矿井突水巷道涉水人员稳定性物理模拟试验研究
武强1
姚义2
杜沅泽1
李会平3
赵颖旺1
徐华4
刘守强1
王潇1
1.矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古鄂尔多斯 017001;中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心,北京 100083;矿山水防治与资源化利用国家矿山安全监察局重点实验室,北京 1000832.榆林学院能源工程学院,陕西榆林 719000;中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心,北京 1000833.天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室,天津 3003504.北京石油化工学院信息学院,北京 102617
摘要：考虑矿井水害中多因素影响下涉险人员危险性的科学评价是人员应急疏散救援工作的重要研究内容.目前在水害中涉险人员的危险判断主要依赖经验,带有一定的盲目性,试验研究却鲜有报道.鉴于此,构建矿井突水巷道涉水人员稳定性物理模拟试验模型,开展不同巷道坡度上多种水流条件下圆柱体模型力学监测、人员涉水站立稳定性和涉水行走速度测试研究.通过试验数据分析,提炼矿井水害应急逃生过程中人员涉水稳定性和涉水行走安全速度潜在关系,以揭示矿井突水巷道中人员涉水逃生和巷道坡度、水流等因素的规律.试验研究结果表明:①圆柱体模型力学监测试验中,随着进入巷道模型来流的单宽流量增大,距坡面5 cm高处传感器其60s监测力的时均值和最大值均呈正相关性;其中力学监测值以一个范围"带"的方式出现,在均值水平上下波动变化,服从近似正态或正态分布;而45 cm高处的传感器出现被拉伸状态,表明人体在巷道水流作用下会出现滑移失稳的危险可能;②人体站立稳定性测试中,在涉水逃生中同一水流条件人员不同站立姿态下,涉水稳定性差异明显,表明人体的有效迎流面积大小变化对稳定性影响关键且敏感;③巷道10°、15°和20°斜坡上人员涉水行走试验分析中,人员涉水行走平均速度下降为0.2 m/s左右时,人体涉水站立相当困难,可称其为涉水行走安全速度阈值;同时,提出"上游水位×拟合斜率+无水速度截距"式表征涉水行走安全速度与进水水位之间的线性负相关性,并可拟合确定预测函数;④在巷道斜坡上人员进行逆水上坡行走、顺水下坡行走和无水上坡、无水下坡多种测试,通过数据统计分析揭示人员在巷道斜坡上逆水上坡和顺水下坡与坡度的线性负相关性,提出"坡度×拟合斜率+水平速度截距"式拟合确定具体预测函数.开展矿井水害中巷道上涉水人员稳定性物理模拟试验,揭示人员涉水疏散的稳定性和安全速度阈值潜在规律,以期推动水害智能应急救援的理论优化和定量模型研究发展,为矿井水害智能应急救援系统辅助决策等研究建设提供科学支撑.
关键词：矿井水害涉险人员物理模拟试验涉水稳定性涉水行走安全速度
分类号：TD745(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(42027801)国家自然科学基金(42202283)国家自然科学基金(42202274)
论文发表日期：2025-01-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 13-22 )
英文信息