CN106703887A - 矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，包括步骤：一、确定继发性瓦斯爆炸位置；二、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的时间，过程如下：201、获取所监测区域的环境参数；202、判断所监测区域是否为发生高浓度瓦斯爆炸的区域；203、高浓度瓦斯爆炸发生的时间及概率估计；204、低浓度瓦斯爆炸发生的时间及概率估计；三、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的时间；四、继发性瓦斯爆炸判定结果显示及实时存储。本发明设计新颖，可以判定热动力灾后救援过程中，煤矿井下发生继发性瓦斯爆炸的时间、概率和位置三个关键指标，可为热动力灾害救援的指挥决策提供理论参考和指导。
Description
技术领域
本发明属于矿井热动力灾害救援技术领域，具体涉及一种矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法。
背景技术
煤矿热动力灾害中矿井火灾和瓦斯爆炸的发生演化机理极其复杂，在救援过程中可能会发生多种继发灾害，如巷道冒顶、高温热害、高浓度烟气、明火火灾、瓦斯煤尘爆炸、风流紊乱、产生大量有毒有害气体、通风系统破坏等。作为矿山救援工作的具体实施者和处在危险的救灾最前线人员，救护队员的个体防护装备通常只能保证其免受有毒有害气体的威胁，而对瓦斯爆炸几乎没有防护能力。在救援过程中，突发的瓦斯爆炸可能会导致进入灾区救援的人员丧生，严重威胁着救援人员的生命安全，影响救援的进展和成败。科学、及时地制定矿井热动力灾害救援指挥决策，对保障救援人员的生命安全具有重要的理论指导意义。然而，现有研究多针对的是原发性瓦斯爆炸的机理和控制技术的研究，针对救援过程中发生瓦斯爆炸的机理和特点研究的相对较少。由于热动力灾变发生后，井下灾区通风往往由于灾害产生的热力和动力效应而呈紊乱状态，灾情极具模糊性和难预测性。热动力灾害救援过程中发生瓦斯爆炸的机制和特点研究进展较慢，难以科学、有效地指导热动力灾害救援的指挥决策工作。因此，现如今缺少一种矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，根据瓦斯爆炸的形成条件以及矿井瓦斯爆炸的特点和规律，并结合矿井热动力灾变特点，可判定继发性瓦斯爆炸的发生时间、概率和位置三个关键指标，对矿井热动力灾害救援的指挥决策具有重要的理论指导意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其设计新颖，可以判定热动力灾后救援过程中，煤矿井下发生继发性瓦斯爆炸的时间、概率和位置三个关键指标，可为热动力灾害救援的指挥决策提供理论参考和指导。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、确定继发性瓦斯爆炸位置：通过在矿井中多个关键位置处分别安装区域监测节点采集对应区域的温度参数并将该区域的温度参数实时传输至安装在监控室内的控制计算机，通过键盘输入模块设置温度参数阈值，采用控制计算机标定达到温度参数阈值的所述关键位置，预判继发性瓦斯爆炸发生的位置；
区域监测节点包括区域控制器以及与所述区域控制器相接的时钟电路和通信模块，区域控制器的输入端接有温度传感器、风速传感器、气体传感器、用于采集所监测区域的瓦斯浓度和瓦斯流量的瓦斯监测仪以及用于采集所监测区域的氧气浓度和氧气流量的氧气监测仪；
步骤二、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的时间，过程如下：
步骤201、获取所监测区域的环境参数：通过风速传感器监测所监测区域的通风状态，通过瓦斯监测仪和氧气监测仪分别监测所监测区域的瓦斯含量和氧气含量；
步骤202、判断所监测区域是否为发生高浓度瓦斯爆炸的区域：通过区域控制器设置监测参数变化时间阈值，根据步骤201中获取的环境参数以及时钟电路记录的环境参数变化时间，判断灾后所监测区域是否为高浓度瓦斯爆炸区域，当瓦斯监测仪和氧气监测仪监测灾后所监测区域瓦斯含量和氧气含量达到瓦斯爆炸极限的时间小于所述监测参数变化时间阈值时，说明所监测区域为发生高浓度瓦斯爆炸区域，执行步骤203；否则，执行步骤204；
步骤203、高浓度瓦斯爆炸发生的时间估计，过程如下：
步骤2031、根据公式求解微分方程，可获取高浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t1和甲烷浓度变化所经历的时间t2，其中，V为高浓度瓦斯爆炸区域体积，q1为流入高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，q2为流出高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，c1为流入高浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度，c2为流入高浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度，c01为初始条件t1＝0时，氧气浓度的初始值，为氧气浓度所要达到的目标值，c02为初始条件t2＝0时，甲烷浓度的初始值，为甲烷浓度所要达到的目标值；
