研究煤礦瓦斯和煤塵的監(jiān)測(cè)與控制11

1、關(guān)于煤礦瓦斯和煤塵監(jiān)測(cè)與控制的研究【摘要】 煤礦安全生產(chǎn)是我國(guó)目前亟待解決的問(wèn)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)。本題研究空氣中瓦斯的濃度，煤塵懸浮于空氣中的濃度，對(duì)煤礦安全的威脅。因此我們要找出引起瓦斯，煤塵濃度的因素。參照監(jiān)測(cè)表的數(shù)Excle,lingo,Matlab軟件進(jìn)行求解。 在問(wèn)題一中，需要對(duì)“低瓦斯礦井”還是“高瓦斯礦井”進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)煤礦安全規(guī)程第一百三十三條提供的分類標(biāo)準(zhǔn)。高瓦斯煤礦的標(biāo)準(zhǔn)瓦斯相對(duì)涌出量大于10m3/t或絕對(duì)涌出量大于40m3/min; 低瓦斯礦井相對(duì)涌出量小于10m3/t 且絕對(duì)涌出量小于或等于40m3/min，根據(jù)附表2的數(shù)據(jù)算

2、出總回風(fēng)量的相對(duì)和絕對(duì)瓦斯涌出量具體公式（見(jiàn)模型一），然后算出三個(gè)工作點(diǎn)瓦斯絕對(duì)量之和，基本等于總回風(fēng)巷絕對(duì)瓦斯涌出量。總回風(fēng)巷流出的相對(duì)瓦斯量應(yīng)該與三個(gè)工作點(diǎn)瓦斯流出量基本相同。求得瓦斯相對(duì)涌出量為23.1832m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為9.7535m3/min，因而該礦井為高瓦斯礦井。 在問(wèn)題二中，需要對(duì)煤礦不安全的程度（即發(fā)生爆炸事故的可能性）進(jìn)行概率計(jì)算，根據(jù)煤礦安全規(guī)程第一百六十八條的規(guī)定，并參照附表1，對(duì)可能發(fā)生爆炸的點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)為25個(gè)，而發(fā)生爆炸的量為1620個(gè)，即瓦斯、煤塵和瓦斯與煤塵混合物的濃度在三個(gè)工作面與三個(gè)回風(fēng)巷在一個(gè)月三個(gè)班次可能發(fā)生爆炸事故的量，最后將各點(diǎn)可能發(fā)生爆

3、炸的概率求和，得出該煤礦不安全的程度（即發(fā)生爆炸事故的可能性）為1.5431%，所以該礦井發(fā)生爆炸的可能性較大。因此我們要采取相應(yīng)措施減少爆炸機(jī)率。 在問(wèn)題三中，需對(duì)主要風(fēng)巷的風(fēng)速、瓦斯?jié)舛?、煤塵濃度之間關(guān)系已最佳風(fēng)通為目標(biāo)建立優(yōu)化模型運(yùn)用Matlab軟件擬出風(fēng)速與瓦斯?jié)舛?，風(fēng)速與煤塵濃度的圖形。進(jìn)而確立風(fēng)速分別與瓦斯?jié)舛?、煤塵的函數(shù)關(guān)系根據(jù)圖像進(jìn)行擬合，并運(yùn)用Lingo軟件，最小二乘法求出各函數(shù)的誤差。然后我們把最佳風(fēng)速定義為：在滿足安全生產(chǎn)，高效生產(chǎn)的情況下的基礎(chǔ)上定為最佳風(fēng)速。通過(guò)計(jì)算得到最佳風(fēng)速：工作面一3.29m/s 工作面二2.37m/s，掘進(jìn)工作面0.85m/s，回風(fēng)巷一1.34

