井下火灾中逃生人员健康度评价模型

摘要：

在井下火灾逃生过程中，矿井人员在有害环境影响下的身体状况对其逃生的成功与否具有决定性作用。提出了井下火灾中逃生人员健康度的概念，综合分析了热辐射、有毒气体、烟尘颗粒及缺氧等危害因素对井下人员健康度的影响。基于模糊综合评价方法，建立了上述危害因素对逃生人员健康度的影响评价模型，并建立了人员在逃生过程中的健康度的动态评价方法。利用火灾模拟软件FDS对井下火灾实例进行了简单模拟，模拟结果验证了该评价方法的实用性和有效性。人员健康度能够对复杂灾害环境中的逃生人员状态进行综合评价，为井下灾害中的逃生路径决策提供量化的标准。

关键词：健康度评价；矿井火灾；逃生与救援；模糊综合评价；FDS模拟

中图分类号：TP399

文献标志码：A

0引言

井下火灾是具有强大破坏力的矿山灾害事故之一。在矿井火灾的逃生过程中，逃生人员受有毒气体、热辐射、烟尘颗粒、缺氧等各种危害因素的影响，其在危害环境影响下的健康状况对逃生的成功与否具有决定性作用。目前国内外关于火灾致命因素的研究主要集中于火灾烟气的成分和毒性的研究，文献[1-3]分析了火灾烟气中的有毒气体成分及浓度。目前已有多种模型来评估烟气毒性危害，包括CO随机模型、FEC（Fractional Effective Concentration）、FED（Fractional Effective Dose）和N气体模型等[4-6]。上述各种评价模型仅从烟气的组分和静态浓度来描述烟气毒性，不能真实反映烟气浓度的时空变化及其给逃生人员的影响。文献[7]基于人员呼吸率、人员逃生路径以及烟气的浓度场分布3个因素建立了动态烟气毒性危害评价模型，但未给出模型中变量和参数的确定方法。目前的研究基本上是将火灾中的各个危害因素分离开来考虑的，尚没有一种统一量化的方法来评价各个因素对逃生人员的综合影响。本文引入“人员健康度”的概念，它表示逃生人员在逃生过程中的健康程度，人员健康度越高，该人员逃生成功的机会就越大。本文综合分析了井下火灾中各种危害因素对逃生人员健康度的影响，利用模糊综合评价方法量化了逃生过程中各种火灾危害因素对人员健康度的影响值，建立了人员健康度的评价模型。该方法可用于评价井下火灾中逃生人员的实时健康度水平，为火灾中的人员逃生与救援提供一个量化的综合参考值。

1人员健康度影响因子分析

火灾中影响逃生人员健康度水平的因素主要有：火焰及烟气的热辐射、烟气中的有毒气体及烟尘颗粒，以及氧气浓度。在井下火灾中，由于火焰分布一般较为集中，事故中由于火焰的燃烧热致死的人数占比较小，因此本文中忽略火焰的热辐射影响。火灾烟气中的有毒气体包括CO、CO2、HCN、NO、HCL、H2S、NH3、HBr、SO2等，在火灾现场中能导致急性毒性反应或致死的有毒气体主要是CO和HCN[8]。HCN气体一般产生于含氮材料的燃烧，井下火灾中生成的HCN气体浓度一般不至于引起重伤和死亡，因此本文主要考虑CO气体的影响。综上所述，本文考虑的井下火灾人员健康度影响因子为：烟气热辐射、CO气体、烟尘颗粒和氧气含量。

4.2原型系统的应用

本文提出的健康度评价方法可用于事故模拟训练系统中。目前的矿山灾难性事故模拟训练系统一般由矿难环境模拟系统和智能控制系统组成[12-13]，矿难环境模拟系统包括产烟控制系统、升温控制系统、火焰控制毒气释放及控制系统等，智能控制系统包括人员定位系统、视频监控系统等[14]。从矿难模拟系统和智能控制系统中可得到各个影响因子的实时值，因此可以利用健康度计算原型系统，对受训的逃生人员进行健康度评价。受训人员选择不同的逃生路径时，其健康度损失值将会根据不同路径上的影响因子的不同情况而变化，因而其健康度也会随之变化。长期训练将有利于加强受训人员对各不利因素的判断，帮助其在实际灾难中作出正确的逃生决策。

此外，在实际矿难中，引入健康度评价体系也能为救援人员的决策提供一个量值的依据。根据各个区域中的逃生人员的健康度情况，可估算各中段的人员伤亡情况，确定对哪些区域进行重点救援，同时也有助于救援人员利用通信设施指导逃生人员选择正确的逃生路线。

5结语

本文研究了井下火灾中影响人员逃生的各个影响因子及其危害，并对逃生人员在逃生过程中的人员健康度评价方法进行了研究。该评价方法具有可扩展性，依照该方法，针对任意类型的井下灾害事故，其人员健康度评价可分为以下四步：1）分析该事故中影响人员逃生的主要影响因子，尤其是致死因素；2）建立影响因子指标体系，分析各个指标的取值范围、不同取值对人员健康的影响以及人员的临界暴露时间；3）利用模糊综合评价方法计算单个时间步长内的健康度影响值；4）根据各时间步长的健康度影响值计算出人员健康度水平随时间的变化情况。

在矿山灾难性事故模拟训练系统中，该方法可用于评价受训人员选择不同逃生路径时的健康度变化情况，从而训练作业人员的逃生意识，提高其选择正确逃生路径的能力；而救援人员也可以根据人员健康度的变化选择合适的救援措施，比如估算各中段的人员伤亡情况、选择通风策略、确定重点救援区域等。进一步的研究工作主要包括两个方面：一是结合具体的矿山实例，将该评价方法应用到具体的矿山模拟仿真系统中；二是对井下其他事故类型中的逃生人员健康度评价进行分析。

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