步骤2032、根据公式计算灾后高浓度瓦斯爆炸区域氧气浓度变成12％所经历的时间T1、瓦斯浓度达到爆炸下限5％所经历的时间T21以及瓦斯浓度达到爆炸上限16％所经历的时间T22；
步骤2033、估计高浓度瓦斯爆炸发生的时间：当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T1>T22时，高浓度瓦斯爆炸不发生；当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T21≤T1≤T22时，高浓度瓦斯爆炸发生的时间t满足：T1+t3≤t≤T22+t3，其中，t3为达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间；当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T1<T21时，高浓度瓦斯爆炸发生的时间t满足：T21+t3≤t≤T22+t3；
步骤204、低浓度瓦斯爆炸发生的时间估计，过程如下：
步骤2041、根据公式求解微分方程，可获取低浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t'1和甲烷浓度变化所经历的时间t'2，其中，V'为低浓度瓦斯爆炸区域体积，q'1为流入低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，q'2为流出低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，c'1为流入低浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度，c'2为流入低浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度，c'01为初始条件t'1＝0时，氧气浓度的初始值，c'02为初始条件t'2＝0时，甲烷浓度的初始值；
步骤2042、根据公式计算灾后低浓度瓦斯爆炸区域氧气浓度变成12％所经历的时间T'1、瓦斯浓度达到爆炸下限5％所经历的时间T'21以及瓦斯浓度达到爆炸上限16％所经历的时间T'22；
步骤2043、估计低浓度瓦斯爆炸发生的时间：当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'1>T'22时，低浓度瓦斯爆炸发生的时间t'满足：T'21+t'3≤t'≤T'22+t'3；当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'21≤T'1≤T'22时，低浓度瓦斯爆炸发生的时间t'满足：T'21+t'3≤t'≤T'1+t'3；当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'1<T'21时，低浓度瓦斯爆炸不发生，其中，t'3为达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间；
步骤三、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的概率：根据瓦斯爆炸事故树分析法，瓦斯爆炸的概率P＝P1×P2×P3，其中，P1为灾后所监测区域气体浓度达到瓦斯爆炸极限的概率且P1根据科瓦德爆炸三角形满足：P1＝P1i，i＝1～4且P11＝1>P13>P12>P14＝0，P11为瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度大于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P12为瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P13为瓦斯浓度大于16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P14为瓦斯浓度小于5％时瓦斯爆炸极限的概率，概率P12和概率P13均采用专家评分法估计概率值，P2为灾后所监测区域存在可以引起瓦斯爆炸火源的概率，P3为灾后所监测区域达到瓦斯爆炸极限的气体与火源相遇的概率；
步骤四、继发性瓦斯爆炸判定结果显示及实时存储：通过多个区域监测节点同时监测井下所述关键位置发生继发性瓦斯爆炸的时间及概率，并将对应位置处的判定结果实时传输至控制计算机，通过显示器可实时查看判定结果，通过存储器实时保存判定结果。
上述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤一和步骤四中所述关键位置包括工作面进风巷道、工作面回风巷道、工作面中部、工作面回风隅角、主进风皮带巷道、前一次矿井热动力灾害发生后高温烟流波及区域和靠近带电电器且异常瓦斯涌出波及区域。