4、m/s，回風(fēng)巷二2.4m/s，總回風(fēng)巷6m/s，最佳風(fēng)量1800m3/min、局部通風(fēng)量為203.17m3/min。關(guān)鍵詞：Excel Matlab擬合 Lingo 相對(duì)瓦斯涌出量 絕對(duì)瓦斯涌出量 最小二乘法1、問(wèn)題重述煤礦安全生產(chǎn)是我國(guó)目前亟待解決的問(wèn)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)（見(jiàn)附件1）。瓦斯是一種無(wú)毒、無(wú)色、無(wú)味的可燃?xì)怏w，其主要成分是甲烷，在礦井中它通常從煤巖裂縫中涌出。瓦斯爆炸需要三個(gè)條件：空氣中瓦斯達(dá)到一定的濃度；足夠的氧氣；一定溫度的引火源。煤塵是在煤炭開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的可燃性粉塵。煤塵爆炸必須具備三個(gè)條件:煤塵本身具有爆炸性；煤塵懸浮于空氣中并

5、達(dá)到一定的濃度；存在引爆的高溫?zé)嵩?。試?yàn)表明，一般情況下煤塵的爆炸濃度是30 2000g/m3，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，結(jié)果如附表1所示。國(guó)家煤礦安全規(guī)程給出了煤礦預(yù)防瓦斯爆炸的措施和操作規(guī)程，以及相應(yīng)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (見(jiàn)附件2)。規(guī)程要求煤礦必須安裝完善的通風(fēng)系統(tǒng)和瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，所有的采煤工作面、掘進(jìn)面和回風(fēng)巷都要安裝甲烷傳感器，每個(gè)傳感器都與地面控制中心相連，當(dāng)井下瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，控制中心將自動(dòng)切斷電源，停止采煤作業(yè)，人員撤離采煤現(xiàn)場(chǎng)。具體內(nèi)容見(jiàn)附件2的第二章和第三章。附圖1是有兩個(gè)采煤工作面和一個(gè)掘進(jìn)工作面的礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，請(qǐng)你結(jié)合附表2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照煤

6、礦開(kāi)采的實(shí)際情況研究下列問(wèn)題： （1）根據(jù)煤礦安全規(guī)程第一百三十三條的分類標(biāo)準(zhǔn) (見(jiàn)附件2)，鑒別該礦是屬于“低瓦斯礦井”還是“高瓦斯礦井”。（2）根據(jù)煤礦安全規(guī)程第一百六十八條的規(guī)定，并參照附表1，判斷該煤礦不安全的程度（即發(fā)生爆炸事故的可能性）有多大？ （3）為了保障安全生產(chǎn)，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(guò)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)（見(jiàn)下面的注）。根據(jù)附圖1所示各井巷風(fēng)量的分流情況、對(duì)各井巷中風(fēng)速的要求（見(jiàn)煤礦安全規(guī)程第一百零一條），以及瓦斯和煤塵等因素的影響，確定該煤礦所需要的最佳（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（實(shí)際中，井巷可能

7、會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象）。注：掘進(jìn)巷需要安裝局部通風(fēng)機(jī)，其額定風(fēng)量一般為150400 m3/min。局部通風(fēng)機(jī)所在的巷道中至少需要有15%的余裕風(fēng)量（新鮮風(fēng)）才能保證風(fēng)在巷道中的正常流動(dòng)，否則可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓導(dǎo)致乏風(fēng)逆流，即局部通風(fēng)機(jī)將乏風(fēng)吸入并送至掘進(jìn)工作面。名詞解釋：（1）采煤工作面：礦井中進(jìn)行開(kāi)采的煤壁 (采煤現(xiàn)場(chǎng))。（2）掘進(jìn)巷：用爆破或機(jī)械等方法開(kāi)鑿出的地下巷道，用以準(zhǔn)備新的采煤區(qū)和采煤工作面。（3）掘進(jìn)工作面：掘進(jìn)巷盡頭的開(kāi)掘現(xiàn)場(chǎng)。（4）新鮮風(fēng)：不含瓦斯和煤塵等有害物質(zhì)的風(fēng)流。（5）乏風(fēng)：含有一定濃度的瓦斯和煤塵等有害物質(zhì)的風(fēng)流。2、問(wèn)題分析煤礦安全生產(chǎn)是目前社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，尤其

