[0001] 本申请涉及矿井水害防治与水灾应急救援技术领域，尤其涉及一种矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验装置及方法。

[0002] 矿井水害是煤炭开采中的主要地质灾害之一，随着矿井采掘强度和深度的不断加大，灾害风险随开采深度增加愈加严重，矿井水害防治形势和应急管理难度逐步升级。同时，应急管理部和国家矿山安全监察局要求矿企应提升应急救援处置能力，优化升级矿井紧急避险与逃生等应急救援队技术装备，应急指挥辅助决策能力和应急救援队伍训练水平应稳步提升。

[0003] 矿井水灾发生后水流蔓延，部分巷道存在积水，人员逃生和开展救援工作时在巷道中涉水有时是不可避免且关键的。因此，研发矿井水灾中或灾后人员涉水逃生物理模拟试验方法及演练实训平台装置是矿井水灾应急工作客观需求的，为矿井水灾中人员逃生应急方案制定等提供良好基础，是建立矿井水害灾情和人员逃生救援之间的一个定量化连接必要方式，无论对实际灾害逃生救援工作，还是日常矿井水害应急演练培训都极具重要实用价值。

[0039] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

[0040] 需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

[0041] 如背景技术部分所述，矿井水害是煤炭开采中的主要地质灾害之一，随着矿井采掘强度和深度的不断加大，灾害风险随开采深度增加愈加严重，矿井水害防治形势和应急管理难度逐步升级。同时，应急管理部和国家矿山安全监察局要求矿企应提升应急救援处置能力，优化升级矿井紧急避险与逃生等应急救援队技术装备，应急指挥辅助决策能力和应急救援队伍训练水平应稳步提升。

[0042] 矿井水灾发生后水流蔓延，部分巷道存在积水，人员逃生和开展救援工作时在巷道中涉水有时是不可避免且关键的。因此，研发矿井水灾中人员涉水逃生物理模拟试验方法及演练实训平台装置是矿井水灾应急工作客观需求的，通过试验装置进行模拟训练，从而确定各项相关数据，并进一步跟各项相关数据可以为矿井水灾中人员逃生应急方案制定等提供良好基础，可以建立矿井水害灾情和人员逃生救援之间的一个定量化关系，定量化关系无论对实际灾害逃生救援工作，还是日常矿井水害应急演练培训都极具重要实用价值。

[0043] 因此，构建矿井水灾中人员涉水逃生物理模拟试验装置是解决矿井水灾人员逃生无法开展试验原位工作的一种重要手段。

[0044] 有鉴于此，本申请实施例提供了一种矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验装置及方法。其中，所述矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验装置，包括：巷道模型17、龙门架提升机6、供水控制循环系统18以及水流冲击力测试模型19；所述模拟用巷道模型17，用于调整巷道尾部高度，从而实现不同巷道坡度的多工况场景的模拟训练；所述试验水流供水控制循环系统18，用于控制试验过程中水流的流量大小；所述水流冲击力测试模型19设置在所述模拟用巷道模型的巷道上，用于测试不同坡度、不同流量时，测试人员承受的冲击力大小。

[0045] 通过本申请的涉水逃生模拟训练试验装置可开展不同水流条件下的人员涉水稳定性试验和涉水能力实训，支撑量化评价巷道坡度、水流参数和人员身体特征对涉水人员稳定性的影响，以提高人员在矿井水害逃生与救援过程中的自我认识涉水危险的能力。通过试验向相关企业和从业人员敲响警钟，提高相关企业和从业人员对潜在危险的敏感度，以减少相关风险带来的伤害。

[0046] 参考图1所示，本申请的所述矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验装置，包括：巷道模型17、龙门架提升机6、供水控制循环系统18以及水流冲击力测试模型19；

[0047] 所述模拟用巷道模型17，用于调整巷道尾部高度，从而实现不同巷道坡度的多工况场景的模拟训练；其中，所述巷道模型17，包括：巷道稳流段2、巷道斜坡测试段3以及巷道近水平测试段4；

