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全國大学生数学建模竞赛优秀论文选之煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制1.doc 21页
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全國大学生数学建模竞赛优秀论文选之煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制1
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D题：煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制
近年来，煤矿安全事故频发，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，同时对瓦斯和煤尘监测数据进行科学处理显得更加重要。
第一问的求解，我们根据《煤矿安全规程》，由风速和瓦斯检测数据求出矿井最大绝对瓦斯涌出量max=10.9452 和最大相对瓦斯涌出量或max=/=25.3991 ，可以看出最大相对瓦斯涌出量max10成立，因此该矿为高瓦斯矿井。
将危险性100%的标准设定为甲烷传感器的断电浓度或达到煤尘的爆炸下限浓度，（1）、由公式，得出升序排列的值和总监测次数N的折线图，以此设定瓦斯极限安全系数=0.5（当时发生爆炸）并统计的个数=235，可得瓦斯发生爆炸事故的概率=0.4352；（2）、用最小二乘法对数据进行3次多项式拟合，求出瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度最小值的关系，即拟合的3次多项式，根据此多项式和的值计算出相对应的值（即的值），然后根据公式，得出升序排列值和总监测次数N的折线图，以此设定煤尘极限安全系数=0.4（当时发生爆炸），统计的个数=232，由公式计算出煤尘发生爆炸事故的概率=0.4296；（3）、计算该煤矿发生爆炸事故的概率，假设与是相互独立的，由公式求得该煤矿发生爆炸事故的概率67.78%。
根据公式，求得工作面和工作面所需要的风量为399.83 和534.94，局部通风机的额定风量是183.575，该煤矿所需要的最佳（总）通风量是。
最小二乘法
不安全程度
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。
瓦斯在它从煤岩裂缝出瓦斯爆炸三个条件：瓦斯一定浓度；足够的氧一定温度的引火源。“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，并参照表1，判断该煤矿不安全的程度（即发生爆炸事故的可能性）为多大。
（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。根据图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）。
表2: 各监测点的风速,瓦斯和煤尘的监测数据表（表格格式示例）
与班次 工作面Ⅰ 工作面Ⅱ 掘进工作面 回风巷Ⅰ 回风巷Ⅱ 总回风巷 日产量
风速 瓦斯 煤尘 风速 瓦斯 煤尘 风速 瓦斯 煤尘 风速 瓦斯 煤尘 风速 瓦斯 煤尘 风速 瓦斯 煤尘
1 早班 2.4 0.71 8 2.07 0.94 7.67 2.22 0.26 7.44 2.13 0.76 7.52 2.09 0.98 7.23 5.15 0.67 7.05 597
中班 2.56 0.62 8.4 2.08 0.85 7.51 2.29 0.26 7.45 2.27 0.66 7.93 2.1 0.89 7.27 5.36 0.6 7.28
晚班 2.24 0.66 7.61 2.09 0.82 7.51 2.4 0.29 7.62 2.09 0.73 7.14 2.11 0.9 7.07 5.31 0.63 6.8
… 早班 … … … … … … … … … … … … … … … … … …
中班 … … … … … … … … … … … … … … … … … …
晚班 … … … … … … … … … … … … … … … … … …
[注]瓦斯的浓度：%，即体积百分比；煤尘的单位：g/m3；风速的单位：m/s；日产量的单位：t/d。
某煤矿的通风系统示意图
图注: 主巷道断面大约为5 m2，其他各采煤区的进风巷、回风巷和掘进巷的断面大约为4 m2，掘进巷道中的风筒直径为400mm。
-- 绝对瓦斯涌出量， 或；
--风量，；
--瓦斯的浓度，
--相对瓦斯涌出量，；
--日产量，其中＝1,2,，30，
--甲烷传感器的断电浓度的最小值， %；
--瓦斯浓度影响下的煤尘爆炸下限的最小值，
--检测数据表（表2）中第天第班次第个监测点检测的瓦斯数据，其中=1,2,3，…，30；=1，2，3（早班，中班，晚班），=1，2，3，4，5，6（工作面，工作面，掘进工作面，回风巷，回风巷和总回风巷）
--检测数据表（表2）中第天第班次第
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