资源描述
煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制
摘要
探讨煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制问题。根据某煤矿通风系统示意图，对该煤矿一个月内各监测点的监测数据分析，遵守《煤矿安全规程》的规定，用数学建模的思想去鉴别该煤矿的瓦斯等级，判断煤矿不安全的程度的大小，确定该煤矿需要的最佳（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。
针对问题1，在对该煤矿瓦斯等级的鉴别过程中，根据《煤矿安全规程》第一百三十三条规定，运用数据的分类取量来建立鉴别高、低瓦斯煤矿的模型，并简单的利用Excel整体数据导入与综合运算等强大功能对监测数据进行数据处理，求出该煤井一个月内的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量，从而利用模型鉴别出该煤井是属于“高瓦斯矿井”。
针对问题2，在判别该煤矿不安全的程度大小的过程中，根据《煤矿安全规程》第一百六十八条的规定，参照瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数，用模型拟合的方法，建立了瓦斯浓度对煤尘下限的影响系数模型，并根据煤尘爆炸下限计算公式求出了各监测点的空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，再根据各监测点的煤尘浓度与该监测点相应的煤尘爆炸下限比较，利用了两种方法同时判别出该煤矿不安全的程度大小为0.0462963。
针对问题3，在对该煤矿需要的最佳（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的确定中，根据某煤矿通风系统示意图中井巷风量的分流情况、《煤矿安全规程》第一百零一条对各井巷中风速的要求，结合监测数据，找出各监测点的瓦斯和煤尘、风速和瓦斯以及风速和煤尘之间比例关系，并确定了对最佳风量是由最大安全风量决定的，利用该比例关系结合线性规划的方法，建立求解能保障安全生产的风速的模型，再由求风量公式就能确定出该煤矿需要的最佳（总）通风量为、采煤工作面I所需要的风量为、采煤工作面Ⅱ所需要的风量为和局部通风机的额定风量为。
关键词：瓦斯相对涌出量，瓦斯绝对涌出量，模型拟合，线性规划，风量，乏风，最佳通风量，监测与控制，煤尘爆炸下限，最大安全风
0 问题背景
当前，煤矿的安全生产已成为社会关注的热点问题之一，尤其在能源紧张，对煤的需求量不断增加的情况下，煤矿的安全生产问题更为值得我们关注，同时这也是构建和谐、稳定社会的重要组成部分。
据新华社北京2006年2月5日电（记者刘铮）国家安全生产监督管理总局局长李毅中5日表示：今年的安全监管工作重点要在遏制煤矿等重特大事故、深化安全专项整治、探寻实施治本之策、加强企业安全基础工作方面实现新的突破。
同时，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，以及相应的标准。规程要求煤矿都必须安装瓦斯自动检控系统和通风系统，瓦斯检控系统要求所有的采煤工作面和回风巷及部分进风巷都要设置安装瓦斯传感器，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，停止采煤工作，人员撤离采煤现场。
据不完全统计，2005年全国煤矿发生事故405起，死亡2157人。瓦斯事故死亡人数占全国煤矿事故总死亡人数的36.0%。在58起一次死亡10人以上的特大事故中，瓦斯事故40起，占69 %。一次死亡百人以上的事故5起。这些事故所造成的经济损失是重大的，给社会和伤亡人员的家庭所造成影响与损失是无法估量的。我们注意到，大部分煤矿事故的罪魁祸首都是瓦斯或煤尘爆炸，瓦斯在煤矿的开采中是不可避免的。因此，矿井下的瓦斯和煤尘对煤矿的安全生产构成了重大威胁，做好煤矿井下瓦斯和煤尘的监测与控制是保证煤矿安全生产的关键所在。
1 问题重述
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：
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”。
问题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？
问题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中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。
2 问题分析