[0048] 所述试验水流供水控制循环系统18，用于控制试验过程中水流的流量大小；其中，所述供水控制循环系统，包括：供水箱1、蓄水池5、等宽薄壁量水堰7、循环水池8、连接水管9以及排水管11；

[0049] 所述水流冲击力测试模型19设置在所述模拟用巷道模型上，用于测量不同坡度、不同流量时水流的冲击力大小；其中，所述冲击力测试模型19包括：方钢14、力传感器15以及圆柱体模型16。

[0050] 在一些可选的实施方式中，如图2所示，所述巷道稳流段2、所述巷道斜坡测试段3以及所述巷道近水平测试段4，从所述巷道模型的所述进水端，即巷道17与供水箱1的连接处，到所述排水端，即巷道17与龙门架提升机7的连接处之间依次设置。通过如图3所示的龙门架起重提升机6可以调整与龙门架提升机6相连的巷道模型17的巷道稳流段2和巷道斜坡测试段3的倾斜角度，从而实现对巷道坡度的调整。进而在实际使用过程中实现了，通过调整巷道模型17尾部(即巷道斜坡测试段3的尾端)高度可以实现不同巷道坡度的工况场景，以满足多种坡度工况下开展巷道中人员涉水逃生试验测试。

[0051] 在一些可选的实施方式中，如图3所示，巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3，所述巷道斜坡测试段3与所述巷道近水平测试段4均为可拆卸连接。进一步的，如图3所示，巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3的连接为巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3相近的两边连接；巷道斜坡测试段3与巷道近水平测试段4的连接为，巷道近水平测试段4与巷道斜坡测试段3的坡面连接；其中，巷道近水平测试段4与巷道斜坡测试段3的连接可以是巷道近水平测试段4与巷道斜坡测试段3的坡道的1/3处或1/5处或2/5处连接，均在本申请的保护范围内，具体连接位置根据实际情况进行具体设置，本申请不做具体限定。

[0052] 更进一步的，巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3，巷道斜坡测试段3与巷道近水平测试段4的可拆卸连接可以是通过铰链(也称合页)进行连接，即巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3或巷道斜坡测试段3与巷道近水平测试段4上均安装有一半铰链，通过两部分铰链相互连接，从而实现巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3或巷道斜坡测试段3与巷道近水平测试段4的连接；例如，巷道斜坡测试段3与巷道近水平测试段4可以通过防水胶进行黏贴。可以理解是，根据本申请中公开的通过合页实现可拆卸连接，本领域技术人员可以想到其他可以实现与合页相同效果的连接方式，也均在本申请的保护范围内。

[0053] 在一些可选的实施方式中，巷道近水平测试段4也可以与巷道斜坡测试段3靠近龙门架提升机6的一端(即巷道斜坡测试段3的尾端)连接。

[0054] 在一些可选的实施方式中，巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3也可以是固定连接，即可以将巷道稳流段2与巷道斜坡测试段3进行焊接，实现固定连接的效果。可以理解是，根据本申请中公开的固定连接方式，即焊接，本领域技术人员可以想到其他可以实现与焊接相同效果的连接方式，也均在本申请的保护范围内。

[0055] 在一些可选的实施方式中，巷道模型17两侧的侧壁为透明材料，巷道模型17底板为钢板，如图4所示，所述巷道模型17的侧壁的外侧设置有钢铁护栏格架(即图4中颜色较浅的十字交叉的线)，所述钢铁护栏格架高于所述侧壁。进一步的，巷道模型17左右侧壁外侧使用钢铁做外架固定结构并与巷道底板钢板焊接；为便于观察巷道模型中水流蔓延和人员涉水测试情况，侧壁内侧使用透明有机玻璃板固定在侧壁外架和底板垂直相交的位置，紧贴钢铁外架用防水胶粘贴防漏水。其中，透明侧壁与钢铁护栏格架的高度差为0.2m‑0.3之间，通过将钢铁护栏格架设置为高于透明侧壁，使得人员涉水时随时可抓住以避免发生摔倒危险。