8、是在能源緊張，對(duì)煤碳的需求量不斷增加的情況下，煤礦的安全生產(chǎn)問(wèn)題更是值得我們關(guān)注，這也是建設(shè)平安和諧社會(huì)的重要組成部分。大部分事故的罪魁禍?zhǔn)锥际峭咚够蛎簤m爆炸，瓦斯在煤礦的開(kāi)采中是不可避免的。因此，礦井下的瓦斯和煤塵對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成了重大威脅，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。2.1對(duì)問(wèn)題一分析對(duì)題目進(jìn)行反復(fù)研究，我們從題目中不難得出，如何判斷此煤礦的瓦斯類別，主要是根據(jù)礦井相對(duì)瓦斯涌出量和礦井絕對(duì)瓦斯涌出量的范圍來(lái)進(jìn)行判斷，解決問(wèn)題一主要是從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮:第一個(gè)方面根據(jù)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，確定瓦斯產(chǎn)出的部位，反復(fù)讀題和研究煤礦通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，可以得出結(jié)

9、論，瓦斯主要是在采煤過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生，最后瓦斯的涌出主要是通過(guò)總回風(fēng)巷，跟回風(fēng)巷和回風(fēng)巷無(wú)關(guān)，所以我們確定總回風(fēng)巷的瓦斯涌出量為礦井瓦斯涌出量；第二個(gè)方面是如何對(duì)礦井相對(duì)瓦斯涌出量和礦井絕對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行定義，研究題目，根據(jù)題目所給的礦井相對(duì)瓦斯涌出量的單位，可以確定礦井相對(duì)瓦斯涌出量的定義為產(chǎn)一個(gè)單位煤時(shí)涌出多少瓦斯，而礦井絕對(duì)涌出量是瓦斯涌出與工作時(shí)間的關(guān)系，可以表示為在一個(gè)工作時(shí)間內(nèi)涌出多少瓦斯。根據(jù)以上分析的結(jié)果，我們可以建立一個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，把得到的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比來(lái)判斷該礦井的瓦斯類別。2.2對(duì)問(wèn)題二分析如何確定該礦發(fā)生安全事故的可能性，明顯需要求解的是概率問(wèn)題，根據(jù)附件2煤礦安全規(guī)程第

10、一百六十八條，煤礦產(chǎn)生爆炸的原因主要有三種情況，一個(gè)是瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，第二個(gè)是煤塵濃度超標(biāo)，最后是他們的中和濃度屬于可爆炸范圍，這些情況都會(huì)引起煤礦爆炸的可能性發(fā)生，認(rèn)真分析本題后兩種情況在該礦中都不會(huì)發(fā)生，對(duì)于問(wèn)題二我們只需分析甲烷傳感器的報(bào)警濃度范圍，當(dāng)甲烷濃度大于等于百分之一時(shí)，甲烷傳感器就會(huì)報(bào)警，礦井下面就有可能發(fā)生安全事故；分析附表2當(dāng)中甲烷在每個(gè)班次每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛?，把等于或者超過(guò)百分之一的選擇中出來(lái)，確定瓦斯不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的頻率，再與總的檢測(cè)次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，我們可以確定煤礦發(fā)生瓦斯爆炸的概率。2.3對(duì)問(wèn)題三分析問(wèn)題三是根據(jù)附圖1研究各井巷風(fēng)量的分流情況、對(duì)各井巷中風(fēng)速的要求，以及瓦斯和

