煤矿瓦斯和煤尘的监测和控制.doc

煤矿瓦斯和煤尘的监测和控制模型 摘 要 本文是讨论了煤矿安全生产问题，建立相应的数学模型，很好地解决了对瓦斯和煤尘的监测与控制问题。 问题一，本文根据《煤矿安全规程》第一百三十三条的分类标准，建立两个模型：相对瓦斯涌出量模型和绝对瓦斯涌出量模型。然后，利用MATLAB软件编程对模型进行求解，得出相对瓦斯涌出量中有出现大于的值，从而鉴别出该煤矿是属于“高瓦斯矿井”。 问题二，本文为判断该煤矿的不安全程度，先根据附表一中瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系数据，进行拟合，并作相应的拟合检验，得出煤尘爆炸下限浓度关于瓦斯浓度的函数关系式。再根据瓦斯爆炸下限浓度与煤尘的爆炸下限浓度，建立两个不安全指标：瓦斯不安全指标＝瓦斯实际浓度值/瓦斯爆炸下限浓度值；煤尘不安全指标＝煤尘实际浓度值/煤尘爆炸下限浓度值，即得双目标函数。为了求解方便，在此基础上通过线性加权化为单目标函数，作为该煤矿的不安全程度的综合指标。利用MATLAB软件编程对模型求解得出该煤矿的不安全综合指标函数的最大值出现在回风巷Ⅱ中班第14天,值为0.3977，可以看出该煤矿在这三十天是比较安全的。 问题三，本文为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，确定以各监测点的风速为决策变量，根据各采煤区的瓦斯的绝对涌出量和煤尘的绝对涌出量为定值，从而推出各采煤区的瓦斯与煤尘浓度表达式，再以问题二中的不安全综合指标函数为目标函数，建立非线性规划模型求解最小值。利用MATLAB软件编程求解出满足不安全综合指标值最小的各监测点风速，从而计算出最佳通风量。 本模型的稳定性很高，成功地解决了煤矿瓦斯和煤尘的监测和控制问题，并很好地解决了煤矿所需要的最佳通风量，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，得到了较为精确且合理的结果。 关键词:归一化；线性加权；优化模型；煤矿瓦斯；煤尘 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．局部通风机所在的巷道中至少需要有的余裕风量（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。 二、问题的分析 对于问题一，根据《煤矿安全规程》第一百三十三条给出的分类标准，可知：一个矿井中只要有一个煤岩层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井，瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。矿井等级是根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为低瓦