[0056] 需要说明的是，为防止巷道模型在试验过程中漏水，所有连接处缝隙使用防水胶贴合。

[0057] 更进一步的，如图4所示，为保护试验人员的安全，在距离水平稳流段2合适长度的巷道模型17的斜坡测试段3的两个侧壁上方设置一根介于巷道两侧壁的横向安全防护栏10，以备试验人员涉水时随时可抓住以避免发生摔倒危险。同时，安全防护栏10也可用于试验人员固定安全绳，以保证试验人员在试验过程中的安全。

[0058] 在一些可选的实施方式中，巷道模型17中的水平稳流段2的钢板长度设置为0.6‑1.0m，巷道斜坡测试段3的钢板全长度为8.0‑12m，近水平测试段4的钢板长度为3.5‑6.0m。
可以理解是，根据本申请中记载的试验装置，本领域技术人员可以对本申请中的巷道模型
17中的各部分尺寸进行调整，使得尺寸数据与本申请中记载的不同，也均在本申请的保护范围内。

[0059] 在一些可选的实施方式中，如图4中所示，为保障水平稳流段2的安全性，在水平稳流段下方设置了支撑柱13。

[0060] 在一些可选的实施方式中，如图1中所示的巷道模型17在试验过程中，巷道模型的测试段坡度最初可设置为10°斜坡和水平两段组成，即，在巷道模型17中保留巷道稳流段2、巷道斜坡测试段3和巷道近水平测试段4，巷道斜坡测试段3连接巷道近水平测试段4。从而，得到巷道斜坡和水平两个测试段的巷道模型。其中，斜坡坡度调整幅度为介于5‑10°。之后可以通过调整龙门架提升机6降低巷道17底板尾部支撑高度，将巷道斜坡测试段3和巷道近水平测试段4的坡度调整为15°和5°两段组合或者20°和10°两段组合。当然，在巷道模型17中可以只保留巷道稳流段2和巷道斜坡测试段3，即，只有巷道斜坡测试段3，构建单一巷道坡度测试环境并可调整。

[0061] 在一些可选的实施方式中，为进一步保证巷道17底板摩擦和矿井实际情况下地面一致，可以在巷道测试段地面上抹一层水泥面。需要说明的是，本申请中提到的坡度组合只是一个案例说明，根据需求可设置多种不同坡度组合，例如初始设置为15°斜坡和水平两段组成，或者其他坡度组合均在本申请的保护范围。

[0062] 在一些可选的实施方式中，如图1所示，所述供水箱1与巷道模型17，即巷道的所述进水端相连，用于向巷道模型17提供水流；所述循环水池设置在巷道模型17与所述龙门架提升机6相连一端的下方，用于接收从所述供水箱1流出经过所述巷道17后的水流。所述蓄水池5设置在所述龙门架提升机6朝下一端，用于存储经过所述巷道17后从所述排水端流出的水流，并测量经过所述巷道17的水流量；其中，所述蓄水池5两端设置为一端封闭，另一端半开口，半开口一端设置为出水口，出水口一端下方设置有所述循环水池8，所述蓄水池5靠近所述巷道17的所述排水端的一端设置为半喇叭状，并且，设置为半喇叭状的一端连接有等宽薄壁量水堰7，用于对蓄水池5的水量进行测量。需要说明的是，通过将蓄水池5靠近巷道17的排水端的一端设置为半喇叭状可以有效防止从巷道17流出的水因为高度差等原因迸溅出蓄水池5，导致后续水流量测量不准确，进而影响试验结果。

[0063] 在一些可选的实施方式中，将蓄水池5设置为半喇叭状的一端设置为闭口，另一端设置为开口，并在开口处连接等宽薄壁量水堰7，同时，在等宽薄壁量水堰7下设置循环水池8，也可以实现与本试验装置相同的试验效果，也在本申请的保护范围内。可以理解的是，可以实现与本试验装置相同试验效果的其他组合或变形也均在本申请的保护范围。