11、煤塵等因素的影響，確定最佳通風(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。實(shí)際中，井巷可能會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，由于漏風(fēng)是很難估計(jì)的，與很多因素有關(guān)。而且相對(duì)于總風(fēng)量，漏風(fēng)只是少數(shù)可以忽略不計(jì)。所以假設(shè)井巷不漏風(fēng)。在煤礦中，降低瓦斯?jié)舛鹊奈ㄒ晦k法是通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)將瓦斯排除到井外，從降低瓦斯?jié)舛鹊慕嵌瓤紤]的話，巷道中風(fēng)速越大越好。但是風(fēng)速越大，煤層又會(huì)增加，而煤層同樣會(huì)引起爆炸。所以要通過(guò)控制一定量的通風(fēng)量來(lái)使得瓦斯?jié)舛群兔簤m達(dá)到一定的平衡而使其不發(fā)生爆炸。在達(dá)到這個(gè)條件下總風(fēng)量越小越好，所以以總風(fēng)量最小為目標(biāo)函數(shù)，再根據(jù)題目當(dāng)中的條件確定目標(biāo)函數(shù)的約束條件，再用lingo編程求解，從而解

12、決第三個(gè)問(wèn)題。2、 模型假設(shè)1、 假設(shè)在開(kāi)采過(guò)程中只產(chǎn)生瓦斯和煤塵。2、 假設(shè)該礦井檢測(cè)的數(shù)據(jù)是絕對(duì)可信準(zhǔn)確。3、 假設(shè)該礦井在開(kāi)采過(guò)程中嚴(yán)格遵守安全規(guī)程。4、 假設(shè)礦井通風(fēng)示意圖嚴(yán)格反應(yīng)出該礦井內(nèi)部結(jié)構(gòu)。5、 假設(shè)礦井通風(fēng)示意圖嚴(yán)格反應(yīng)出該礦井內(nèi)部結(jié)構(gòu)。6、 假設(shè)該礦井在檢測(cè)過(guò)程中監(jiān)控和傳感器裝備不存在故障。 4、符號(hào)說(shuō)明符號(hào)描述說(shuō)明井礦絕對(duì)瓦斯涌出量井礦相對(duì)瓦斯涌出量第天第個(gè)班次的風(fēng)速第天第個(gè)班次的瓦斯第的日產(chǎn)量為時(shí)間常數(shù)（480min）第個(gè)工作點(diǎn)的風(fēng)速第個(gè)工作點(diǎn)瓦斯與風(fēng)速的關(guān)聯(lián)系數(shù)第個(gè)工作點(diǎn)煤塵與風(fēng)速的關(guān)聯(lián)系數(shù)5、模型建立與求解本題共三問(wèn)，前兩問(wèn)由問(wèn)題分析可知，主要是通過(guò)理解單位定義，利

13、用數(shù)學(xué)理解來(lái)建立關(guān)系式來(lái)進(jìn)行求解。第三問(wèn)是一個(gè)相互牽制與約束關(guān)系，一個(gè)方面要求出瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速之間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)函數(shù)關(guān)系分析誤差范圍，然后求出總風(fēng)量最小，為求得目標(biāo)可以通過(guò)建立一個(gè)優(yōu)化模型來(lái)求解。5.1判斷煤礦類別根據(jù)題意，如何判斷煤礦的類別，主要是根據(jù)原題當(dāng)中的附件2煤礦安全規(guī)程第一百三十三條來(lái)判斷，由問(wèn)題一的分析可知，我們主要是明確以下幾個(gè)方面：第一個(gè)分析礦井結(jié)構(gòu)，第二個(gè)如何定義相對(duì)涌出量，絕對(duì)涌出量的表達(dá)意義，第三個(gè)是確定關(guān)系式如何計(jì)算相對(duì)涌出量，絕對(duì)涌出量，最后是計(jì)算出結(jié)果與判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。解決問(wèn)題一我們主要通過(guò)以下四步來(lái)進(jìn)行。圖一：判斷煤礦類別流程圖1）如何確定礦井瓦斯涌出量對(duì)題