由给出了一个煤矿矿井实例以及相应数据（矿井通风系统示意图，监测数据，《煤矿安全规程》等）的条件下，要求对该矿井的类型和不安全程度分别进行鉴别和判断；并且进一步要求在保障安全生产的前提下考虑如何确定该煤矿需要的最佳（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。
在第一问对矿井类型鉴别中，主要是对瓦斯的相对涌出量与绝对涌出量进行判断。我们由已知条件知道相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量分别与瓦斯的体积、煤的日产量有关，如果我们知道该煤矿瓦斯的体积和煤日产量，就能够很容易求出相对瓦斯涌出量与绝对瓦斯涌出量。但通过观察分析我们发现瓦斯浓度在现有给出的监测数据中存在量叠加的重复问题（如回风巷I的瓦斯来源于工作面I以及其它部分放散出来的），因而简单的对各区相对瓦斯量相加是不可取的。为此，我们对现有的监测数据按各个监测点分类考虑。并取矿井瓦斯总体积最大量作为瓦斯的总体积，来就求解相对和绝对瓦斯涌出量，进而鉴别该矿井的类型。
在第二问对判断煤矿不安全的程度中，我们分析发现煤矿不安全程度主要由瓦斯爆炸的不安全程度和煤尘爆的不安全程度组成。
首先、根据《煤矿安全规程》第一百三十三条的分类标准及煤尘浓度的上、下限的一般范围，可以知道瓦斯浓度和煤尘对煤矿安全的影响。
其次、就煤矿中瓦斯参与对煤尘下限的影响，根据二者的数据对应关系来判断空气中瓦斯浓度和煤尘下限降低系数的关系，从而确定瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系，然后从不同日期和监测点分别对该矿的安全程度进行讨论，通过对比分析来确定出该煤矿的不安全程度。
在第三问对矿井所需要的最佳（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的确定中，最主要的问题就是如何对最佳（总）通风量确定的问题。根据题目给出的数据分析可知，通风量主要受风速与断面的影响并与风速存正比的关系。但风速受《煤矿安全规程》第一百零一条的要求限制。那么要使总通风量达到最佳，必须要使受限的风速在满足于瓦斯和煤尘在爆炸范围之外时达到最大。而在对风速最大安全风速求解问题上，可以根据限制条件把风速归纳为线性规划问题。
3 名词解释与模型假设
3.1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；
（6）矿井通风------------------向矿井连续输送新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出有害气和浮尘，改善井下气候条件及救灾时控制风流的作业；
（7）瓦斯绝对涌出量---------单位时间内涌出的瓦斯量；单位为m3/min；
（8）瓦斯相对涌出量---------矿井平均日产吨煤涌出的瓦斯量；单位为m3/日.t；
（9）煤尘上限和下限浓度---单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低和最高煤尘含量；
(10)上限和下限浓度---------单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低或最高煤尘量；
(11) 风量----------------------单位时间内空气的体积；
(12)大安全风：受《煤矿安全规程》第一百零一条的要求限制风速，在满足于瓦斯和煤尘在爆炸范围之外时达到最大的风速；
3.2模型假设
（1）该矿井给出的这一个月内的监测数据具有代表性（能够反映平常矿井内风速、瓦斯、煤尘情况）；
（2）矿井中的瓦斯产生主要有四个来源，即：从采落下来的煤炭内放散出来的，从
采掘工作面的煤壁内放散出来的，从煤巷两帮及顶底板放散出来的，从采空区
周围煤壁中放散出来的；
（3）煤的产出量是从煤被运出矿井后算起；
（4）矿井为全天（24小时）作业且每班次的工作时间都为8小时；
（5）在一天的每一班次（8小时）内矿井内的风速、瓦斯浓度变化不大；
（6）当煤矿瓦斯和煤尘在爆炸范围之外（即煤矿达到安全时），矿井内的风速大也比风速小要好；
4 符号说明
-----------第日产煤的吨数（）；
------------天数 ；
-----------高瓦斯矿井；
-----------低瓦斯矿井；
-----------第天矿井相对瓦斯涌出量；
-----------第天矿井绝对相对瓦斯涌出量（）；
----------第天内班区内测点的风速；
-----------第天内瓦斯的总体积（）；
----------各采煤区的进风巷、回风巷、掘进巷和掘进巷道中的风筒的横截面积；
-----------早班、中班、晚班各通风的时间，其均为8小时；
---------第天内班区内测点监测点空中瓦斯浓度，即体积百分比；
