煤礦瓦斯和煤塵的監(jiān)測與控制畢業(yè)設計論文(編輯修改稿)
2025-07-25 20:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 限濃度，故該礦井的煤塵不會引發(fā)爆炸事故。綜上所述，該煤礦出現(xiàn)不安全事件的程度（即發(fā)生爆炸事故的可能性）為。（三）確定該煤礦所需要的最佳通風量根據(jù)煤礦開采工作中的實際情況以及《煤礦安全規(guī)程》的實際要求，確定該煤礦所需要的最佳（總）通風量，以及兩個采煤工作面所需要的風量和局部通風機的額定風量（所謂最佳通風量是指在保證各工作面和回風巷瓦斯?jié)舛扰c煤塵濃度都不超標的情況下，尋求礦井的最小通風量，形成一個優(yōu)化問題，目標是總的通風量最?。?。具體實現(xiàn)過程如下：設為總進風巷的風速，為采煤工作面Ⅱ進風巷的風速，為通往采煤工作面Ⅰ進風巷及掘進巷的風速，為采煤工作面Ⅰ進風巷的風速，為掘進巷（的一個分支）的風速，為局部通風機的風速（如無特別說明，風速的單位為）。主巷道斷面大約為，其他各采煤區(qū)的進風巷、回風巷和掘進巷的斷面大約為，掘進巷道中的風筒直徑為。針對上述變量建立非線性規(guī)劃模型，具體建立過程如下：1．設定函數(shù)要想求出最佳總進風量，只需要在滿足各項限制條件的前提下，求出總進風量的最小值即可。因此，目標函數(shù)定義為。2．風量守恒原則該煤礦利用兩個可控風門調(diào)節(jié)各采煤工作面的風量，通過一個局部通風機和風筒實現(xiàn)掘進巷的通風。根據(jù)題中附圖1所示各井巷風量的分流情況，得約束條件如下：掘進巷需要安裝局部通風機，其額定風量一般為。由此可得局部通風機的額定風速為。得約束條件為：、巷道和總回風巷的風速標準對各井巷中風速的要求，得約束條件如下：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小于。設分別為采煤工作面Ⅱ、采煤工作面Ⅰ和掘進工作面的瓦斯絕對涌出量（均取已知值的最大值，可以通過篩選得到），其中。得約束條件如下：（不等式左邊的表達式為相應觀測點的瓦斯?jié)舛龋┗啿坏仁娇傻茫篬12]表3 瓦斯?jié)舛扰c煤塵爆炸下限濃度關系空氣中瓦斯?jié)舛?%)煤塵爆炸下限濃度(g/m3)3015運用matlab做數(shù)據(jù)曲線擬合，可得“瓦斯?jié)舛龋ǎ┟簤m下限濃度()”函數(shù)關系式： （1）其具體程序如下：x=[0 1 2 3 4]。y=[30 15 3 ]。polyfit(x,y,2)[5]另外根據(jù)附表2的數(shù)據(jù)可以分別得到兩個采煤工作面和掘進工作面“風速（x）煤塵濃度(y)”的函數(shù)關系式，分別為：采煤工作面Ⅱ： （2）采煤工作面Ⅰ： （3）掘進工作面： （4）利用三個面的風速值，求出與之對應的煤塵濃度，得到的濃度需小于相應處的煤塵爆炸下限（將已經(jīng)計算得到的瓦斯?jié)舛确謩e代入（1）式即可得）。得約束條件如下：綜上所述可建立非線性規(guī)劃模型如下：用matlab解此模型。具體程序如下：第1步:建立目標函數(shù)和非線性約束的m_文件。function y=f(x)%目標函數(shù)的m_文件y=x(1)function [c,c1]=t(x)%非線性約束的m_文件c=[*x(2)*x(2)*x(2)+*((4*x(2)+))^2+*((4*x(2)+))。*x(4)*x(4)+*x(4)+*((4*x(4)+))^2+*((4*x(4)+))。*(x(5)+*pi*x(6))^*(x(5)+*pi*x(6))+*(25*(x(5)+*pi*x(6)+))^2+*(25*(x(5)+*pi*x(6)+))]。c1=0。第2步:運行程序。鍵入x0=[2 2 2 2 2 2 ]。a=[0 0 0 0 1 。0 0 0 0 1 ]。b=[。4]。a1=[5 4 4 0 0 0。0 0 1 1 1 0]。b1=[0 0 ]。lb=[0 0 ]。ub=[8 6 10 6 10 ]。[x,fval]=fmincon(‘f’,x0,a,b,a1,b1,lb,ub,’t’)得到結果：x= ， fval=輸出結果的意義：總通風巷的最優(yōu)風速為，此時采煤工作面Ⅱ進風巷的風速為，采煤工作面Ⅰ進風巷的風速為，局部通風機的風速為。則通風量計算如下：總通風量：局部通風機的額定風量：采煤工作面Ⅰ所需要的風量：采煤工作面Ⅱ所需要的風量：考慮到巷道可能出現(xiàn)漏風的情況，最終結果原則上應比現(xiàn)在的總通風量（約）要大，安全性提高，并且按基本守恒原則分配到各工作面。四、模型優(yōu)化與改進本文運用插值、擬合等數(shù)學方法成功地建立了煤礦瓦斯和煤塵的監(jiān)測與控制的數(shù)學模型。該模型可以通過觀測風速的變化，得到煤礦瓦斯和煤塵的濃度變化，從而對煤礦的安全情況做出合理的監(jiān)控和預測，確保煤礦生產(chǎn)的安全進行，對于煤礦的管理工作具有重大的現(xiàn)實意義。但由于題中所給數(shù)據(jù)有限，易使模型出現(xiàn)以下缺點：（一）當溫度，壓強，含氧量波動范圍較大時，該模型不再適用。導致該模型在更大范圍內(nèi)適用性較差。（二）在本文建立的模型中風速是影響瓦斯和煤塵濃度的主要因素，本文在處理風速時在一定范圍視其為定值，而在實際生產(chǎn)中風速是不斷變化的。（三）實際中，井巷可能會出現(xiàn)漏風現(xiàn)象，本文為了便于建模，忽略了這一點。[9]模型改進：（一）在本文模型的基礎上，建立除瓦斯和煤塵濃度之外的其它因素對礦井安全影響的模型，實現(xiàn)煤礦安全綜合分析，從而在實際生產(chǎn)中具有更強的指導性和預測性。（二）考慮到巷道可能出現(xiàn)漏風的情況，實際通風量應比模型求出的通風量要大，提高安全性。[11][14] 附 錄附表1 瓦斯?jié)舛扰c煤塵爆炸下限濃度關系A04B30~5
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