1、高教社杯全國大學生數學建模競賽承諾書我們仔細閱讀了中國大學生數學建模競賽的競賽規則 我們完全明白，在競賽開始后參賽隊員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網上咨詢等）與隊外的任何人（包括指導教師）研究、討論與賽題有關的問題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競賽規則的 ，如果引用別人的成果或其他公開的 資料（包括網上查到的資料），必須按照規定的參考文獻的表述方式在正文引用處和參 考文獻中明確列出。我們鄭重承諾，嚴格遵守競賽規則，以保證競賽的公正、公平性。如有違反競賽規則的行為，我們將受到嚴肅處理。我們參賽的題目是： 我們的參賽報名號為（如果賽區設置報名號的話） ：所屬學校（請填寫完整的全名）：參賽

2、隊員（打印并簽名）：1.2.3.指導教師或指導教師組負責人（打印并簽名）：日期：年月日賽區評閱編號（由賽區組委會評閱前進行編號）： 高教社杯全國大學生數學建模競賽編號專用頁賽區評閱編號（由賽區組委會評閱前進行編號）：賽區評閱記錄（可供賽區評閱時使用）：評閱人評分OOOOOOOOOO備注全國統一編號（由賽區組委會送交全國前編號）：全國評閱編號（由全國組委會評閱前進行編號）煤礦瓦斯和煤塵的監測與控制摘要探討煤礦瓦斯和煤塵的監測與控制問題。 根據某煤礦通風系統示意圖， 對該煤礦一 個月內各監測點的監測數據分析，遵守煤礦安全規程的規定，用數學建模的思想去 鑒別該煤礦的瓦斯等級，判斷煤礦不安全的程度的大

3、小，確定該煤礦需要的最佳（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。針對問題 1，在對該煤礦瓦斯等級的鑒別過程中，根據煤礦安全規程第一百三 十三條規定，運用數據的分類取量來建立鑒別高、低瓦斯煤礦的模型，并簡單的利用 Excel 整體數據導入與綜合運算等強大功能對監測數據進行數據處理，求出該煤井一個 月內的絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量， 從而利用模型鑒別出該煤井是屬于 “高瓦斯 礦井”。針對問題 2，在判別該煤礦不安全的程度大小的過程中，根據煤礦安全規程第 一百六十八條的規定，參照瓦斯濃度對煤塵爆炸下限的影響系數，用模型擬合的方法， 建立了瓦斯濃度對煤塵下限的影響系數模

4、型， 并根據煤塵爆炸下限計算公式求出了各監 測點的空氣中有瓦斯時的煤塵爆炸下限， 再根據各監測點的煤塵濃度與該監測點相應的 煤塵爆炸下限比較，利用了兩種方法同時判別出該煤礦不安全的程度大小為 0.0462963針對問題 3，在對該煤礦需要的最佳（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的確定中， 根據某煤礦通風系統示意圖中井巷風量的分流情 況、煤礦安全規程第一百零一條對各井巷中風速的要求，結合監測數據，找出各監并確定了對最佳風量是建立求解能保障安全生總）通風量為 40m3/s、測點的瓦斯和煤塵、 風速和瓦斯以及風速和煤塵之間比例關系， 由最大安全風量決定的， 利用該比例

5、關系結合線性規劃的方法， 產的風速的模型，再由求風量公式就能確定出該煤礦需要的最佳 采煤工作面I所需要的風量為16m/s、采煤工作面U所需要的風量為13.19m/s和局部通風機的額定風量為 612.57m3/min 。關鍵詞： 瓦斯相對涌出量，瓦斯絕對涌出量，模型擬合，線性規劃，風量，乏風，最佳通風量，監測與控制，煤塵爆炸下限，最大安全風0 問題背景當前，煤礦的安全生產已成為社會關注的熱點問題之一， 尤其在能源緊張，對煤的 需求量不斷增加的情況下， 煤礦的安全生產問題更為值得我們關注， 同時這也是構建和 諧、穩定社會的重要組成部分。據新華社北京 2006年 2月5日電（記者劉錚）國家安全生產監

