路径随时间、水位高度进行动态变化,并将动态Dijkstra算法与K则最优路径算法相结合,实现对多条最优逃生路径的动态规划。应用表明:优化后的动态D-K算法能够有效适用矿井水害随机性、动态性、复杂性的特点,为受灾人员选择应急逃生路径提供重要的决策支撑。

      Abstract:

      After the occurrence of mine water inrush, choosing the appropriate emergency evacuation path is very important to reduce the casualty and the mine accident level. The traditional Dijkstra algorithm can not be effectively applied to the dynamic environment of mine water inrush. It can only statically plan a single optimal escape path. In view of the limitations of this algorithm, the time equivalent length is introduced to optimize the traditional Dijkstra algorithm to realize the dynamic change of the optimal escape path with time and water level height. Moreover, the optimized Dijkstra algorithm is combined with the K optimal path algorithm to realize the dynamic planning of multiple optimal escape paths. Field application shows that the optimized dynamic D-K algorithm can be effectively applied to mine water inrush with characteristics of randomness, dynamics and complex, which can provide important decision support for affected personnel to choose emergency escape path.

    • 图  1   整体思路框架

      Figure  1.   Overall thinking framework

      图  2   算法流程图

      Figure  2.   Algorithm flow chart

      图  3   矿井部分巷道示意图

      Figure  3.   Part of the mine roadway diagram

      图  4   不同高度人员在不同水高下的逃生速率

      Figure  4.   The escape rate of people at different heights in different water levels

      图  5   不同时刻巷道局部矿井突水扩散情况

      Figure  5.   Water inrush diffusion in local mine at different times

      图  6   t=1 min时的路径规划结果

      Figure  6.   Path planning result at time t=1 min

      图  7   t=15 min时的路径规划结果

      Figure  7.   Path planning result at time t=15 min

      表  1   相关巷道水位上升情况

      Table  1   Water level rise in relevant roadway

      巷道段 巷道当量长度/
      m
      巷端两端高度差/
      m
      水位上升速率/
      (cm·min−1
      节点7→节点1 584 5.31 2.93
      节点7→节点2 287 1.52 1.71
      节点7→节点11 145 0.79 1.75
      节点2→节点17 423 2.16 1.64
      节点1→节点9 608 5.80 3.07
      节点17→节点9 568 5.10 2.89
      节点9→节点3 434 3.50 2.60
      节点2→节点5 697 2.83 1.31
      节点5→节点13 514 3.67 2.30
      节点13→节点10 497 3.24 2.10
      节点9→节点13 615 3.10 1.62
      节点2→节点12 678 2.33 1.11
      节点12→节点6 519 3.52 2.18
      节点12→节点8 760 3.78 1.60
      节点8→节点6 437 4.96 3.66
      节点11→节点15 591 1.35 0.74
      节点15→节点6 638 2.45 1.24
      节点6→节点14 396 1.13 0.92
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      表  2   巷道不同水位下矿工的安全通行系数

      Table  2   Safe passage coefficient of miners under different water levels of roadway

      水位高度/
      m
      巷道安全
      通行系数
      通行状态 危险程度
      0.175 0.9/0.902 8 绿色/绿色 自由通过/自由通过
      0.350 0.8/0.805 6 蓝色/绿色 可通过/自由通过
      0.525 0.7/0.708 3 黄色/蓝色 需要考虑通过/可通过
      0.875 0.5/0.513 9 橙色/黄色 不建议通过/需要考虑通过
      1.225 0.3/0.319 4 红色/橙色 不可通过/不建议通过
      1.575 0.1/0.125 0 深红色/红色 禁止通过/不可通过
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      表  3   相关巷道在t=1/t=15 min时的时间当量长度

      Table  3   Time equivalent length of the relevant roadway at t=1/t=15 min

      巷道 速度/(m·s−1) 时间当量长度/s
      t=1 min t=15 min t=1 min t=15 min
      节点7→节点1 2 1.68 292.0 347.62
      节点7→节点2 2 1.89 143.5 151.85
      节点7→节点11 2 1.89 72.5 76.72
      节点2→节点17 2 1.88 211.5 225.00
      节点1→节点9 2 1.65 304.0 368.48
      节点17→节点9 2 1.69 254.0 300.59
      节点9→节点3 2 1.74 217.0 249.43
      节点2→节点5 2 1.95 348.5 357.44
      节点5→节点13 2 1.76 257.0 292.05
      节点13→节点10 2 1.82 248.5 273.08
      节点9→节点13 2 1.91 307.5 321.99
      节点2→节点12 2 2.00 339.0 339.00
      节点12→节点6 2 1.80 259.5 288.33
      节点12→节点8 2 1.91 380.0 397.91
      节点8→节点6 2 1.56 218.5 280.13
      节点11→节点15 2 2.00 295.5 295.50
      节点15→节点6 2 1.97 319.0 323.86
      节点6→节点14 2 2.00 198.0 198.00
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      表  4   动态D-K算法在不同时间的最优路径比较

      Table  4   Comparison of optimal path search by dynamic D-K algorithm at different times

      时间 序号 逃生路线 路径长度/m 通过时间/s
      t=1 min 1 节点7→节点1→节点9→节点3 1 626 809.00
      2 节点7→节点2→节点17→节点9→节点3 1 712 826.00
      3 节点7→节点11→节点15→节点6→节点14 1 770 885.00
      t=15 min 1 节点7→节点11→节点15→节点6→节点14 1 770 894.08
      2 节点7→节点2→节点17→节点9→节点3 1 712 926.87
      3 节点7→节点1→节点9→节点3 1 626 965.53
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      表  5   传统D-K算法在不同时间的最优路径比较

      Table  5   Comparison of optimal path search by traditional D-K algorithm at different times

      时间 序号 逃生路径 路径长度 /m 通过时间 /s
      t=1 min
      t=15 min
      1 节点7→节点1→节点9→节点3 1 626 809.0
      2 节点7→节点2→节点5→节点13→节点10 1 995 997.5
      3 节点7→节点11→节点15→节点6→节点14 1 770 885.0
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    • 期刊类型引用(1)

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    出版历程
    • 收稿日期:  2023-11-23
    • 修回日期:  2023-12-07
    • 刊出日期:  2024-06-29

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