----------为1、2、3、4、5、6分别代表工作面I、工作面II、掘进工作面、回风巷I、回风巷II、总回风巷；
----------为1、2、3分别代表一天中的早班、中班、晚班；
----------空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，；
----------煤尘的爆炸下限，一般为30～50；
---------瓦斯参与使煤尘爆炸下限降低的降低系数；
-----------一个月天数；
----------每天出现不安全的程度；
-----------一个月内煤矿出现不安全的程度大；
5 模型建立与求解
5.1 高、低瓦斯矿井的鉴别
由《煤矿安全规程》第一百三十三条的矿井分类标准鉴别如下图所示：
鉴别
相对瓦斯涌出量≤
且
绝对瓦斯涌出量≤
相对瓦斯涌出量>
或
绝对瓦斯涌出量>
低瓦斯矿井
高瓦斯矿井
即：当相对瓦斯涌出量≤且绝对瓦斯涌出量时，该矿井属于低瓦斯矿井；当相对瓦斯涌出量>或绝对瓦斯涌出量>时该矿井属于高瓦斯矿井。由此可得出鉴别模型：
其中； …………………………①
在这模型中我们只要知道相对瓦斯涌出量与绝对瓦斯涌出量就可以对该矿井类型做出鉴别。为了求出瓦斯的相对涌出量，根据假设做出以下三点分析：
（1）由相对瓦斯涌出量的概念（矿井平均日产吨煤涌出的瓦斯量）与假设2（瓦斯的主要来源）和假设3（1吨煤的产出是从煤被开采并被运出矿井中算起的）可知相对瓦斯涌出量中的为当天矿井内瓦斯的总体积，它不仅包括工作面产生的瓦斯，还包括在煤矿运输的过程中产生的瓦斯、煤巷两帮及顶底板放散出来的瓦斯及从采空区周围煤壁中放散出来的瓦斯。
（2）在对矿井中的总瓦斯体积的求解中，不能简单的将各个区内的瓦斯体积相加，因为从上面（二）的问题分析中我们发现回风巷I的瓦斯浓度（体积）与工作区I的浓度存在着量叠加的问题。
（3）回风巷I的瓦斯不完全来源于工作面I的瓦斯。因为从瓦斯来源来说，泛风在回风巷内流动时可能会增加来自其它几个方面产生的瓦斯（从监测出来的所有回风区瓦斯浓度大于相应工作区的瓦斯浓度也可以看出）。
同理，回风巷II与工作面II、工作面I、II和掘进工作面与总回风巷、回风巷I、II和掘进工作面与总回风巷同样存在（2）和（3）的情况，那么对于（1）瓦斯总体积的求解。我们只取其最大的总体积就可以了。从监测数据总体积可分为三类：工作面I、II和掘进工作面总体积、回风巷I、II和掘进工作面总体积、总回风巷总体积。通过以上（3）可知瓦斯量不断增加，则可推出总回风巷内总体积最大。
总回风巷的每小时瓦斯体积可由监测数据中的风速、瓦斯浓度（体积百分比）和各区面巷道的断面面积得出，它们满足如下关系：
每小时瓦斯体积（）=风速（）断面（）瓦斯百分比（浓度）3600 ……………………………………………………………………②
那么由假设5（在一天的每一班内（8小时）矿井内的风速、瓦斯浓度变化不大）我们可取具体每班的风速、瓦斯监测值作为该班的作业时（8小时）的风速、瓦斯值。从而可得一天内瓦斯总体模型为：
………………③
综合以上②和③两子模型，并根据30天的风速、瓦斯的监测值，我们可以编写一道程序对30天中每一天总瓦斯体积进行求解，但出于处理数据过多，赋值工作量大问题，我们并不是直接运用编程来求解每一天总瓦斯体积的值，而是运用Excel中的整体数据导入功能以及强大的运算功能，方便的对30天中每一天的瓦斯总体积进行求解，其结果如下数值表：
表1：前十天矿井中瓦斯总体积数值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
14416
.992
14158
.08
14586
.768
13832
.064
13769
.568
14698
.368
13984
.128
13663
.728
13666
.032
14019
.264
表2：中间十天矿井中瓦斯总体积数值
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
13776
.336
12990
.24
14685
.12
14152
.752
13471
.776
13981
.968
15005
.808
14106
.528
13703
.04
14005
.44
表3：后十天矿井中瓦斯总体积数值
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
14086
.368
14025
.6
14934
.672
13824
.864
13915
.44
13815
.36
14154
.048
13608
.576
14045
.184
14270
.544
在30天中每一天对应的相对瓦斯涌出量的数值表如下所示：
表4：前十天相对瓦斯涌出量数值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