14、目進(jìn)行分析，礦井瓦斯產(chǎn)生主要是從煤層裂縫中涌出，可以確定產(chǎn)生瓦斯的部位主要是挖煤部位，他們分別是工作面，工作面，掘進(jìn)工作面。他們涌出的瓦斯通過(guò)回風(fēng)巷，回風(fēng)巷最后從總回風(fēng)巷涌出，由此而分析得知，總回風(fēng)巷涌出的瓦斯具有一定的代表說(shuō)明意義。根據(jù)如何計(jì)算出流體流量的定義，我們確定礦井瓦斯涌出量可以表示為：瓦斯的濃度與風(fēng)速和總回風(fēng)巷截面積之間的關(guān)系，具體表示式如下：2）根據(jù)單位理清相對(duì)涌出量與絕對(duì)涌出量意義分析題目，相對(duì)涌出量的單位表示為立方米每噸，說(shuō)明的是產(chǎn)出的煤與瓦斯之間的關(guān)系，可具體表示為產(chǎn)一噸煤的同時(shí)涌出多少瓦斯量；絕對(duì)涌出量的單位表示為立方米每分鐘，說(shuō)明的是產(chǎn)出的煤與時(shí)間之間的關(guān)系，可具體表示

15、為在一個(gè)工作班次內(nèi)，工作一分鐘涌出多少瓦斯量。3）建立表達(dá)式與計(jì)算根據(jù)以上兩步分析，我們確定了相對(duì)涌出量與絕對(duì)涌出量的計(jì)算關(guān)系式，建立了如下表達(dá)式：4）計(jì)算結(jié)果與判斷 我們把附表2相關(guān)數(shù)據(jù)整理成excel表格，把以上關(guān)系式轉(zhuǎn)化為公式運(yùn)用到excel表格當(dāng)中，當(dāng)計(jì)算絕對(duì)涌出量時(shí)我們把總回風(fēng)巷計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與工作面，工作面，掘進(jìn)工作面計(jì)算出來(lái)的結(jié)果之和進(jìn)行對(duì)比。得出的數(shù)據(jù)分別是9.753立方米每分鐘，9.4305立方米每分鐘，考慮到井下漏風(fēng)現(xiàn)象，結(jié)果相差不大，不影響判斷結(jié)果，可以作為標(biāo)準(zhǔn)判斷的依據(jù)；計(jì)算相對(duì)涌出量時(shí)得出的結(jié)果為23.183立方米每噸，整理結(jié)果制出下表： 表1：判斷依據(jù)表總回風(fēng)巷三工

16、作面瓦斯體積 （m3）421354.656 407398.003 月產(chǎn)量(t)18175/絕對(duì)瓦斯涌出(m3/min)9.754 9.431 相對(duì)瓦斯涌出(m3/t)23.183 /總時(shí)間（min）43200 43200該礦井瓦斯相對(duì)涌出量為23.183立方米每噸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于判斷標(biāo)準(zhǔn)的10立方米每噸，可以直接判斷該礦井為高瓦斯礦井。5.2判斷煤礦爆炸事故可能性如何確定煤礦發(fā)生爆炸事故的可能性，主要通過(guò)確定可能發(fā)生爆炸事故的概率來(lái)決定，發(fā)生爆炸事故的概率，主要是通過(guò)確定在總的檢測(cè)次數(shù)當(dāng)中瓦斯不達(dá)標(biāo)次數(shù)出現(xiàn)的比例，具體方法如下圖： 圖2：確定煤礦爆炸概率圖1） 確定瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)可能發(fā)生爆炸事故的班次與

17、部位表2：瓦斯超標(biāo)的班次與對(duì)應(yīng)工作點(diǎn)分析附表2的檢測(cè)數(shù)據(jù)，我們把瓦斯?jié)舛鹊扔诤统^(guò)百分之一的選擇出來(lái)，把一天的早、中、晚三個(gè)班次進(jìn)行編號(hào)，30天的班次可以分為190個(gè)班次，再選出某個(gè)班次發(fā)生爆炸的相應(yīng)部位，制成如下表格。班次工作面2 瓦斯?jié)舛劝啻位仫L(fēng)巷2 瓦斯?jié)舛劝啻位仫L(fēng)巷2 瓦斯?jié)舛劝啻位仫L(fēng)巷2 瓦斯?jié)舛劝啻位仫L(fēng)巷2 瓦斯?jié)舛?8191.01181.07491.05691.04251.01101241501.07751.03411.11151.03251.05511801.03501.03161.02371621851.06851171.01411.18681.02881.03 統(tǒng)計(jì)表格得到

