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1、煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制煤矿瓦斯和煤尘的控制 煤矿瓦斯和煤尘的控制 摘要:瓦斯与煤尘是威胁煤矿安全的两个重要隐患,本文利用通风量对矿井中各处的瓦斯与煤尘浓度进行有效的控制
2、,在保障生产安全的前提下,通过规划模型来寻求最佳通风量.首先利用附表2所给数据,根据总回风巷内的瓦斯浓度与风速的系列数据,计算出矿井相对瓦斯涌出量为23.2和绝对瓦斯涌出量9.7862,依据《煤矿安全规程》判定该矿为高瓦斯矿.其次,依据《煤矿安全规程》及煤尘,瓦斯爆炸的特点及相互影响的关系,判定在附表2所给的90个工作班次中由20个工作班次存在爆炸危险,所以得出结论该矿的爆炸危险可能性为22%.在认真研究瓦斯浓度,煤尘浓度与风速的关系之后,利用线性回归的知识,根据附表2所给的数据,拟和他们之间的关系,从而把矿
3、井中各个不同部分处的瓦斯浓度与煤尘浓度表示成风量的函数,又通过安全生产对瓦斯浓度和煤尘浓度的限制,结合附表1,找到对风量的约束,构造出线性规划模型,进而得到最佳的通风量,最后求得最佳通风量为982.6().本文中我们通过Matlab软件对所给数据进行数据的筛选,拟合和线性的优化设计得到最终的结果. 煤矿在我国是国民经济和社会发展的基础,并在相当长的时间内仍将是我国的主要能源,所以煤矿的安全开采和利用对我国的发展将有重要的意义. 关键词:瓦斯煤尘风速爆炸 问题的重述 煤矿安全生产是我国目前亟待解决的问题
4、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
5、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
6、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
7、部通风机的额定风量(实际中,井巷可能会出现漏风现象). 问题的假设 煤矿24小时工作; 早,中,晚班工作时间相等; 每班次工人开采进度波动不大; 煤层分布均匀; 每个班次的风速,瓦斯浓度,煤层含量是相同的. 6.报警的时候就有爆炸的可能性; 7.风速对生产煤没有影响. 符号的说明 1,:某时段绝对瓦斯涌出量 2,:瓦斯浓度 3,:风速 4,:矿井绝对瓦斯涌出量 5,:矿井相对瓦斯涌出量 6,:矿井截面面积 问题的分析及模型建立与求解 问题一分析与求解: 分析风在矿井中的走向
8、,我们可以发现总回风巷是风的总出口,所以我们可以假设所有的风从总回风巷中出去,而矿井中的瓦斯也都由总回风巷排出矿外,所以我们就以总回风巷每天排出的瓦斯总量作为矿井当天释放瓦斯的总量. 矿井绝对瓦斯涌出量的计算: 针对某天某时段(早,中,晚三班)由以下公式计算绝对瓦斯涌出量. (1) 其中:某时段绝对瓦斯涌出量,:瓦斯浓度,:风速,:矿井截面面积 我们以每天早,中,晚三个时段的绝对瓦斯涌出量