上述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤三中概率其中，N为专家人数，p12j为第j位专家给出的瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，δj为p12j对应的权重且p13j为第j位专家给出的瓦斯浓度大于16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，δ'j为p13j对应的权重且
上述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤三中概率其中，概率P21为灾后所监测区域火源为持续性火源的概率且P21＝1，概率P22为灾后所监测区域火源为瞬时性火源的概率且0≤P22≤1。
上述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤三中概率P3＝1。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在矿井中多个关键位置处分别安装区域监测节点，同时监测多个关键位置处发生继发性瓦斯爆炸的时间及概率，控制计算机可同时处理多个区域监测节点采集的数据，实现同时对整个矿井监测的目的，便于推广使用。
2、本发明结合矿井热动力灾害井下灾区环境及瓦斯爆炸的特点，分别提出了高浓度瓦斯爆炸和低浓度瓦斯爆炸发生后，瓦斯爆炸时间范围的判定方法，准确度高。
3、本发明的判定方法可以判定热动力灾后救援过程中，矿井下发生继发性瓦斯爆炸的时间、概率和位置三个关键指标，对保障救援人员生命安全具有重要意义，可行性好，实用性强，推广应用前景好。
综上所述，本发明设计新颖合理，设计新颖，可以判定热动力灾后救援过程中，煤矿井下发生继发性瓦斯爆炸的时间、概率和位置三个关键指标，可为热动力灾害救援的指挥决策提供理论参考和指导。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的继发性瓦斯爆炸判定设备的电路原理框图。。
图2为本发明区域监测节点的电路原理框图。
图3为本发明继发性瓦斯爆炸判定方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—区域监测节点； 1-1—温度传感器； 1-2—风速传感器；
1-3—瓦斯监测仪； 1-4—氧气监测仪； 1-5—时钟电路；
1-6—区域控制器； 1-7—通信模块； 1-8—气体传感器；
2—键盘输入模块； 3—控制计算机； 4—显示器；
5—存储器。
具体实施方式
如图1所示，本发明矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，包括以下步骤：
步骤一、确定继发性瓦斯爆炸位置：通过在矿井中多个关键位置处分别安装区域监测节点1采集对应区域的温度参数并将该区域的温度参数实时传输至安装在监控室内的控制计算机3，通过键盘输入模块2设置温度参数阈值，采用控制计算机3标定达到温度参数阈值的所述关键位置，预判继发性瓦斯爆炸发生的位置；
区域监测节点1包括区域控制器1-6以及与所述区域控制器1-6相接的时钟电路1-5和通信模块1-7，区域控制器1-6的输入端接有温度传感器1-1、风速传感器1-2、气体传感器1-8、用于采集所监测区域的瓦斯浓度和瓦斯流量的瓦斯监测仪1-3以及用于采集所监测区域的氧气浓度和氧气流量的氧气监测仪1-4；
本实施例中，所述关键位置包括工作面进风巷道、工作面回风巷道、工作面中部、工作面回风隅角、主进风皮带巷道、前一次矿井热动力灾害发生后高温烟流波及区域和靠近带电电器且异常瓦斯涌出波及区域。
发生瓦斯爆炸必须有火源存在，因此可以将存在能够引发瓦斯爆炸的火源位置看作再次发生瓦斯爆炸的位置，实际矿井生产中，如果引起前一次矿井热动力灾害的火源是持续火源，那火源肯定存在，且能量足够引发瓦斯爆炸；若前一次矿井热动力灾害的是瞬时火源，那前一次矿井热动力灾害有可能会引燃灾后所监测区致灾点或据灾区中心一定范围内可燃物，而成为瓦斯爆炸的火源；其次，前一次矿井热动力灾害发生后高温烟流波及区域，如灾后所监测区域附近的高冒区、盲巷，若灾后所监测区或与灾后所监测区相连的通风网络中，存在高浓度瓦斯库，灾后所监测区高温烟流蔓延到此类区域时，仍然具有足够的温度，加之高温烟流可能混合新鲜空气，导致此类区域的瓦斯、氧浓度和火源都达到瓦斯爆炸条件，将会引发瓦斯爆炸；另外，在救援过程中如果灾后所监测区有异常的瓦斯涌出，瞬间涌出大量瓦斯，造成灾区气体达到爆炸极限，若这些区域存在带电电器时，就有可能因电气火花而引发瓦斯爆炸，对进入灾后所监测区的救护队员的生命安全造成威胁。
步骤二、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的时间，过程如下：
步骤201、获取所监测区域的环境参数：通过风速传感器1-2监测所监测区域的通风状态，通过瓦斯监测仪1-3和氧气监测仪1-4分别监测所监测区域的瓦斯含量和氧气含量；
需要说明的是，所监测区域为所述关键位置处的任意一处，在任意一处关键位置安装一个区域监测节点1估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的时间及概率，任意一处关键位置估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的时间及概率的方法均相同，控制计算机3可同时监测井下多处关键位置在矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆的判定结果。