18、數(shù)據(jù)可能會(huì)發(fā)生爆炸的次數(shù)總共有25次，對(duì)應(yīng)的部位主要是工作面和回風(fēng)巷。2）統(tǒng)計(jì)總檢測(cè)次數(shù)與計(jì)算概率根據(jù)附表2的統(tǒng)計(jì)情況，一天三個(gè)班次分別統(tǒng)計(jì)六個(gè)部位可以得到總的檢測(cè)次數(shù)為：天數(shù)*班次*檢測(cè)部位=540（次），產(chǎn)生爆炸的次數(shù)等于主要考慮瓦斯超標(biāo)可能引發(fā)事故的次數(shù)為：25（次），我們建立如下關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。 把統(tǒng)計(jì)的次數(shù)運(yùn)用到以上關(guān)系式當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算，得出P=4.629%。3） 再分析結(jié)果因?yàn)楸ㄓ腥N情況他們分別是：一個(gè)是瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，第二個(gè)是煤塵濃度超標(biāo)，最后是他們的中和濃度屬于可爆炸范圍，這些情況都會(huì)引起煤礦爆炸的可能性發(fā)生。我們以上所謂統(tǒng)計(jì)的總檢測(cè)次數(shù)，實(shí)際上是瓦斯的總檢測(cè)次數(shù)。單獨(dú)依據(jù)以上

19、算法是沒(méi)有任何依據(jù)，算出來(lái)的概率會(huì)偏大，不符合實(shí)際情況，所以總檢測(cè)次數(shù)=瓦斯的檢測(cè)次數(shù)*3=1620（次），我們?cè)俅涡拚M(jìn)行計(jì)算得到P=1.543%，最后確定該礦的不安全程度為1.543%。5.3確定所需最佳通風(fēng)量 5.3.1擬合出瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速的關(guān)系1）如何確定總風(fēng)量最小，首先要通過(guò)觀察風(fēng)速與瓦斯?jié)舛戎g的關(guān)系，整理附表2的相關(guān)風(fēng)速和瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)據(jù)，再運(yùn)用matlab畫圖命令，執(zhí)行操作，可以得到瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速之間的散點(diǎn)圖，觀察圖形，可以假設(shè)風(fēng)速與瓦斯?jié)舛戎g的關(guān)系成一個(gè)函數(shù)關(guān)系，這個(gè)方法就叫擬合，擬合圖形如下：圖3：瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速擬合圖 觀察瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速之間的關(guān)系，我們可以看出瓦斯隨著風(fēng)

20、速的增加濃度減小，可以假設(shè)一個(gè)擬合函數(shù)能反映他們之間的關(guān)系，擬合函數(shù)為：運(yùn)用最小二乘法，算出最小誤差，建立如下求最小誤差模型： 把函數(shù)編寫成lingo程序見(jiàn)（附錄1），可以得到、，整理數(shù)據(jù)得到下表：表3：瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速擬合表工作面1工作面2掘進(jìn)面-0.26131.28750.0309-0.45681.83280.0833-0.80410.40990.4236回風(fēng)巷1回風(fēng)巷2總回風(fēng)巷-0.23141.21110.033-0.63112.26090.085-0.11941.24620.03345.3.2擬合出煤塵濃度與風(fēng)速的關(guān)系需要明確煤塵濃度與風(fēng)速之間的關(guān)系，我們接著把題目當(dāng)中表2的煤塵濃度與風(fēng)

