煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制

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1、煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制黄国权吕丽蓉蒲莲莉（2006年获全国二等奖）摘要：本论文是煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制的优化模型。对于问题（1）利用EXCLE作数据分析，用矿井绝对瓦斯涌出量=风速港道面积瓦斯浓度，相对瓦斯涌出量=日均绝对瓦斯涌出量日产量，通过已给的煤矿类型标准，基于两个量的数值来鉴别该矿是属于“高瓦斯矿井”；对于问题（2）用正态分布函数来建立关于瓦斯浓度的函数，运用极大似然估计方法分别求出六个检测点的与值,再利用MATALAB软件中正态分布函数概率命令求出煤矿的不安全性概率为0.0417；对于问题(3)采用线性规

2、划结合LINGO软件解决了使风量达到最小值和安全性达到最大的权衡优化模型，最后，根据实际对其结果进行分析，是否符合最佳的排风风速，最佳风量，其结果为工作面Ⅰ所需的风量为379.2；工作面Ⅱ所需的风量为504；主巷道所需的风量为101.6780；局部通风机的通风量为303.36，该煤矿所需要的最佳（总）通风量为。关键词：瓦斯涌出量瓦斯浓度最佳风量排风风速一、问题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。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

3、它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

4、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

5、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风。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）。一、符号说明符号文字说明单位风速采煤区的回风巷和掘进巷的断面面积主港道断面面积掘进港道的风筒直径风量风流中的平均瓦斯浓度％绝对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量日产量工作面Ⅰ所

6、需的风量工作面Ⅱ所需的风量主巷道所需的风量局部通风机所需的风量煤矿的总需要的风量矿井内部漏风和调风不均匀等因素的备用风量系数绝对瓦斯涌出量最大值与绝对瓦斯涌出量平均值防止通风机吸循环风的风量系数为1.25一、模型假设（1）采煤工作面进风流气温不变；（2）不存在巷道爆破,爆炸和其他震动冲击使大量煤尘飞扬的情况；（3）巷道的内壁的上下,左右壁分别平行,不存在坑坑洼洼的情况；（4）井下空气中的含氧量为充足；（5）控风门，机械通风机等机器都正常工作；（6）忽略矿井下巷道、机电峒室，经常有滴水、淋水、甚至大量涌水等现象；(7)忽略在

7、开采过程中还存在粉尘、电危害、噪音与振动、机械伤害、物体打击、高处坠落和淹溺等不安全因素；（8）不考虑实现中地面大气压的变化；（9）在开采过程中，一直采用同一种开采形式。二、模型建立：问题（1）我们根据《煤矿安全规程》第一百三十三条的分类标准，引入矿井相对瓦斯涌出量和矿井绝对瓦斯涌出量，并假设一天三班中每班工作8小时。一、绝对瓦斯涌出量：单位时间涌出的瓦斯体积。…………………（1——1）二、相对瓦斯涌出量：平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量。…………………（1——2）根据式子（1——1）与（1——2）我们得到模型一如下；……

8、…………（1——3）：问题（2）根据附表2，可以看出煤尘爆炸的下限浓度远大于空气中煤尘的含量，所以就可以不用考虑煤尘引发爆炸的可能性，只分析六个检测点的瓦斯浓度是否超标，以此来衡量此煤矿的安全性。下面我们以工作面Ⅰ为例，求出工作面Ⅰ中的爆炸概率，依次类推，求出其它检测点的爆炸的概率。根据工作面Ⅰ中瓦斯的