矿井突水风险、过程与应急的动态可视化仿真技术及系统原型

针对井工煤矿突水事故频发、灾害惨痛这一问题，从矿井突水风险、过程与应急的角度，运用有关计算机及数学算法与仿真技术（主要有模式识别包括粗糙集和支持向量机、层次分析、图论、网络优化、智能搜索算法、智能Agent技术和可视化技术等），综合考虑突水机理、水文地球物理化学信息、围岩属性、开采扰动和井巷网路布置及施工影响因素，重点研究矿井突水事故隐患识别、风险评估与预测预警模型，突水水流下向蔓延、水位上向升涨与救援排水疏干过程（包括突水水流的时空范围及对工作面人员的影响，诸如被困人员的地理位置、空间尺度、存活条件等）的动态仿真及可视化技术，人员撤离与救援路线的优化、动态仿真及可视化技术，建立井下突水事故的风险管理、过程演化和应急救援的动态仿真及可视化系统原型，为消减井下突水及灾害提供多种可能条件下动态应急响应的优化预案和决策支持的技术手段，能够"预演"和"回放"突水事故的潜在状态、发生演化及应对过程。

本项目具体研究内容及主要研究成果包括：.(1) 系统地分析了辨识了地下矿突水事故及灾害的影响因素，利用粗糙集神经网络和支持向量机方法，构建了突水预测模型，提出了基于层次分析的矿井突水风险评价方法。.(2) 构建了矿井突水发生与发展过程的动态可视化仿真模型，包括突水发展过程模型、井巷当量网络模型、突水隐患点源模型及突水影响范围模型，主要是基于广度优先的突水动态演化途径的求解方法和基于突水水源参数（空间位置、水量、水压等）、井巷拓扑关系（空间尺度、导水性能、布局等）和排水能力的突水水流下向漫延、上向升涨和排水疏干的动态规律。.(3) 基于井下人员的初始位置、突水隐患位置、应急设施位置和井巷拓扑关系，设计了加权最短路线算法，并用于解算突水事故预警（发生）时井下人员的应急避灾路线和井上人员应急救灾途径，分析了突水形成的井下封闭空间内的人员存活条件，包括氧气、二氧化碳、气压等对人体健康状况及存活时间的影响。.(4) 将所研究的方法与模型进行了集成实现，建立了地下矿水灾与应急动态可视化仿真系统原型。