步骤202、判断所监测区域是否为发生高浓度瓦斯爆炸的区域：通过区域控制器1-6设置监测参数变化时间阈值，根据步骤201中获取的环境参数以及时钟电路1-5记录的环境参数变化时间，判断灾后所监测区域是否为高浓度瓦斯爆炸区域，当瓦斯监测仪1-3和氧气监测仪1-4监测灾后所监测区域瓦斯含量和氧气含量达到瓦斯爆炸极限的时间小于所述监测参数变化时间阈值时，说明所监测区域为发生高浓度瓦斯爆炸区域，执行步骤203；否则，执行步骤204；
需要说明的是，高浓度瓦斯爆炸是指前一次矿井热动力灾害发生后，所监测区域内的瓦斯浓度和氧气浓度迅速增长，瓦斯浓度和氧气浓度均成递增状态；低浓度瓦斯爆炸是指前一次矿井热动力灾害发生后，所监测区域内的瓦斯浓度极低，低于瓦斯浓度爆炸下限5％，相应的氧气浓度较高，氧气浓度高于12％，瓦斯浓度呈缓慢递增状态，氧气浓度呈缓慢递减状态，可采用风速传感器1-2、温度传感器1-1以及气体传感器1-8采集矿井环境，为判断所监测区域是否为发生高浓度瓦斯爆炸的区域提供参考。
步骤203、高浓度瓦斯爆炸发生的时间估计，过程如下：
步骤2031、根据公式求解微分方程，可获取高浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t1和甲烷浓度变化所经历的时间t2，其中，V为高浓度瓦斯爆炸区域体积，q1为流入高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，q2为流出高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，c1为流入高浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度，c2为流入高浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度，c01为初始条件t1＝0时，氧气浓度的初始值，为氧气浓度所要达到的目标值，c02为初始条件t2＝0时，甲烷浓度的初始值，为甲烷浓度所要达到的目标值；
实际生产中，高浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t1和甲烷浓度变化所经历的时间t2均由所监测区域内区域监测节点1中的时钟电路1-5记录，高浓度瓦斯爆炸区域为所述关键位置处的任意一处，高浓度瓦斯爆炸区域体积V为经验值，流入高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量q1和流出高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量q2均采用气体传感器1-8测得，流入高浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度c1、初始条件t1＝0时的氧气浓度的初始值c01和氧气浓度所要达到的目标值均由氧气监测仪1-4测得，流入高浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度c2、初始条件t2＝0时甲烷浓度的初始值c02和甲烷浓度所要达到的目标值均由甲烷监测仪1-3测得。
步骤2032、根据公式计算灾后高浓度瓦斯爆炸区域氧气浓度变成12％所经历的时间T1、瓦斯浓度达到爆炸下限5％所经历的时间T21以及瓦斯浓度达到爆炸上限16％所经历的时间T22；
步骤2033、估计高浓度瓦斯爆炸发生的时间：当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T1>T22时，高浓度瓦斯爆炸不发生；当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T21≤T1≤T22时，高浓度瓦斯爆炸发生的时间t满足：T1+t3≤t≤T22+t3，其中，t3为达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间；当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T1<T21时，高浓度瓦斯爆炸发生的时间t满足：T21+t3≤t≤T22+t3；
实际生产中，通过该高浓度瓦斯爆炸区域内区域监测节点1中区域控制器1-6设置该高浓度瓦斯爆炸区域的温度传感器1-1温度阈值以及温度变化速率阈值，达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间t3由温度传感器1-1温度数据变化过程中时钟电路1-5的记录时间测得，当该高浓度瓦斯爆炸区域的温度传感器1-1采集的温度数据增长速度慢时，达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间由设置的温度传感器1-1温度阈值决定，达到温度传感器1-1温度阈值时，及时提醒进入灾后所监测区的救护队员注意安全；当该高浓度瓦斯爆炸区域的温度传感器1-1采集的温度数据增长速度较快时，达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间由设置的温度传感器1-1温度变化速率阈值决定，应提醒进入灾后所监测区的救护队员立刻进行隐蔽自救，躲避继发性瓦斯爆炸带来的危害。
