煤矿瓦斯与煤尘爆炸事故预测与控制研究

煤矿瓦斯与煤尘爆炸事故预测与控制研究

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。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。

标签：瓦斯;煤尘;爆炸事故;浓度

1 判断煤矿的不安全程度

1.1 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。

1.2 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:

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。筛选各观测点瓦斯浓度的上限和下限,利用插值求出相应的煤尘爆炸下限浓度,见表2:

对比表2各观测点的煤尘浓度与相应的煤尘爆炸下限浓度可得,煤尘浓度远远小于其爆炸下限浓度,故该矿井的煤尘不会引发爆炸事故。

2 确定煤矿所需要的最佳通风量

根据煤矿开采工作中的实际情况以及《煤矿安全规程》的实际要求,确定煤矿所需要的最佳(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(所谓最佳通风量是指在保证各工作面和回风巷瓦斯浓度与煤尘浓度都

不超标的情况下,寻求矿井的最小通风量,形成一个优化问题,目标是总的通风量最小)。具体实现过程如下:

设为总进风巷的风速,为采煤工作面Ⅱ进风巷的风速,为通往采煤工作面Ⅰ进风巷及掘进巷的风速,为采煤工作面Ⅰ进风巷的风速,为掘进巷(的一个分支)的风速,为局部通风机的风速。主巷道断面大约为,其他各采煤区的进风巷、回风巷和掘进巷的断面大约为,掘进巷道中的风筒直径为。针对上述变量建立非线性规划模型,具体建立过程如下:

(1)设定函数:要想求出最佳总进风量,只需要在满足各项限制条件的前提下,求出总进风量的最小值即可。

(2)风量守恒原则:煤矿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。

(3)局部通风机的额定风量范围:掘进巷需要安装局部通风机,其额定风量一般为。由此可得局部通风机的额定风速为。

(4)各工作面的瓦斯浓度不超过第一问已鉴别出该矿属于“高瓦斯矿井”,再根据《煤矿安全规程》第一百六十八条的规定,该矿各矿井的瓦斯体积百分比均应小于。设分别为采煤工作面Ⅱ、采煤工作面Ⅰ和掘进工作面的瓦斯绝对涌出量。

3 优化与改进

本文运用插值、拟合等数学方法成功地建立了煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制的数学模型。该模型可以通过观测风速的变化,得到煤矿瓦斯和煤尘的浓度变化,从而对煤矿的安全情况做出合理的监控和预测,确保煤矿生产的安全进行,对于煤矿的管理工作具有重大的现实意义。

3.1 但由于题中所给数据有限,易使模型出现以下缺点

(1)当温度,压强,含氧量波动范围较大时,该模型不再适用。导致该模型在更大范围内适用性较差。

(2)在本文建立的模型中风速是影响瓦斯和煤尘浓度的主要因素,本文在处理风速时在一定范围视其为定值,而在实际生产中风速是不断变化的。

(3)实际中,井巷可能会出现漏风现象,本文为了便于建模,忽略了这一点。

3.2 模型改进

(1)在本文模型的基础上,建立除瓦斯和煤尘浓度之外的其它因素对矿井安全影响的模型,实现煤矿安全综合分析,从而在实际生产中具有更强的指导性和预测性。

(2)考虑到巷道可能出现漏风的情况,实际通风量应比模型求出的通风量要大,提高安全性。

参考文献 [1]

孔令标,侯运炳.基于Arc/Info的矿井风网解算方法研究[J].矿冶工

程,2003,(3).

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黄光球,陆秋琴,郑彦全.基于回路阻力闭合差最优分配的通风网络解算

方法[J].系统工程理论与实践,2006,(10).