24.15
23.52
22.83
22.45
22.57
25.00
24.03
22.58
23.36
22.61
表5：中间十天相对瓦斯涌出量数值
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
22.36
21.37
24.00
23.35
22.76
22.96
24.80
24.28
22.25
22.88
表6：后十天相对瓦斯涌出量数值
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
23.44
22.77
25.40
22.12
23.27
22.35
22.94
22.49
23.97
23.02
由每一天对应瓦斯涌出量和鉴别模型①，我们可以判断该矿井属于，即：高瓦斯矿井。
5.2判断煤矿不安全的程度
煤矿的安全程度分两个方面：一个方面是瓦斯爆炸的不安全程度；另一个方面是煤尘爆炸的不安全程度。根据《煤矿安全规程》第一百三十三条的分类标准，我们知道，当底瓦斯和高矿井的采煤工作面、回风巷的瓦斯浓度达到报警浓度或时，则认为煤矿不安全。
从煤尘的浓度考虑，当煤尘浓度底于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸，否则会发生爆炸、不安全。一般来说，煤尘爆炸的下限浓度为，上限浓度为。其中爆炸力最强的浓度范围为。但是，瓦斯参与使煤尘下限降低。
5.2.1瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响
我们从附件1可知，当瓦斯浓度低于4%时，煤尘的爆炸下限可用下式计算：
……………………………④
瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数如下表（表7）所示。
表7:瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数
空气中的瓦斯浓度%
0
0.50
0.75
1.0
1.50
2.0
3.0
4.0
1
0.75
0.60
0.50
0.35
0.25
0.1
0.05
瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系的具体的对应结果如下表（表8）所示。
表8:瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系
空气中瓦斯浓度(%)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4
煤尘爆炸下限浓度(g/m3)
30
~
50
22.5
~
37.5
15
~
25
10.5
~
17.5
6.5
~
12.5
4.5
~
7.5
3
~
5
2.5
~
3.5
1.5
~
2.5
5.2.2 分析表7、8的数据
根据表7的数据得到散点图，如图2所示。从图2中，观察到空气中的瓦斯浓度与降低系数之间具有二次函数的关系。根据图中数据的特点，假设降低系数与空气中的瓦斯浓度为与的关系，它们有下列关系：
…………………………式中，，是常数。
通过模型拟合得到最终模型：
……………………⑤
此模型可以求出各种瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数，从而得到瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系，如附表2所示。
图2：瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数的散点图
5.2.3判断煤矿不安全的程度的大小
根据所求出空气中有瓦斯时煤尘爆炸下限浓度，发现各监测点的煤尘浓度都低于相对应的下限浓度。为此，得出结论，该煤矿只存在瓦斯爆炸的不安全程度。煤矿存在瓦斯爆炸不安全的程度可以用概率表示。为了能更准确的判断该煤矿不安全程度的大小，从以下两个角度去讨论。
（1）按天讨论该煤矿的不安全程度
结合附表2的监测数据，统计出在一个月内，每天存在的不安全的概率，如表10所示。按天讨论来判断煤矿不安全的程度可用下式计算：
…………………………………⑥
根据公式，判断出该月煤矿不安全的程度：=0.0462963。
表10：每天煤矿出现不安全程度
日期
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
不安全的概率
0
0
0
0
0
0
0
日期
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
不安全的概率
0
0
0
0
0
0
0
0
（2）按各监测点讨论该煤矿的不安全程度
