煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制大学生数学建模竞赛

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1、煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制摘要探讨煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制问题。根据某煤矿通风系统示意图，对该煤矿一个月内各监测点的监测数据分析，遵守《煤矿安全规程》的规定，用数学建模的思想去鉴别该煤矿的瓦斯等级，判断煤矿不安全的程度的大小，确定该煤矿需要的最佳（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。针对问题1，在对该煤矿瓦斯等级的鉴别过程中，根据《煤矿安全规程》第一百三十三条规定，运用数据的分类取量来建立鉴别高、低瓦斯煤矿的模型，并简单的利用Excel整体数据导入与综合运算等强大功能对监测数据进行数据处理，求出该煤井一个月内的绝对瓦斯涌出量

2、和相对瓦斯涌出量，从而利用模型鉴别出该煤井是属于“高瓦斯矿井”。针对问题2，在判别该煤矿不安全的程度大小的过程中，根据《煤矿安全规程》第一百六十八条的规定，参照瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数，用模型拟合的方法，建立了瓦斯浓度对煤尘下限的影响系数模型，并根据煤尘爆炸下限计算公式求出了各监测点的空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，再根据各监测点的煤尘浓度与该监测点相应的煤尘爆炸下限比较，利用了两种方法同时判别出该煤矿不安全的程度大小为0.0462963。针对问题3，在对该煤矿需要的最佳（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的确定中，根据

3、某煤矿通风系统示意图中井巷风量的分流情况、《煤矿安全规程》第一百零一条对各井巷中风速的要求，结合监测数据，找出各监测点的瓦斯和煤尘、风速和瓦斯以及风速和煤尘之间比例关系，并确定了对最佳风量是由最大安全风量决定的，利用该比例关系结合线性规划的方法，建立求解能保障安全生产的风速的模型，再由求风量公式就能确定出该煤矿需要的最佳（总）通风量为、采煤工作面I所需要的风量为、采煤工作面Ⅱ所需要的风量为和局部通风机的额定风量为。关键词：瓦斯相对涌出量，瓦斯绝对涌出量，模型拟合，线性规划，风量，乏风，最佳通风量，监测与控制，煤尘爆炸下限，最大安全风0问题背景25当前，煤

4、矿的安全生产已成为社会关注的热点问题之一，尤其在能源紧张，对煤的需求量不断增加的情况下，煤矿的安全生产问题更为值得我们关注，同时这也是构建和谐、稳定社会的重要组成部分。据新华社北京2006年2月5日电（记者刘铮）国家安全生产监督管理总局局长李毅中5日表示：今年的安全监管工作重点要在遏制煤矿等重特大事故、深化安全专项整治、探寻实施治本之策、加强企业安全基础工作方面实现新的突破。同时，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，以及相应的标准。规程要求煤矿都必须安装瓦斯自动检控系统和通风系统，瓦斯检控系统要求所有的采煤工作面和回风巷及部分进风

5、巷都要设置安装瓦斯传感器，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，停止采煤工作，人员撤离采煤现场。据不完全统计，2005年全国煤矿发生事故405起，死亡2157人。瓦斯事故死亡人数占全国煤矿事故总死亡人数的36.0%。在58起一次死亡10人以上的特大事故中，瓦斯事故40起，占69%。一次死亡百人以上的事故5起。这些事故所造成的经济损失是重大的，给社会和伤亡人员的家庭所造成影响与损失是无法估量的。我们注意到，大部分煤矿事故的罪魁祸首都是瓦斯或煤尘爆炸，瓦斯在煤矿的开采中是不可避免的。因此，矿井下的瓦斯和煤尘对煤矿的安全

6、生产构成了重大威胁，做好煤矿井下瓦斯和煤尘的监测与控制是保证煤矿安全生产的关键所在。1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（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30～2000

7、g/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。25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：问题1：根

8、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