步骤204、低浓度瓦斯爆炸发生的时间估计，过程如下：
步骤2041、根据公式求解微分方程，可获取低浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t'1和甲烷浓度变化所经历的时间t'2，其中，V'为低浓度瓦斯爆炸区域体积，q'1为流入低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，q'2为流出低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，c'1为流入低浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度，c'2为流入低浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度，c'01为初始条件t'1＝0时，氧气浓度的初始值，c'02为初始条件t'2＝0时，甲烷浓度的初始值；
实际生产中，低浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t'1和甲烷浓度变化所经历的时间t'2均由所监测区域内区域监测节点1中的时钟电路1-5记录，低浓度瓦斯爆炸区域为所述关键位置处的任意一处，低浓度瓦斯爆炸区域体积V为经验值，流入低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量q'1和流出低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量q'2均采用气体传感器1-8测得，流入低浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度c'1和初始条件t'1＝0时的氧气浓度的初始值c'01均由氧气监测仪1-4测得，流入低浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度c'2和初始条件t'2＝0时甲烷浓度的初始值c'02均由甲烷监测仪1-3测得。
步骤2042、根据公式计算灾后低浓度瓦斯爆炸区域氧气浓度变成12％所经历的时间T'1、瓦斯浓度达到爆炸下限5％所经历的时间T'21以及瓦斯浓度达到爆炸上限16％所经历的时间T'22；
步骤2043、估计低浓度瓦斯爆炸发生的时间：当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'1>T'22时，低浓度瓦斯爆炸发生的时间t'满足：T'21+t'3≤t'≤T'22+t'3；当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'21≤T'1≤T'22时，低浓度瓦斯爆炸发生的时间t'满足：T'21+t'3≤t'≤T'1+t'3；当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'1<T'21时，低浓度瓦斯爆炸不发生，其中，t'3为达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间；
实际生产中，通过该低浓度瓦斯爆炸区域内区域监测节点1中区域控制器1-6设置该低浓度瓦斯爆炸区域的温度传感器1-1温度阈值以及温度变化速率阈值，达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间t'3由温度传感器1-1温度数据变化过程中时钟电路1-5的记录时间测得，当该低浓度瓦斯爆炸区域的温度传感器1-1采集的温度数据增长速度慢时，达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间由设置的温度传感器1-1温度阈值决定，达到温度传感器1-1温度阈值时，及时提醒进入灾后所监测区的救护队员注意安全；当该低浓度瓦斯爆炸区域的温度传感器1-1采集的温度数据增长速度较快时，达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间由设置的温度传感器1-1温度变化速率阈值决定，应提醒进入灾后所监测区的救护队员立刻进行隐蔽自救，躲避继发性瓦斯爆炸带来的危害。
步骤三、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的概率：根据瓦斯爆炸事故树分析法，瓦斯爆炸的概率P＝P1×P2×P3，其中，P1为灾后所监测区域气体浓度达到瓦斯爆炸极限的概率且P1根据科瓦德爆炸三角形满足：P1＝P1i，i＝1～4且P11＝1>P13>P12>P14＝0，P11为瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度大于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P12为瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P13为瓦斯浓度大于16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P14为瓦斯浓度小于5％时瓦斯爆炸极限的概率，概率P12和概率P13均采用专家评分法估计概率值，P2为灾后所监测区域存在可以引起瓦斯爆炸火源的概率，P3为灾后所监测区域达到瓦斯爆炸极限的气体与火源相遇的概率；