6、督管理總局局長李 毅中 5 日表示：今年的安全監管工作重點要在遏制煤礦等重特大事故、 深化安全專項整 治、探尋實施治本之策、加強企業安全基礎工作方面實現新的突破。同時，國家煤礦安全規程給出了煤礦預防瓦斯爆炸的措施和操作規程，以及相 應的標準。規程要求煤礦都必須安裝瓦斯自動檢控系統和通風系統， 瓦斯檢控系統要求 所有的采煤工作面和回風巷及部分進風巷都要設置安裝瓦斯傳感器， 每個傳感器都與地 面控制中心相連，當井下瓦斯濃度超標時，控制中心將自動切斷電源，停止采煤工作， 人員撤離采煤現場。據不完全統計， 2005 年全國煤礦發生事故 405起，死亡 2157人。瓦斯事故死亡人 數占全國煤礦事故總死亡

7、人數的 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。這些事故所造成的經濟損失是 重大的，給社會和傷亡人員的家庭所造成影響與損失是無法估量的。 我們注意到，大部 分煤礦事故的罪魁禍首都是瓦斯或煤塵爆炸， 瓦斯在煤礦的開采中是不可避免的。 因此， 礦井下的瓦斯和煤塵對煤礦的安全生產構成了重大威脅， 做好煤礦井下瓦斯和煤塵的監 測與控制是保證煤礦安全生產的關鍵所在。問題重述煤礦安全生產是我國目前亟待解決的問題之一， 做好井下瓦斯和煤塵的監測與控制 是實現安全生產的關鍵環節（見附件 1）。瓦斯是一種無毒、無色、無味的可燃氣體

8、，其主要成分是甲烷，在礦井中它通常從 煤巖裂縫中涌出。瓦斯爆炸需要三個條件：空氣中瓦斯達到一定的濃度；足夠的氧氣； 一定溫度的引火源。煤塵是在煤炭開采過程中產生的可燃性粉塵。煤塵爆炸必須具備三個條件 : 煤塵本 身具有爆炸性； 煤塵懸浮于空氣中并達到一定的濃度； 存在引爆的高溫熱源。 試驗表明， 一般情況下煤塵的爆炸濃度是302000g/m 3,而當礦井空氣中瓦斯濃度增加時，會使 煤塵爆炸下限降低，結果如附表 1 所示。國家煤礦安全規程給出了煤礦預防瓦斯爆炸的措施和操作規程，以及相應的專 業標準 （見附件 2）。規程要求煤礦必須安裝完善的通風系統和瓦斯自動監控系統，所有的采煤工作面、 掘進面和

9、回風巷都要安裝甲烷傳感器， 每個傳感器都與地面控制中心相 連，當井下瓦斯濃度超標時，控制中心將自動切斷電源，停止采煤作業，人員撤離采煤 現場。具體內容見附件 2 的第二章和第三章。附圖 1 是有兩個采煤工作面和一個掘進工作面的礦井通風系統示意圖，請你結合附 表 2 的監測數據，按照煤礦開采的實際情況研究下列問題：問題 1：根據煤礦安全規程第一百三十三條的分類標準（見附件 2），鑒別該礦是屬于“低瓦斯礦井”還是“高瓦斯礦井” 。問題 2：根據煤礦安全規程第一百六十八條的規定，并參照附表1，判斷該煤礦不安全的程度（即發生爆炸事故的可能性）有多大？問題 3：為了保障安全生產，利用兩個可控風門調節各采

10、煤工作面的風量，通過一 個局部通風機和風筒實現掘進巷的通風（見下面的注） 。根據附圖 1 中各井巷風量的分 流情況、對各井巷中風速的要求（見煤礦安全規程第一百零一條） ，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（實際中，井巷可能會出現漏風現象） 。注 掘進巷需要安裝局部通風機， 其額定風量一般為 150400 m3/min 。局部通風機所在 的巷道中至少需要有 15%的余裕風量 （新鮮風）才能保證風在巷道中的正常流動， 否則 可能會出現負壓導致乏風逆流，即局部通風機將乏風吸入并送至掘進工作面。問題分析由給出了一個煤

11、礦礦井實例以及相應數據（礦井通風系統示意圖，監測數據， 煤 礦安全規程等）的條件下，要求對該礦井的類型和不安全程度分別進行鑒別和判斷； 并且進一步要求在保障安全生產的前提下考慮如何確定該煤礦需要的最佳 （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。在第一問對礦井類型鑒別中，主要是對瓦斯的相對涌出量與絕對涌出量進行判斷。 我們由已知條件知道相對瓦斯涌出量、 絕對瓦斯涌出量分別與瓦斯的體積、 煤的日產量 有關，如果我們知道該煤礦瓦斯的體積和煤日產量， 就能夠很容易求出相對瓦斯涌出量 與絕對瓦斯涌出量。 但通過觀察分析我們發現瓦斯濃度在現有給出的監測數據中存在量 疊加的重復問題