21、速的數(shù)據(jù)運(yùn)用matlab擬合出圖形，擬合圖形如下： 圖4：煤塵濃度與風(fēng)速擬合圖觀察擬合圖，可以得到煤塵濃度與風(fēng)速之間的關(guān)系，我們可以看出煤塵隨著風(fēng)速的增加濃度出現(xiàn)不穩(wěn)定的增大，可以假設(shè)一個(gè)擬合函數(shù)能反映他們之間的關(guān)系，擬合函數(shù)為：同樣把函數(shù)編寫成lingo程序見(jiàn)（附錄1），可以得到煤塵函數(shù)的、，整理數(shù)據(jù)得到下表：表4：煤塵濃度與風(fēng)速擬合表工作面1工作面2掘進(jìn)面abcabcabc1.98073.21660.0941.24855.01250.09141.94322.99320.1032回風(fēng)巷1回風(fēng)巷2總回風(fēng)巷abcabcabc1.25464.83590.17650.81655.50910.1195

22、0.22975.86480.12045.3.3建立優(yōu)化模型求最佳通風(fēng)量和兩個(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)量仔細(xì)分析題目，要求得最佳通風(fēng)量，這是一個(gè)多條件約束問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面：各井巷風(fēng)量的分流情況、對(duì)各井巷中風(fēng)速的要求，以及瓦斯和煤塵等因素的影響，確定該煤礦所需要的最佳（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。（1） 確定總風(fēng)量最小為目標(biāo)要求得最佳通風(fēng)量實(shí)際上，是需要求出在約束條件下，最小通風(fēng)量，所以我們建立如下目標(biāo)函數(shù)： （二）建立約束條件（1）根據(jù)附件表2，可知井巷中允許的風(fēng)流速度，采煤工作面的允許風(fēng)速為最低不得低于0.25m/s,最高不得高于

23、4m/s?；仫L(fēng)巷的允許風(fēng)速為最低不得低于0.25m/s,最高不得高于6m/s，建立如下約束條件：（2） 根據(jù)附件表2，可知礦井中允許的風(fēng)流速度，采煤工作面和回風(fēng)巷的風(fēng)流速度不能超過(guò)8m/s，建立如下約束條件：（3） 工作面、工作面、掘進(jìn)工作面，主巷道的風(fēng)量之和等于總回風(fēng)巷的風(fēng)量，巷道中至少需要有15%的余裕風(fēng)量（新鮮風(fēng)）才能保證風(fēng)在巷道中的正常流動(dòng)，建立如下約束條件：（4） 如何保證該礦井是在安全的條件下工作，需要保證每個(gè)班次每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛炔荒艹^(guò)1，建立如下約束條件：（5）根據(jù)表2：在保證每個(gè)班次每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛炔荒艹^(guò)1%的前提下，煤塵的濃度不能超過(guò)15g/m3，建立如下約束條件

24、：（5） 根據(jù)掘進(jìn)巷需要安裝局部通風(fēng)機(jī)，其額定風(fēng)量一般為150400 m3/min，否則可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓導(dǎo)致乏風(fēng)逆流，即局部通風(fēng)機(jī)將乏風(fēng)吸入并送至掘進(jìn)工作面，建立如下約束條件：（6） 根據(jù)附表2第一百零一條相關(guān)規(guī)定，掘進(jìn)工作面的風(fēng)速需要小于回風(fēng)巷的風(fēng)速，工作面的風(fēng)速小于回風(fēng)巷的風(fēng)速，根據(jù)這些規(guī)定，建立如下約束條件：（3） 模型確定與求解根據(jù)以上的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，我們建立模型，從模型中可以求解出最佳通風(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，具體模型如下： 把模型編寫成lingo程序（見(jiàn)附錄）運(yùn)行程序得出結(jié)果（見(jiàn)附錄）得到每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的最佳風(fēng)速，然后結(jié)合公式進(jìn)行計(jì)算，得到最佳通

