近些年来,矿井水害事故发生率一直居高不下,威胁职工生命安全,也给企业财产带来惨重的代价。为了使井下工作人员在突水时安全逃生,一方面需要系统地研究水流在巷道复杂拓扑结构中的漫延规律,建立相应的仿真模型;另一方面需要根据漫延规律制定相应的避灾路线,以最大程度地保证职工的生命安全,降低给企业带来的损失。为此,本文主要从两个方面,即矿井水害漫延的数值模拟和矿井下避灾路线最短路径问题,开展了相关的研究。具体研究的内容包括:(1)为了对井下水害漫延进行仿真,本文首先对巷道突水的变化过程进行了分析。分析发现,根据突水影响因素在不同时间段对水流速度的影响不同,巷道中水流的漫延过程可分成两个阶段:初期动态变化阶段及动态平衡阶段。初期动态变化阶段存在于突水发生的初期,此阶段的特点是巷道中水流的速度以及水位标高都会动态发生变化。一段时间过后,巷道中的水流会到达动态平衡阶段。动态平衡阶段的特点是巷道水位标高几乎达到动态平衡,突水漫延速度基本上不会随单位时间突水量的变化而发生变化。(2)为了模拟井下水害的漫延情况,本文开展了基于格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)的水害漫延模型构建研究。首先对LBM用于井下水害漫延的可行性进行了分析论证;基于此建立了相应的突水漫延模型。所构建的模型可用于井下几种比较常见的巷道结构:直巷道、“Y”型巷道以及“+”型巷道等。进而针对“Y”型巷道角度不唯一的情况,提出了一种新的耦合边界的方法。通过实验仿真,并与comsol软件的模拟结果对比,验证了本文所构建模型的可行性。(3)针对井下突水漫延趋势分析时最短路径查找问题,本文给出了一种基于离散萤火虫算法的突水漫延最短路径查找方法。该算法通过采用转移概率初始化的方法初始化萤火虫个体,重新定义了萤火虫的空间距离、最大荧光亮度和相对荧光亮度等,使得萤火虫个体的状态可表示一条从起始点到目标点的有效路径。为了增加解的多样性以及防止计算的结果陷入局部最优解,以一定概率对萤火虫代表的路径执行扰动操作。经过多次迭代计算后,可得到所要求解的最短路径。(4)本文提出了一种可用于突水漫延最短路径查找的模拟植物生长算法,该方法用每个生长点来代表一条从起始点到目标点的有效路径。因为采用比例选择策略,所以目标函数值越优的个体越容易被选择优先生长。通过不断选择新基点,然后以这些基点为基础产生新的树枝生长点。以此往复,多次计算后得到的最优解就是所要求的井下最短路径。最后,通过理论上可行性分析以及仿真计算,验证了该方法可以用来求解井下最短路径问题。