煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制 论文

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1、煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制模型摘要本文讨论的是对煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制问题.针对问题一：首先，根据相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量的计算方法，通过EXCEL计算出总回风巷中的平均相对瓦斯涌出量、平均绝对瓦斯涌出量，分别为、；然后，根据高、低瓦斯矿井的分类标准，得出该矿井为高瓦斯矿井.针对问题二：由于发生爆炸只由瓦斯和煤尘所导致，因此，只要研究瓦斯和煤尘的爆炸可能性，就可以评估整个煤矿各个监测点的不安全程度.本文定义整个煤矿的不安全度为各个监测点中瓦斯浓度的概率密度函数、煤尘浓度的概率密度函数与其相应的不安全程度乘积积分值之和.为此，对各个监测点的瓦斯与煤尘不安全程度按照一定的

2、原则进行权重分配，并根据实际情况进行机理分析，合理的定义了不安全程度与瓦斯和煤尘浓度的函数关系，之后再通过MATLAB做出了各个监测点瓦斯与煤尘的浓度频数分布直方图，找出概率密度函数，通过分析直方图得到简化模型，求出整个煤矿的不安全度为.针对问题三：根据题意，建立了一个以最佳总通风量为目标的优化模型；利用线性拟合，求出各监测点中风速与煤尘浓度、瓦斯浓度关系表达式，并在原来的基础上优化，得到关于煤尘浓度、瓦斯浓度的约束条件；根据附件中的表2的信息，可以得到各监测点风速的限制条件；以掘进巷中的局部通风机，其额定风量一般为150-400m3/min、局部通风机所在的巷道中至少需要有1

3、5%的余裕风量（新鲜风）为约束条件；建立一个完整的优化模型，通过Lingo软件求解得：最佳总通风量为：1415.06以及两个采煤工作面所需要的风量分别为：476.14、548.55局部通风机的额定风量为331.8.本文计算出了个监测点的不安全度；同时利用数据拟合，使结果更准确，且本文解决了一类矿井安全问题，给矿井安全提供了一个检测标准.关键词：机理分析；数据拟合；权重分配；不安全度；优化22一、问题的重述煤矿安全生产是我国目前亟待解决的问题之一，做好井下瓦斯和煤尘的监测与控制是实现安全生产的关键环节（见附件1）.瓦斯是一种无毒、无色、无味的可燃气体，其主要成分是甲烷，在矿井中它

4、通常从煤岩裂缝中涌出.瓦斯爆炸需要三个条件：空气中瓦斯达到一定的浓度；足够的氧气；一定温度的引火源.煤尘是在煤炭开采过程中产生的可燃性粉尘.煤尘爆炸必须具备三个条件:煤尘本身具有爆炸性；煤尘悬浮于空气中并达到一定的浓度；存在引爆的高温热源.试验表明，一般情况下煤尘的爆炸浓度是30～2000g/m3，而当矿井空气中瓦斯浓度增加时，会使煤尘爆炸下限降低，结果如附表1所示.国家《煤矿安全规程》给出了煤矿预防瓦斯爆炸的措施和操作规程，以及相应的专业标准(见附件2).规程要求煤矿必须安装完善的通风系统和瓦斯自动监控系统，所有的采煤工作面、掘进面和回风巷都要安装甲烷传感器，每个传感器都与地

5、面控制中心相连，当井下瓦斯浓度超标时，控制中心将自动切断电源，停止采煤作业，人员撤离采煤现场.具体内容见附件2的第二章和第三章.附图1是有两个采煤工作面和一个掘进工作面的矿井通风系统示意图，请你结合附表2的监测数据，按照煤矿开采的实际情况研究下列问题：（1）根据《煤矿安全规程》第一百三十三条的分类标准(见附件2)，鉴别该矿是属于“低瓦斯矿井”还是“高瓦斯矿井”.（2）根据《煤矿安全规程》第一百六十八条的规定，并参照附表1，判断该煤矿不安全的程度（即发生爆炸事故的可能性）有多大？（3）为了保障安全生产，利用两个可控风门调节各采煤工作面的风量，通过一个局部通风机和风筒实现掘进巷的通

6、风（见下面的注）.根据附图1所示各井巷风量的分流情况、对各井巷中风速的要求（见《煤矿安全规程》第一百零一条），以及瓦斯和煤尘等因素的影响，确定该煤矿所需要的最佳（总）通风量，以及两个采煤工作面所需要的风量和局部通风机的额定风量（实际中，井巷可能会出现漏风现象）.注掘进巷需要安装局部通风机，其额定风量一般为m3/min.局部通风机所在的巷道中至少需要有15%的余裕风量（新鲜风）才能保证风在巷道中的正常流动，否则可能会出现负压导致乏风逆流，即局部通风机将乏风吸入并送至掘进工作面.名词解释:（1）采煤工作面：矿井中进行开采的煤壁(采煤现场).（2）掘进巷：用爆破或机械等方法开凿出的地

7、下巷道，用以准备新的采煤区和采煤工作面.（3）掘进工作面：掘进巷尽头的开掘现场.（4）新鲜风：不含瓦斯和煤尘等有害物质的风流.（5）乏风：含有一定浓度的瓦斯和煤尘等有害物质的风流.22二、模型的假设1．假设各工作面能够进行正常工作；2．假设掘进巷需要安装局部通风机，其额定风量一般为；3．假设局部通风机所在的巷道中至少需要有15%的余裕风量（新鲜风）才能保证风在巷道中的正常流动，否则可能会出现负压导致乏风逆流，即局部通风机将乏风吸入并送至掘进工作面；4．假设一般情况下煤尘的爆炸浓度是，而当矿井