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1、 甘肃煤炭工业学校毕业论文煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制专业名称：信息与计算科学班 级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 年5月 摘 要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。我们发现，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。本文求出总回风巷的瓦斯绝对涌出量和瓦斯相对涌出量，与所给标准进行比较，鉴别出该矿属于“高瓦斯
2、矿井”。根据附表2中的监测数据统计各工作面和各巷道瓦斯浓度超标次数，作为出现不安全事件的频数，该频数与总监测次数之比作为出现不安全事件的程度，该煤矿不安全的程度为：。根据附图1，结合附表2的监测数据，按照煤矿开采的实际情况以及煤矿安全规程的实际要求，综合运用拟合、插值等方法解此非线性有约束极小问题，求出了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。关键词 瓦斯；通风量；拟合；非线性有约束极小问题ABSTRACTThe coal mine safety production is one of the focus that concerned by th
3、e public, especially under the background that the world is in short of energy and the demand of the coal is increasing continuously, the coal mine safety production is worthy of our better concern, and this is also contributed to build a safe and harmonious society. We find that most accidents shou
4、ld be due to the fire damp explosion or grime explosion, while the gas is unavoidable during the coal mine production. Therefore, the gas and the grime in the coal mine is very dangerous to the safety production, how to detect and control the gas and the grime is the key to make sure of the coal min
5、e safety production.This paper figure out the absolute firedamp(QCH4)and the opposite firedamp(qCH4)in the wind circle lane, and then compare the result with the standard data, then confirm its a high gas well .According to the monitor data in table 2,stat the times that gas density exceeded normal
6、in each work department and each lane, and this can be seen as the frequency in which the insecurity affairs appeared, the ratio of the frequency and the total monitor times should be the insecurity degree, the insecurity degree of the coal mine is .According to both the actual instance of the coal
7、mine production and the Coal Mine Safety Production Regulations, use the method of interpolation and fitting to resolve this problem. We get the total ventilation of the coal mine and the sums of the ventilation about the two work departments need.Keywords gas; ventilation; fitting; nonlinear constr
8、ained optimization目 录一、问题重述1二、模型假设2三、模型的建立与求解2（一）鉴别该煤矿类型3（二）判断该煤矿不安全程度31.由瓦斯引发爆炸事故的可能性32.由煤尘引发爆炸事故的可能性3（三）确定该煤矿所需要的最佳通风量4四、模型的优化与改进9附录11参考文献16煤矿瓦斯与煤尘的监测与控制一、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
9、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。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。具体内容见煤矿安全规程的第二章和第三章。附图1是有两个采煤工作面和一个掘进
10、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：（一）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”。（二）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？（三）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
11、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（一）采煤工作面：矿井中进行开采的煤壁(采煤现场)。（二）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。（三）掘进工作面：掘进巷尽头的开掘现场。（四）新鲜风：不含瓦斯和煤尘等有害物质的风流。（五）乏风：含有一定浓度的瓦斯和煤尘等有害物质的风流。二、模型假设（一）该煤矿瓦斯产生截面为采煤工作面、工作面
12、和掘进工作面，其它截面不产生瓦斯。（二）新鲜气流进入到瓦斯涌出截面时，瓦斯是瞬间释放的，并立刻与气流相混合均匀，新鲜气流随即变成乏气流。（三）井巷不存在漏风现象。三、模型的建立与求解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。我们发现，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。78（一）鉴别该煤矿类型要鉴别该矿是属于“低瓦
13、斯矿井”还是“高瓦斯矿井”，根据煤矿安全规程第一百三十三条的分类标准，矿井相对瓦斯涌出量小于或等于且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于的矿井为低瓦斯矿井；而矿井相对瓦斯涌出量大于或矿井绝对瓦斯涌出量大于的则为高瓦斯矿井。于是只要求出总回风巷的瓦斯绝对涌出量和瓦斯相对涌出量，与所给标准进行比较便可以鉴别该矿类型。12设总回风巷风速为，平均断面积为，平均瓦斯浓度为，则风量为，瓦斯绝对涌出量为。又若煤矿日产量为，则瓦斯相对涌出量为。由附表2数据，求得总回风巷平均风速为，平均断面积为，平均瓦斯浓度为，平均煤矿日产量为，则总风量为，瓦斯绝对涌出量为，瓦斯相对涌出量为。由此可得：，。所以，该矿属于高瓦斯矿井。（
14、二）判断该煤矿不安全程度要判断该煤矿的不安全程度即发生爆炸事故的可能性有多大，主要从以下两方面考虑：1.由瓦斯引发爆炸事故的可能性根据煤矿安全规程第一百六十八条的规定，各工作面和各回风巷的瓦斯浓度均不能超过。根据附表2中的监测数据统计各工作面和各回风巷瓦斯浓度超标次数，为25次，即由瓦斯引起的出现不安全事件的频数为25，该频数与总监测次数（540）之比为。462.由煤尘引发爆炸事故的可能性一般情况下煤尘的爆炸浓度为，而当矿井空气中瓦斯浓度增加时，会使煤尘爆炸下限降低。瓦斯浓度低于时，煤尘爆炸下限浓度见表1：表1 瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系瓦斯浓度(%)00.51.01.52.02.53.03.54煤尘爆炸下限(g/m3)3022.51510.56.54.532.51.5利用表1及Matlab插值，可得瓦斯浓度从0开始每增大0.01所对应的煤尘爆炸下限浓度的值。具体实现过程如下：x=0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4;y=30 22.5 15 10.5 6.5 4.5 3 2.5 1.5;x1=0.13:0.01:1.18;y1=interp1(x,y,x1,spline)3筛选各观测点瓦斯浓度的上限和下限