本实施例中，步骤三中概率其中，N为专家人数，p12j为第j位专家给出的瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，δj为p12j对应的权重且p13j为第j位专家给出的瓦斯浓度大于16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，δj'为p13j对应的权重且
本实施例中，步骤三中概率其中，概率P21为灾后所监测区域火源为持续性火源的概率且P21＝1，概率P22为灾后所监测区域火源为瞬时性火源的概率且0≤P22≤1。
实际生产中，持续性火源是指第一次引发热动力灾害后，长时间存在并且可以引发瓦斯爆炸所需能量的火源，例如明火火灾等，由这种火源引起的灾害，可认为二次火源存在的概率为1，即概率P21＝1；瞬时性火源是指第一次引发热动力灾害后，瞬间消失的火源，如电火花。
本实施例中，步骤三中概率P3＝1。
实际生产中，由于热动力灾害的复杂性和模糊性，救援人员往往无法准确掌握真实的灾情信息，因此，无法判断可爆炸的混合气体与火源的概率有多大，在实际救援工作中，从最大安全性考虑，我们认为其必然发生，即概率P3＝1，出于对现场救护队员生命安全考虑，为了防止事故的进一步扩大，在救援时，我们一般认为只要灾区气体达到爆炸极限，就一定会发生瓦斯爆炸，即瓦斯爆炸的概率P＝P1。
步骤四、继发性瓦斯爆炸判定结果显示及实时存储：通过多个区域监测节点1同时监测井下所述关键位置发生继发性瓦斯爆炸的时间及概率，并将对应位置处的判定结果实时传输至控制计算机3，通过显示器4可实时查看判定结果，通过存储器5实时保存判定结果。
本实施例中，多个区域监测节点1中的通信模块1-7采用有线或无线的方式与控制计算机3通信，可将井下多处关键位置发生继发性瓦斯爆炸的时间及概率结果上传至计算机3，存储器5实时保存判定结果为热动力灾害救援的指挥决策提供理论参考和指导。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、确定继发性瓦斯爆炸位置：通过在矿井中多个关键位置处分别安装区域监测节点(1)采集对应区域的温度参数并将该区域的温度参数实时传输至安装在监控室内的控制计算机(3)，通过键盘输入模块(2)设置温度参数阈值，采用控制计算机(3)标定达到温度参数阈值的所述关键位置，预判继发性瓦斯爆炸发生的位置；
区域监测节点(1)包括区域控制器(1-6)以及与所述区域控制器(1-6)相接的时钟电路(1-5)和通信模块(1-7)，区域控制器(1-6)的输入端接有温度传感器(1-1)、风速传感器(1-2)、气体传感器(1-8)、用于采集所监测区域的瓦斯浓度和瓦斯流量的瓦斯监测仪(1-3)以及用于采集所监测区域的氧气浓度和氧气流量的氧气监测仪(1-4)；
步骤二、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的时间，过程如下：
步骤201、获取所监测区域的环境参数：通过风速传感器(1-2)监测所监测区域的通风状态，通过瓦斯监测仪(1-3)和氧气监测仪(1-4)分别监测所监测区域的瓦斯含量和氧气含量；
步骤202、判断所监测区域是否为发生高浓度瓦斯爆炸的区域：通过区域控制器(1-6)设置监测参数变化时间阈值，根据步骤201中获取的环境参数以及时钟电路(1-5)记录的环境参数变化时间，判断灾后所监测区域是否为高浓度瓦斯爆炸区域，当瓦斯监测仪(1-3)和氧气监测仪(1-4)监测灾后所监测区域瓦斯含量和氧气含量达到瓦斯爆炸极限的时间小于所述监测参数变化时间阈值时，说明所监测区域为发生高浓度瓦斯爆炸区域，执行步骤203；否则，执行步骤204；
步骤203、高浓度瓦斯爆炸发生的时间估计，过程如下：
步骤2031、根据公式求解微分方程，可获取高浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t1和甲烷浓度变化所经历的时间t2，其中，V为高浓度瓦斯爆炸区域体积，q1为流入高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，q2为流出高浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，c1为流入高浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度，c2为流入高浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度，c01为初始条件t1＝0时，氧气浓度的初始值，为氧气浓度所要达到的目标值，c02为初始条件t2＝0时，甲烷浓度的初始值，为甲烷浓度所要达到的目标值；
步骤2032、根据公式计算灾后高浓度瓦斯爆炸区域氧气浓度变成12％所经历的时间T1、瓦斯浓度达到爆炸下限5％所经历的时间T21以及瓦斯浓度达到爆炸上限16％所经历的时间T22；
