2006高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目 (请先阅读“对论文格式的统一要求”) D题:煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制 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(见附件1)。 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30~20σ0g/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,结果如附表1所示 国家《煤矿安全规程》给岀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(见附件2)。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 附件2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: 1)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”。 (2)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? (3)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150400m3/min。局部通风机所在 的巷道中至少需要有15%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 (1)采煤工作面:矿井中进行开采的煤壁(采煤现场)。 (2)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 (3)掘进工作面:掘进巷尽头的开掘现场。 (4)新鲜风:不含瓦斯和煤尘等有害物质的风流 (5)乏风:含有一定浓度的瓦斯和煤尘等有害物质的风 CUMCM-D-1CUMCM-D-1 2006 高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目 （请先阅读“对论文格式的统一要求”） D 题: 煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制 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（见附件 1）。 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，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 (见附件 2)。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 附件 2 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： （1）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”。 （2）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？ （3）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 150~400 m3 /min。局部通风机所在 的巷道中至少需要有 15%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 （1）采煤工作面：矿井中进行开采的煤壁 (采煤现场)。 （2）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。 （3）掘进工作面：掘进巷尽头的开掘现场。 （4）新鲜风：不含瓦斯和煤尘等有害物质的风流。 （5）乏风：含有一定浓度的瓦斯和煤尘等有害物质的风流