[0064] 在一些可选的实施方式中，如图1所示，蓄水池5两端设置有挡板，其中，两端挡板高度可调节。具体的，当等宽薄壁量水堰7需要进行蓄水测量时将两端挡板升起，从而进行蓄水和水量测量，当需要将蓄水池5中的水排入等宽薄壁量水堰7，或需要将等宽薄壁量水堰7中的水排入循环水池8时，将两端挡板降下，降至与等宽薄壁量水堰7底部处于同一水平线。

[0065] 在一些可选的实施方式中，所述连接水管9连接所述循环水池8和所述供水箱1，所述连接水管9将所述循环水池8的水输送到所述供水箱1；其中，所述连接水管9中设置有抽水泵，通过所述抽水泵将所述循环水池8中的水输送到所述供水箱1；所述等宽薄壁量水堰7设置在所述蓄水池5的半开口一端，用于测量经过所述巷道17后排入所述蓄水池5的水流量。

[0066] 在一些可选的实施方式中，供水控制循环系统18，还包括有排水管11，所述排水管11设置在所述供水箱1的底部，排水管11中设置有调控阀门，用于通过调整所述调控阀门开度大小，控制从所述供水箱流入所述巷道的水量。具体的，试验记录人员可以读取到供水箱
1的水量，进而通过控制供水箱1的水位，从而控制流向巷道的水流量。例如，试验记录人员想要做试验为：流向巷道的水流量为1吨，但是此时读取到的供水箱1的水量为1.5吨，则，此时可以通过调整调控阀门开度，将多余的0.5吨水排出供水箱1，从而实现对排出水进行定量。

[0067] 进一步的，为了节约水资源，不造成水资源的浪费，如图5所示，本申请中的排水管11与循环水池8相连，从而，将供水箱1排出的多余水量排入循环水池8，以供后续试验用水。

[0068] 在一些可选的实施方式中，为了实现对排出水进行定量，也可以通过在供水箱1与巷道的连接处设置水量控制器或设置有水量控制功能的其他设备的方式实现。

[0069] 在一些可选的实施方式中，为了提高对水资源的利用率，减少资源的浪费，可以通过在如图1中所示的供水箱1下设置钢铁支架，将供水箱1进行抬升到合适高度，则可以将巷道模型与供水箱1的连接处设置在供水箱1的底部，即可以是供水箱1的右下角，则供水箱1的水就可以实现全排出，不会出现还有余量需要通过排水管11排出的情况。当然，排水管11的作用也不仅仅是排供水箱1中多余水量，排水管11可以用于控制供水箱1中整体的水位或水量。

[0070] 在一些可选的实施方式中，如图6所示，所述水流冲击力测试模型19包括：圆柱体形模型16、有力传感器15以及方钢14，有力传感器15均匀设置在圆柱体形模型16上，用于测试不同坡度、不同流量时的冲击力大小。

[0071] 具体的，本申请中水流冲击力测试模型19为为了模拟试验过程中试验人员腿部涉水所提出来的，其中，圆柱体形模型16是为了模拟人腿所提出来的，圆柱体模型直径与人体小腿或小腿尺寸相同，并且，管底面利用有机玻璃板封底以避免水流进入圆柱体模型16影响力学测试。同时，为了真实地模拟实际人腿部受力过程，将力传感器15均安装在玻璃管后面(即圆柱体模型16中代表人腿腿肚的一面)，可以保证圆柱体模型迎流面与水流接触部分光滑平顺。并且，圆柱体模型16的底面与巷道底面相切，在试验测试时留大约5mm左右的间隙，避免受到与巷道底板坡面的摩擦力影响。模拟矿井突水后巷道中涉险人员在水流中身体腿部受到的水流作用力情况，在巷道模型中进行人体腿部概化圆柱体模型所受水平力的测量。可以理解的是，通过圆柱体模型进行力学监测，可开展单个圆柱体模型试验，也可以开展相同上游水位情景下的双圆柱体模型试验。

[0072] 进一步的，如图6所示，多个力传感器15分别安装在柱体模型16背面位置上(即圆柱体模型16中代表人腿腿肚的一面)，位于有机玻璃圆柱体模型16和用于固定的方钢14之间。