步骤2033、估计高浓度瓦斯爆炸发生的时间：当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T1>T22时，高浓度瓦斯爆炸不发生；当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T21≤T1≤T22时，高浓度瓦斯爆炸发生的时间t满足：T1+t3≤t≤T22+t3，其中，t3为达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间；当步骤2032中氧气浓度变成12％所经历的时间T1<T21时，高浓度瓦斯爆炸发生的时间t满足：T21+t3≤t≤T22+t3；
步骤204、低浓度瓦斯爆炸发生的时间估计，过程如下：
步骤2041、根据公式求解微分方程，可获取低浓度瓦斯爆炸区域内氧气浓度变化所经历的时间t'1和甲烷浓度变化所经历的时间t'2，其中，V'为低浓度瓦斯爆炸区域体积，q'1为流入低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，q'2为流出低浓度瓦斯爆炸区域内混合气体的流量，c'1为流入低浓度瓦斯爆炸区域内氧气的浓度，c'2为流入低浓度瓦斯爆炸区域内甲烷的浓度，c'01为初始条件t'1＝0时，氧气浓度的初始值，c'02为初始条件t'2＝0时，甲烷浓度的初始值；
步骤2042、根据公式计算灾后低浓度瓦斯爆炸区域氧气浓度变成12％所经历的时间T'1、瓦斯浓度达到爆炸下限5％所经历的时间T'21以及瓦斯浓度达到爆炸上限16％所经历的时间T'22；
步骤2043、估计低浓度瓦斯爆炸发生的时间：当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'1>T'22时，低浓度瓦斯爆炸发生的时间t'满足：T'21+t'3≤t'≤T'22+t'3；当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'21≤T'1≤T'22时，低浓度瓦斯爆炸发生的时间t'满足：T'21+t'3≤t'≤T'1+t'3；当步骤2042中氧气浓度变成12％所经历的时间T'1<T'21时，低浓度瓦斯爆炸不发生，其中，t'3为达到瓦斯爆炸极限的气体遇到火源的时间；
步骤三、估计所监测区域发生继发性瓦斯爆炸的概率：根据瓦斯爆炸事故树分析法，瓦斯爆炸的概率P＝P1×P2×P3，其中，P1为灾后所监测区域气体浓度达到瓦斯爆炸极限的概率且P1根据科瓦德爆炸三角形满足：P1＝P1i，i＝1～4且P11＝1>P13>P12>P14＝0，P11为瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度大于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P12为瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P13为瓦斯浓度大于16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，P14为瓦斯浓度小于5％时瓦斯爆炸极限的概率，概率P12和概率P13均采用专家评分法估计概率值，P2为灾后所监测区域存在可以引起瓦斯爆炸火源的概率，P3为灾后所监测区域达到瓦斯爆炸极限的气体与火源相遇的概率；
步骤四、继发性瓦斯爆炸判定结果显示及实时存储：通过多个区域监测节点(1)同时监测井下所述关键位置发生继发性瓦斯爆炸的时间及概率，并将对应位置处的判定结果实时传输至控制计算机(3)，通过显示器(4)可实时查看判定结果，通过存储器(5)实时保存判定结果。
2.按照权利要求1所述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤一和步骤四中所述关键位置包括工作面进风巷道、工作面回风巷道、工作面中部、工作面回风隅角、主进风皮带巷道、前一次矿井热动力灾害发生后高温烟流波及区域和靠近带电电器且异常瓦斯涌出波及区域。
3.按照权利要求1所述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤三中概率其中，N为专家人数，p12j为第j位专家给出的瓦斯浓度介于5％～16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，δj为p12j对应的权重且p13j为第j位专家给出的瓦斯浓度大于16％之间且氧气浓度小于12％时瓦斯爆炸极限的概率，δ'j为p13j对应的权重且
4.按照权利要求1所述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤三中概率其中，概率P21为灾后所监测区域火源为持续性火源的概率且P21＝1，概率P22为灾后所监测区域火源为瞬时性火源的概率且0≤P22≤1。
5.按照权利要求1所述的矿井热动力灾害救援过程中继发性瓦斯爆炸判定方法，其特征在于：步骤三中概率P3＝1。
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