结合附表2的监测数据，可以知道一个月内监测瓦斯浓度的数据一共有个（如附录（附表2））所示，其中发现有25个数据，即有25个数据存在不安全性。为此，我们认为存在煤矿爆炸不安全的数据的总数占一个月内瓦斯浓度总数中的概率为该煤矿不安全的程度的大小，其结果，=0.0462963。
比较以上两种讨论方法，分析发现它们所得出的结果是一样。所以，可以确定该煤矿不安全程度：=0.0462963。
5.3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
由于矿井中总通风量来自于进风口的总进风巷风量，那么根据物理能量守衡原理，总进风巷的风量等于总回风巷的总出风量，回风巷的瓦斯与煤尘主要来源于工作面，则最佳通风量问题可以考虑为总回风巷最佳（总）出风量问题。在问题分析中我们知道最佳通风量问题是由安全风速的最大量来决定的。又因为矿井的瓦斯与煤尘与风速存在着反比与正比的关系（风速越大瓦斯浓度越低，煤尘量越大），根据比例传递性，我们可以推测出：对于一个特定的矿井，它们的瓦斯浓度与煤尘存在着一定的比例关系。则三者的关系如下所示：
那么一个月内各区域内的风速与瓦斯浓度、风速与煤尘、瓦斯浓度与煤尘的比例关系如下所示：
； ；
其中y为1、2、3、4、5、6分别代表工作面I、工作面II、掘进工作面、回风巷I、回风巷II、总回风巷
运用Excel求解出每个区域内相应的比例系数如下表（表12）所示：
表12每个区域内相应的比例系数值
（风速与瓦斯比例数）
（风速与煤尘比例数）
（煤尘与瓦斯比例数）
工作面I
3.49323209
0.298624145
11.69775503
工作面II
2.4025941
0.275017831
8.736139369
掘进工作面
9.756652153
0.304964539
31.99274311
回风巷I
2.912469287
0.281737425
10.33753071
回风巷II
2.298169557
0.292861089
7.847302505
总回风巷
8.302503
0.7362025
11.277472
由假设（1）监测数据具有代表性，那么这三者一个月内的平均量之间的比例关系可代表这个矿井的风速与瓦斯浓度、风速与煤尘、瓦斯浓度与煤尘的比例关系。至此，我们可以根据《煤矿安全规程》第一百零一条中各区域内的风速的限制条件以及上面三者之间的关系，可以建立它们的最大安全风速的线性规划模型：
其中是《煤矿安全规程》第一百零一条的区域风速限制范围，瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数。
代入数据得到最大安全风速，如下表（表13）所示。
表13：风速值
总回风巷
最大安全风速为8m/s
回风巷I
最大安全风速为3.680839m/s
回风巷II
最大安全风速为3.316453m/s
工作面I
最大安全风速为4m/s
工作面II
最大安全风速为3.297859m/s
掘进工作面
最大安全风速为4m/s
局部通风机
最大安全风速为81.24467m/s
根据风量的计算公式：，又由表13中已求出的风速就可以分别确定该煤矿所需要的最佳(总)通风量为，采煤工作面I所需要的风量为，采煤工作面II所需要的风量为，局部通风机的最大额定风量为。
6 模型分析与评价
6.1从模型的假设来分析
在模型的假设中，我们所作的假设都非常符合于现实情况和实事的需求的，如假设2矿井中瓦斯的四大主要来源是符合现实的科学情况的、是合乎每一个矿井瓦斯来源的。
6.2从模型的真实性来分析
模型是在现有的数据条件下，总结出的合理的规律建立起来的模型，而根据模型求解出来的又如实的反映现实中的情况。如在运用线性规划求解最佳通风量的问题上，根据能量守衡的原理，最佳（总）通风量应该等于最佳（总）出风量，但在模型所求解的最佳（总）出风量大约比最佳通风量小。而这恰恰与题设的事实条件（实际中，井巷可能会出现漏风现象）。
6.3从模型的求解方法来分析
根据实际问题，分别对问题进行分类取量分析、数据拟合分析、线性规划分析等多种方法来进行建模求解，使模型更接近于真实性
综上分析：该模型的具有合理性，真实性等优点，但它只是针对于该矿井的具体实例，缺乏模型的扩展性，对其中一些细节问题考虑得过于粗糙，也有其不足之处。
7 模型推广
问题1中所建立的鉴别模型可以用来鉴别矿井瓦斯的等级，只要知道瓦斯的相对涌出量和绝对涌出量就可以鉴别任何一个矿井属于那类矿井瓦斯等级，从而依照矿井瓦斯等级进行管理，减少不安全程度。问题2中用到了模型拟合的方法，建立瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数模型，该模型中已知煤矿瓦斯浓度就可以求出煤尘下限的影响系数，同时根据煤尘爆炸下限的公式就可以计算出煤尘爆炸下限，从而可以方便的判断煤矿的安全程度。该模型可以运用到任何一个煤矿中。问题3中所建立的模型能用来确定最佳通风量，该模型运用不受限制。