[0073] 在一些可选的实施方式中，如图6所示，力传感器15为4个，4个力传感器15在圆柱体模型16上的测点分布分别为：位于人体距离地面的脚踝位置、小腿中间高度位置、膝盖位置、大腿中间高度位置。

[0074] 在一些可选的实施方式中，为了得到更加具体的试验数据，开展进行在不同水流条件下人员涉水行走试验测试，由身着防水服的测试员进入巷道斜坡并系好安全绳；然后，测试员在巷道斜坡上进行行走，并通过排水管道和排水管道调控阀门调整供水箱1中的水位，从而控制进入巷道模型的水量，进而开展不同水流下人员涉水逃生速度测试。当然，对于进入巷道模型的水量控制也可以通过在巷道与供水箱连接处设置控制器的方式实现。

[0075] 进一步的，在试验过程中，测试人员在保证自我安全不失稳摔倒的前提下，以尽可能快速的行走速度在巷道斜坡行进(逆水爬坡、顺水下坡)，试验增大上游进水水位期间，如果测试人员感觉到自己行走困难有可能立即会被冲倒发生危险时，可以随时抓住安全防护栏10或侧壁上的钢铁护栏格架的栏杆并视情况暂停涉水逃生测试。

[0076] 在一些可选的实施方式中，针对不同水位、坡度，在每种上游水位情景下开展逆水爬坡行走和顺水下坡行走试验重复多次，例如，为了得到准确的试验结果，进行20‑30次，或者更多次试验。为进行对照分析规律，每次试验前在试验测试段上开展无水情况的行走速度测试并记录。

[0077] 进一步的，可开展进行在不同水流条件下涉水人员站立稳定性极限试验。上游进水位逐渐稳定增加，使得供水箱中进入巷道模型的流量增大，一旦人员感觉站立困难无逃生行走的可能，即将可能发生失稳摔倒现象时，发出指令，立即停止增加水位。在试验测试期间，如果人员觉得自己可能有被水流冲倒的危险，人员可以随时抓住安全防护栏或侧壁上的栏杆。同时，试验记录人员立即读取此时人员所站前方位置的水流深度和地面等宽薄壁量水堰7的流量数据，进而得到巷道断面上水流的平均流速。

[0078] 从上面所述可以看出，本申请提供的矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验装置及方法，其中，所述矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验装置，包括：巷道模型、龙门架提升机、供水控制循环系统以及水流冲击力测试模型；所述模拟用巷道模型，用于调整巷道尾部高度，从而实现不同巷道坡度的多工况场景的模拟训练；所述试验水流供水控制循环系统，用于控制试验过程中水流的流量大小；所述水流冲击力测试模型设置在所述模拟用巷道模型的巷道上，用于测试不同坡度、不同流量时，测试人员承受的冲击力大小。通过本申请的人员涉水逃生模拟训练试验装置可开展不同水流条件下的人员涉水稳定性试验和涉水能力实训，支撑量化评价巷道坡度、水流参数和人员身体特征对涉水人员稳定性的影响，以提高人员在矿井水害逃生与救援过程中的自我认识涉水危险的能力。通过试验向相关企业和从业人员敲响警钟，提高相关企业和从业人员对潜在危险的敏感度，以减少相关风险带来的伤害。

[0079] 需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

[0080] 需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

[0081] 基于同一发明构思，与上述任意实施例装置相对应的，本申请还提供了一种矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验方法。

[0082] 参考图7，所述矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验方法，包括：

[0083] 步骤702、确定试验需求，根据所述试验需求调整巷道模型中巷道坡度；

[0084] 步骤704、根据所述试验需求确定水流流量；

[0085] 步骤706、获取水流冲击力，根据所述水流流量、所述模型坡度以及所述水流冲击力，确定所述水流流量、所述模型坡度以及所述水流冲击力对涉水站立的影响关系；其中，所述影响关系用于制定训练方案和/或救援方案。

[0086] 为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

[0087] 上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的矿井水灾后涉水逃生模拟训练试验方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

[0088] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

[0089] 另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

[0090] 尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

[0091] 本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。