25、風(fēng)量為1800.00，工作面所需風(fēng)量為788.96，工作面所需風(fēng)量為568.84，局部通風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量為203.17，整理數(shù)據(jù)制出下表：表5：?jiǎn)栴}三最后結(jié)果工作點(diǎn)X( 1)X( 2)X( 3)X( 4)X( 5)X( 6)風(fēng)速（m/s）3.29 2.37 0.85 1.34 2.40 6.00 最佳通風(fēng)量（m3/min）1800.00 采煤工作面1（m3/min）788.96 采煤工作面2（m3/min）568.84 局部通風(fēng)機(jī)（m3/min）203.17 6、模型的評(píng)價(jià)與推廣本文根據(jù)題中所給條件，建立了整數(shù)規(guī)劃優(yōu)化，由于題中限制條件過(guò)多，運(yùn)用Lingo軟件快速求解，減少了運(yùn)算量、Matlab軟

26、件擬合整理數(shù)據(jù)，形成相應(yīng)的函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系式，方便快捷。6.1模型優(yōu)點(diǎn)1）此模型應(yīng)用面較廣，使用類似的的方法，集中生產(chǎn)等線性規(guī)劃問(wèn)題都可適用。2）用Lingo軟件求解，方便快捷；Matlab軟件擬合，結(jié)果簡(jiǎn)潔明了，參考價(jià)值高，利于問(wèn)題分析求解。3）運(yùn)用整數(shù)線性規(guī)劃，優(yōu)化模型，Matlab擬合等多種方法建立模型，解決了風(fēng)速分別與瓦斯和煤塵濃度之間的函數(shù)關(guān)系，并求解出誤差范圍等。4）本模型建立煤礦的風(fēng)速大小、瓦斯?jié)舛扰c煤塵濃度之間最佳工作數(shù)值范圍的問(wèn)題研究，能夠推廣至其他方面。5）該模型整個(gè)過(guò)程思路清晰，結(jié)構(gòu)明了，可行性強(qiáng)，易于推廣。6.2模型缺點(diǎn) 1）Lingo、Matlab軟件運(yùn)算求解時(shí)，計(jì)算機(jī)在

27、擬合和數(shù)據(jù)（y=a*x+b±3*）帶入求解存在一定的誤差。2）由于現(xiàn)實(shí)情況復(fù)雜，沒(méi)有考慮礦井中各個(gè)工作檢測(cè)點(diǎn)的環(huán)境存在其他特殊情況等。6.3模型推廣該問(wèn)題運(yùn)用優(yōu)化模型規(guī)劃方法，可以解決經(jīng)濟(jì)管理中大量的規(guī)劃問(wèn)題。如工廠產(chǎn)品分配問(wèn)題、部門工作人員的工作與休息時(shí)間的安排問(wèn)題、工廠選址問(wèn)題等?；镜姆椒ㄟ€是在滿足特定的需求下，求目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化值。 附錄1：sets:aa/1.6/:x,a,b,e,g,h,d;endsetsdata:a=-0.2613 -0.4568-0.8041 -0.2314 -0.6311-0.1194;b=1.2875 1.8328 0.4099 1.21112.2

28、609 1.2462;h=0.0309 0.0833 0.4236 0.0330.085 0.0334;e=1.9807 1.2485 1.9432 1.25460.8165 0.2297;g=3.2166 5.0125 2.9932 4.8359 5.5091 5.8648;d=0.094 0.0914 0.1032 0.1765 0.1195 0.1204;enddatamin=5*x(6)*60;for(aa(i)|i#le#3:x(i)>=0.25);for(aa(i)|i#le#3:x(i)<=4);for(aa(i)|i#ge#4#le#5:x(i)>=0.25)

29、;for(aa(i)|i#ge#4:x(i)<=6);for(aa(i):x(i)<=8);4*x(3)/0.85+4*(x(1)+x(2)+x(3)=5*x(6);for(aa(i):a(i)*x(i)+b(i)+3*h(i)<1);for(aa(i):e(i)*x(i)+g(i)+3*d(i)<15);240*x(3)>150;附錄2：Global optimal solution found. Objective value: 1360.243 Infeasibilities: 0.000000 Total solver iterations: 0 Variable Value Reduced Cost X( 1) 1.455033 0.000000 X( 2) 2.370184 0.000000 X( 3) 0.84653