8 对煤矿安全生产的建议
在今天“以人为本”、可持续发展的社会环境中，安全与生产效益密不可分，只有生产安全,才能保证企业更好的运营，从而实现其理想的经济效益。所以我们没个人都应该在思想上与时俱进，增强对安全生产工作的主动性和预见性，做到未雨绸缪。
综合我国发展情况，我们煤矿的安全生产提出以下几点建议：
（1）发挥好安全理念的先导作用，保持管理者和矿工的心理安全。
（2）搞好宣传教育作用，牢固树立员工“安全第一”的意识，增强矿工的自救、急救能力。
（3）发挥好管理规范作用，提高职工安全素质。
（4）管理者要尽力提高煤矿安全生产水平
（5）严格各项制度的落实，降低伤亡事故的发生。
（6）针对重点，解决难点，全面防范生产安全事故
（7）尊重客观规律，合理开采利用，维持生态平衡。
（8）倡导“木桶理论”下的螺旋上升理念。
9 参考文献
[1] 金芳勇、石必明，模糊综合评判在煤与瓦斯突出监测中的应用[J]，矿业快报，3期，30-32，2006
[2] 俞启香，矿井瓦斯防治技术[M]，徐州：中国矿业大学出版社 ，1990
[3] 埃特，Matlab7及工程解决方案[M]，北京：机械工业出版社，2006.3.15
[4] 吉奥丹诺(Giordano,F. R.)等著，叶其孝等译，数学建模（原书第3版）[M]，北京：机械工业出版社，2005.1
[5] 国家煤矿安全监察局，煤矿安全规程，
http://www.china- ，2006.9.15
[6] 如何实现安全生产和健康发展，
10 附录
附图1
附件1
第一百三十三条 一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。
矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：
（一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。
（二）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。
（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。
每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省（自治区、直辖市）煤炭管理部门审批，并报省（自治区、直辖市）煤矿安全监察机构备案。
新矿井设计文件中，应有各煤层的瓦斯含量资料。
附件2
第一百六十八条 甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合表1规定。
表1甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围
甲烷传感器设置地点
报警浓度
断电浓度
复电浓度
断电范围
低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面
工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备
煤（岩）与瓦斯突出矿井的采煤工作面
工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备
高瓦斯和煤（岩）与瓦斯突出矿井的采煤工作面回风巷
工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备
本规程第一百三十六条所规定的装有矿井安全监控系统的采煤工作面回风巷
工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备
专用排瓦斯卷
工作面内全部非本质安全型电气设备
煤（岩）与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷
进风巷内全部非本质安全型电气设备
采用串联通风的被串采煤工作面进风巷
被串联工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备
采煤机
采煤机电源
低瓦斯、高瓦斯、煤（岩）与瓦斯突出矿井的煤卷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面
掘进巷道内全部非本质安全型电气设备
高瓦斯、煤（岩）与瓦斯突出矿井的煤卷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中
掘进巷道内全部非本质安全型电气设备
采用串联通风的被串掘进工作米那局部通风机前
被串联掘进巷道内全部非本质安全型电气设备
掘进机
采煤机电源
回风流中机电设备硐室的进风侧
机电设备硐室内全部非本质安全型电气设备
