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煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制模型
【摘要】如何划分煤矿瓦斯等级、判断煤矿不安全程度和确定煤矿所需要的最佳通风量,对煤矿安全生产具有非常重要的意义。本文通过建立三种不同的模型并通过MATLAB、EXCLE计算分别对矿井分类问题、矿井不安全程度问题和矿井所需最佳通风量问题进行了合理解决。
在问题1中,利用EXCLE作数据分析,根据《煤矿安全规程》第一百三十三条的分类标准鉴别出该矿是属于“高瓦斯矿井”;
在问题2中,我们分三种情况讨论,根据试验表明,一般情况下煤尘的爆炸浓度是得出煤尘单独影响的不安全度为0,再利用matlab对数据进行拟合,求出该矿井瓦斯和煤尘的综合影响的不安全度为0,我们又根据《煤矿安全规程》% 。
在问题3中,首先根据瓦斯浓度、煤尘浓度与风速的关系,找出安全生产前提下采煤工作面实际需要的最小风量。通过简单计算得到,/min。根据各井巷风量的分流情况以及对各井巷中风速的具体要求,建立了煤矿实际所需最佳通风量的单目标最优化模型。得出该矿井局部通风机的额定风量和煤矿所需要的最佳(总)风量分别为150m3/。
最后,通过模型求解和分析知,本文对不同问题的建模方法合理,对煤矿公司等高风险的企业的管理具有较强的借鉴作用。
关键词:matlab 瓦斯含量煤尘浓度爆炸极限
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。
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。
现按照煤矿开采的实际情况考虑下列问题:
问题一: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”。
问题二:根据《煤矿安全规程》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?
问题三:如果为了保障安全生产,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)。
二、问题的背景
煤矿安全生产是目前社会重点关注的热点问题之一,尤其是在能源紧张,对煤碳的需求量不断增加的情况下,煤矿的安全生产问题更是值得我们关注,这也是建设平安和谐社会的重要组成部分。据不完全统计,2005年全国煤矿发生事故405起,死亡2157人。%。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。
模型假设、符号说明、名词解释

,早、中、晚班的采煤速率相同;
,数据是真实可靠的;
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、掘井区域、回风巷区域以及总回风巷区域的瓦斯浓度、煤尘浓度是均匀的;
、中班、晚班的工作时间相同,均为八小时;
,;
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