煤礦瓦斯與煤塵爆炸事故預(yù)測(cè)與控制研究

摘要:煤礦安全生產(chǎn)是我國目前亟待解決的問題之一，做好井下瓦斯和煤塵的監(jiān)測(cè)與控制是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。做好煤礦井下瓦斯和煤塵的監(jiān)測(cè)與控制是保證煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞:瓦斯;煤塵;爆炸事故;濃度

中圖分類號(hào):X9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)13-0362-01

1 判斷煤礦的不安全程度

1.1 由瓦斯引發(fā)爆炸事故的可能性

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百六十八條的規(guī)定，各工作面和各回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛染荒艹^。根據(jù)附表2中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)各工作面和各回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)次數(shù)，為25次，即由瓦斯引起的出現(xiàn)不安全事件的頻數(shù)為25，該頻數(shù)與總監(jiān)測(cè)次數(shù)(540)之比為。

1.2 由煤塵引發(fā)爆炸事故的可能性

一般情況下煤塵的爆炸濃度為，而當(dāng)?shù)V井空氣中瓦斯?jié)舛仍黾訒r(shí)，會(huì)使煤塵爆炸下限降低。瓦斯?jié)舛鹊陀跁r(shí)，煤塵爆炸下限濃度見表1:

利用表1及Matlab插值，可得瓦斯?jié)舛葟?開始每增大0.01所對(duì)應(yīng)的煤塵爆炸下限濃度的值。篩選各觀測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛鹊纳舷藓拖孪蓿貌逯登蟪鱿鄳?yīng)的煤塵爆炸下限濃度，見表2:

對(duì)比表2各觀測(cè)點(diǎn)的煤塵濃度與相應(yīng)的煤塵爆炸下限濃度可得，煤塵濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其爆炸下限濃度，故該礦井的煤塵不會(huì)引發(fā)爆炸事故。

2 確定煤礦所需要的最佳通風(fēng)量

根據(jù)煤礦開采工作中的實(shí)際情況以及《煤礦安全規(guī)程》的實(shí)際要求，確定煤礦所需要的最佳(總)通風(fēng)量，以及兩個(gè)采煤工作面所需要的風(fēng)量和局部通風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量(所謂最佳通風(fēng)量是指在保證各工作面和回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扰c煤塵濃度都不超標(biāo)的情況下，尋求礦井的最小通風(fēng)量，形成一個(gè)優(yōu)化問題，目標(biāo)是總的通風(fēng)量最小)。具體實(shí)現(xiàn)過程如下:

設(shè)為總進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速，為采煤工作面Ⅱ進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速，為通往采煤工作面Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷及掘進(jìn)巷的風(fēng)速，為采煤工作面Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速，為掘進(jìn)巷(的一個(gè)分支)的風(fēng)速，為局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。主巷道斷面大約為，其他各采煤區(qū)的進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷和掘進(jìn)巷的斷面大約為，掘進(jìn)巷道中的風(fēng)筒直徑為。針對(duì)上述變量建立非線性規(guī)劃模型，具體建立過程如下:

(1)設(shè)定函數(shù):要想求出最佳總進(jìn)風(fēng)量，只需要在滿足各項(xiàng)限制條件的前提下，求出總進(jìn)風(fēng)量的最小值即可。

(2)風(fēng)量守恒原則:煤礦利用兩個(gè)可控風(fēng)門調(diào)節(jié)各采煤工作面的風(fēng)量，通過一個(gè)局部通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)巷的通風(fēng)。

(3)局部通風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量范圍:掘進(jìn)巷需要安裝局部通風(fēng)機(jī)，其額定風(fēng)量一般為。由此可得局部通風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速為。

(4)各工作面的瓦斯?jié)舛炔怀^第一問已鑒別出該礦屬于“高瓦斯礦井”，再根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百六十八條的規(guī)定，該礦各礦井的瓦斯體積百分比均應(yīng)小于。設(shè)分別為采煤工作面Ⅱ、采煤工作面Ⅰ和掘進(jìn)工作面的瓦斯絕對(duì)涌出量。

3 優(yōu)化與改進(jìn)

本文運(yùn)用插值、擬合等數(shù)學(xué)方法成功地建立了煤礦瓦斯和煤塵的監(jiān)測(cè)與控制的數(shù)學(xué)模型。該模型可以通過觀測(cè)風(fēng)速的變化，得到煤礦瓦斯和煤塵的濃度變化，從而對(duì)煤礦的安全情況做出合理的監(jiān)控和預(yù)測(cè)，確保煤礦生產(chǎn)的安全進(jìn)行，對(duì)于煤礦的管理工作具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 但由于題中所給數(shù)據(jù)有限，易使模型出現(xiàn)以下缺點(diǎn)

(1)當(dāng)溫度，壓強(qiáng)，含氧量波動(dòng)范圍較大時(shí)，該模型不再適用。導(dǎo)致該模型在更大范圍內(nèi)適用性較差。

(2)在本文建立的模型中風(fēng)速是影響瓦斯和煤塵濃度的主要因素，本文在處理風(fēng)速時(shí)在一定范圍視其為定值，而在實(shí)際生產(chǎn)中風(fēng)速是不斷變化的。

(3)實(shí)際中，井巷可能會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，本文為了便于建模，忽略了這一點(diǎn)。

3.2 模型改進(jìn)

(1)在本文模型的基礎(chǔ)上，建立除瓦斯和煤塵濃度之外的其它因素對(duì)礦井安全影響的模型，實(shí)現(xiàn)煤礦安全綜合分析，從而在實(shí)際生產(chǎn)中具有更強(qiáng)的指導(dǎo)性和預(yù)測(cè)性。

(2)考慮到巷道可能出現(xiàn)漏風(fēng)的情況，實(shí)際通風(fēng)量應(yīng)比模型求出的通風(fēng)量要大，提高安全性。

參考文獻(xiàn)

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