高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时 的装煤点和瓦斯涌出巷道的下风流处
在煤（岩）与瓦斯突出矿井忽然瓦斯喷出区域中，进风主要运输巷道内使用的矿用防爆特殊蓄电池电机车
机车电源
在煤（岩）与瓦斯突出矿井忽然瓦斯喷出区域中，主要回风巷内使用的矿用防爆特殊蓄电池电机车
机车电源
兼做回风井的装有带式输送机的井筒
并筒内全部非本质安全型电气设备
瓦斯抽放泵站室内
利用瓦斯时瓦斯抽放泵站输出管道中
不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备的瓦斯抽放泵站输出管道中
井下临时抽放瓦斯泵站下风侧栅栏外
抽放瓦斯泵
附件3
第一百零一条 井巷中的风流速度应符合表2要求。
表2井巷中的允许风流速度
井巷名称
允许风速/（m/s）
最低
最高
无提升设备的风井和风硐
15
专为升降物料的井筒
12
风桥
10
升降人员和物料的井筒
8
主要进、回风巷
8
架线电机车巷道
1.0
8
运输机巷、采区进、回风巷
0.25
6
采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
0.25
4
掘进中的岩巷
0.15
4
其他通风人行巷道
0.15
附表1
瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度的关系
空气中瓦斯浓度(%)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4
煤尘爆炸下限浓度(g/m3)
30
~
50
22.5
~
37.5
15
~
25
10.5
~
17.5
6.5
~
12.5
4.5
~
7.5
3
~
5
2.5
~
3.5
1.5
~
2.5
附表2
各监测点的煤尘爆炸下限浓度，瓦斯和煤尘的监测数据
监测
日期 点
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
煤尘爆炸下限浓度
瓦斯
煤尘
煤尘爆炸下限浓度
瓦斯
煤尘
煤尘爆炸下限浓度
瓦斯
煤尘
煤尘爆炸下限浓度
瓦斯
煤尘
煤尘爆炸下限浓度
瓦斯
煤尘
煤尘爆炸下限浓度
瓦斯
煤尘
1
早班
19.34~
32.23
0.71
8
16.57~
27.62
0.94
7.67
25.44~
42.40
0.26
7.44
18.72~
31.20
0.76
7.52
16.11~
26.85
0.98
7.23
19.85~
33.08
0.67
7.05
中班
20.49~
34.15
0.62
8.4
17.63~
29.38
0.85
7.51
25.44~
42.40
0.26
7.45
19.97~
33.29
0.66
7.93
17.15~
28.59
0.89
7.27
20.75~
34.58
0.6
7.28
晚班
19.97~
33.29
0.66
7.61
17.99~
29.98
0.82
7.51
25.01~
41.68
0.29
7.62
19.09~
31.82
0.73
7.14
17.03~
28.39
0.9
7.07
20.36~
33.93
0.63
6.8
2
早班
20.49~
34.15
0.62
7.69
17.63~
29.38
0.85
7.7
25.88~
43.13
0.23
7.31
19.85~
33.08
0.67
7.33
17.03~
8.39
0.9
7.25
20.75~
34.58
0.6
7.06
中班
20.36~
33.93
0.63
7.99
16.80~
28.00
0.92
7.74
25.44~
42.40
0.26
7.47
19.72~
32.87
0.68
7.73
16.11~
26.85
0.98
7.35
20.23~
33.72
0.64
7.22
晚班
19.97~
33.29
0.66
7.87
17.15~
28.59
0.89
7.85
26.03~
43.38
0.22
7.56
19.34~
32.23
0.71
7.31
16.69~
27.81
0.93
7.41
20.49~
34.15
0.62
7.03
3
早班
18.47~
30.79
0.78
7.75
17.15~
28.59
0.89
7.67
25.29~
42.16
0.27
7.42
17.87~
29.78
0.83
7.36
16.45~
27.42
0.95
7.32
19.72~
32.87
0.68
7.03
中班
19.34~
32.23
0.71
7.71
16.80~
28.00
0.92
7.56
25.44~
42.40
0.26
7.
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