基于蚁群算法的矿井火灾救灾最短路径研究

  本文关键词：高层建筑人员疏散的蚁群算法数学模型，由笔耕文化传播整理发布。

基于蚁群算法的矿井火灾救灾最短路径研究

第9期王伟杰：基于蚁群算法的矿井火灾救灾最短路径研究

表2当量长度邻接矩阵

L（Eij）1

2345678

10205329InfInfInfInfInf

22050Inf274InfInfInfInf

3329Inf012573InfInf356

4Inf2741250Inf539InfInf

5InfInf73Inf0InfInf524

6InfInfInf539Inf036Inf

··69

Eij Eij Eij ，巷道各通行难易程度系数为β1 ，，β2 ，

Eij …，βn ，则定义巷道当量长度如下：

Eij Eij Eij Eij Eij +β2 +…+βn 1+β1 L = ·l （2）由此可计算井下各条巷道的当量长度。

设井下受灾人员所在地点到安全地点的某条避灾路径用P表示,且该路径包含n条巷道,救灾路径中的第k条巷道用Ek表示,且Ek∈E，则该路径P可E1,E2,…,Ek,…,En∈描述为:P=∈，且该条救灾路径的当量长度为

Ek Li=ΣL ,Ek∈P

k=1n

7Inf

InfInfInfInf36060

8InfInf356Inf524Inf600

表3最小路径计算表

（3）

最短路径1→21→31→3→41→3→51→3→8→7→61→3→8→71→3→8

路径长度/m

205329454402781745685

2煤矿应用实例

在搜索最短避灾路径的计算程序中，首先对巷

道的通行进行判别，如果某条巷道已有烟流或气温超过允许通行的温度,或当避灾人员通过该高温巷道所需要的时间大于耐受时间,则分别在救灾路线和避灾路线的选择中视该条路线的当量长度为无穷大,即不可通行。对其它可通行巷道,按上述方式计算出当量长度,从而形成巷道当量长度的新数组。

该例选取神东煤炭集团柳塔煤矿的12107工作面附近巷道数据进行救援最短路径设计,为了方便叙述与设计,选取其中8个关键节点之间的巷道分支进行计算。这8个节点之间的距离矩阵如表1所示,如果两节点不直接相连,就把它们之间的距离设为无穷大,用Inf表示。

利用上文提出的计算巷道当量长度的方法，计算得到这10条巷道的通行难易程度系数及当量长度，如表1所示。

表1

巷道E12

E13E24E34E35E38E46E58E67E78

实际长度/m158274274114612743373083030

通行难易程度系数及当量长度

β10.50.40.20.30.10.10.20.10.20.3

β20.40.10.10.20.20.40.30.50.30.2

β30.20.30.20.30.30.50.20.40.50.6

β400.40.500.400.50.400.4

β50.2000.30.20.30.40.30.20.5

当量长度/m205329274125733565395243660

路径，计算如表3所示。

从而得知从起点到其它各节点的最优路径以及路径长度，为矿并火灾救援提供决策支持，指导矿井火灾救援工作。考虑巷道有效宽度、巷道有效高度、巷道坡度、巷道风速、路面湿度和粘度、障碍物、有毒有害气体及高温烟流等因素，引入蚁群算法求解最优路径的运算过程。结合选取节点的坐标，蚁群算法的参数设置同上，基于Matlab软件进行路径优化，得到结果如下：救援的最短路径为2→1→3→5→8→7→6→4，最短救援总路径长度为1.46km。

从而得知从救援起点到其它各节点的最短路径及路径当量长度,以及最短救援总路径长度及搜索遍历各点的顺序，为矿井应急救援中的应用提供辅助决策支持，节约了救援时间，提高了救援效率。

3结语

（1）定义巷道通行难易程度系数，并阐述了其计算方法，基于救援工作的路径选择问题，建立了巷道当量长度体系。

（2）应用于柳塔矿的矿井火灾应急救援设计中，得到始点到各点的最短路径，及遍历各个点的最短路径，为救援最短路径的选择提供理论支撑。参考文献：

[1][2][3][4][5]

王德明，王省身.计算机选择矿井火灾时期最佳避灾路线研究[J].中国矿业大学学报，1994,23（3）:27-28.

陈金国,朱金福.降低矿井灾难程度的危机逃逸路径模型研究[J].人类工效学,2007,13（3）:38-40.

曹树刚，王延钊，卢华玮.高层建筑人员疏散的蚁群算法数学模型[J].重庆大学学报：自然科学版，2007（12）:47-50.段海滨.蚁群算法原理及其应用[M].北京:科学出版社，2005.崔岗,王德明,王省身.矿井火灾时期井巷可通行性及选择最佳救灾与避灾路线的研究[J].煤炭学报，1994（1）:58-64.

（责任编辑

王凤英）

表中，β1，β2，β3，β4，β5分别表示基于巷道有效宽度、巷道有效高度、巷道坡度、巷道风速、路面湿度和

粘度的巷道通行难易程度系数。

从而可得以当量长度为权重的邻接矩阵如表2所示。

将蚁群算法用MATLAB编程实现，即可得到救灾始点到各个可能存在被困人员的巷道节点的最短

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