煤矿及瓦斯的监测与控制.pptVIP

韩中庚 信息工程大学 信息工程学院 煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制 基本内容： 1、问题的提出与背景； 2、判断高瓦斯矿还是低瓦斯矿; 3、判断煤矿不安全的程度; 4、确定最佳通风量和风量控制; 5、问题的评价与存在问题. * * 信息工程大学--- 信息工程学院 煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制 数学建模培训讲座--- 韩 中 庚 Institute of Information Engineering, Information Engineering University 数学建模培训讲座_____ 一、问题的提出与背景 煤矿安全生产是社会重点关注的热点问题之一。 2005年全国煤矿共发生死亡事故3341起，共死亡5986人，其中瓦斯爆炸事故405起，死亡2157人，占总死亡人数的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。 大部分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。 矿井下的瓦斯和煤尘对煤矿的安全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。 一、问题的提出与背景 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。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。 一、问题的提出与背景 （1）根据《煤矿安全规程》第一百三十三条的分类标准 ，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？ 一、问题的提出与背景 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： （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，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150~400 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。 一、问题的提出与背景 返回 按照《规程》要求，当井下瓦斯的相对涌出量不超过10m3/t，且绝对涌出量不超过40m3/min时为低瓦斯矿。当相对涌出时大于10m3/t，或绝对涌出量大于40m3/min时为高瓦斯矿。更严重的称为瓦斯突出矿。 瓦斯绝对涌出量是单位时间涌出的瓦斯的体积，在此用G表示，单位为m3/d，或m3/min。 瓦斯相对涌出量是平均日产1吨煤所涌出的瓦斯量，在此用g表示，单位为m3/t。 二、判别低瓦斯矿还是高瓦斯矿 由题目所给的实际数据，计算可以得到各工作面的瓦斯绝对涌出量和总回风巷的绝对瓦斯涌出量与相对涌出量的具体结果。 瓦斯的绝对涌出量平均值为9.7482 m3/min； 相对涌出量的月平均值为23.1705（10）m3/t。 该煤矿为高瓦斯矿。 低瓦斯矿：相对涌出量≤10m3/t，且绝对涌出量≤40m3/min。 高瓦斯矿：相对涌出量10m3/t，或绝对涌出量40m3/min时为。 该煤矿包含有两个开采工作面、一个掘进工作面、两条回风巷和一条总回风巷，即5个监测点. 每一个地方的出现不安全的情况都会对整个煤矿构成威胁，为此对每个监测点的数据都应考虑。 根据所给出的540组监测数据，既要考虑瓦斯和煤尘浓度单项指标超标的情况，同时还要考虑瓦斯和煤尘的相互作用使得出现不安全的情况。 即随着瓦斯浓度的增高，煤尘爆炸浓度下限急剧下降，使得煤矿不安全的因素增加。 三、统计分析的不安全的程度 研究