12、（如回風巷 I 的瓦斯來源于工作面 I 以及其它部分放散出來的） ，因而 簡單的對各區相對瓦斯量相加是不可取的。 為此，我們對現有的監測數據按各個監測點 分類考慮。 并取礦井瓦斯總體積最大量作為瓦斯的總體積， 來就求解相對和絕對瓦斯涌 出量，進而鑒別該礦井的類型。在第二問對判斷煤礦不安全的程度中， 我們分析發現煤礦不安全程度主要由瓦斯爆 炸的不安全程度和煤塵爆的不安全程度組成。首先、根據煤礦安全規程第一百三十三條的分類標準及煤塵濃度的上、下限的般范圍，可以知道瓦斯濃度和煤塵對煤礦安全的影響。其次、就煤礦中瓦斯參與對煤塵下限的影響， 根據二者的數據對應關系來判斷空氣 中瓦斯濃度和煤塵下限降低系數

13、的關系，從而確定瓦斯濃度與煤塵爆炸下限濃度關系， 然后從不同日期和監測點分別對該礦的安全程度進行討論， 通過對比分析來確定出該煤 礦的不安全程度。在第三問對礦井所需要的最佳（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的確定中， 最主要的問題就是如何對最佳 （總）通風量確定的 問題。根據題目給出的數據分析可知， 通風量主要受風速與斷面的影響并與風速存正比 的關系。但風速受煤礦安全規程第一百零一條的要求限制。那么要使總通風量達到 最佳，必須要使受限的風速在滿足于瓦斯和煤塵在爆炸范圍之外時達到最大。 而在對風 速最大安全風速求解問題上，可以根據限制條件把風速歸納為線性規劃問題

14、。名詞解釋與模型假設名詞解釋（1）采煤工作面 礦井中進行開采的煤壁 （采煤現場 ）；（2）掘進巷 用爆破或機械等方法開鑿出的地下巷道，用以準備新的采煤區和采煤工作面；（3）掘進工作面 掘進巷盡頭的開掘現場；（4）新鮮風 不含瓦斯和煤塵等有害物質的風流；（5）乏風 含有一定濃度的瓦斯和煤塵等有害物質的風流；（6）礦井通風 向礦井連續輸送新鮮空氣， 供給人員呼吸，稀釋并排出有害氣和浮塵，改善井下氣候條件及救災時控制風流的作 業；（7）瓦斯絕對涌出量 單位時間內涌出的瓦斯量；單位為 m3/min；（8） 瓦斯相對涌出量礦井平均日產噸煤涌出的瓦斯量；單位為 m3/日.t;（9）煤塵上限和下限濃度 單位

15、體積中能夠發生煤塵爆炸的最低和最高煤塵含量；（10）上限和下限濃度 單位體積中能夠發生煤塵爆炸的最低或最高煤塵量；（11）風量 單位時間內空氣的體積；（12）大安全風：受煤礦安全規程第一百零一條的要求限制風速，在滿足于瓦斯和 煤塵在爆炸范圍之外時達到最大的風速；模型假設（1）該礦井給出的這一個月內的監測數據具有代表性 （能夠反映平常礦井內風速、瓦斯、煤塵情況）；（2）礦井中的瓦斯產生主要有四個來源，即：從采落下來的煤炭內放散出來的，從采掘工作面的煤壁內放散出來的，從煤巷兩幫及頂底板放散出來的，從采空區 周圍煤壁中放散出來的；（3）煤的產出量是從煤被運出礦井后算起；（4）礦井為全天（ 24小時）

16、作業且每班次的工作時間都為 8小時；（5）在一天的每一班次（ 8 小時）內礦井內的風速、瓦斯濃度變化不大；（6）當煤礦瓦斯和煤塵在爆炸范圍之外（即煤礦達到安全時） ，礦井內的風速大也比風速小要好；4符號說明Pi 第i日產煤的噸數（t/d ）；i 天數 i （1、2、330）；H 高瓦斯礦井；L 低瓦斯礦井；A 第i天礦井相對瓦斯涌出量；R 第i天礦井絕對相對瓦斯涌出量（m3 / min）；ijk 第i天內j班k區內測點的風速；Vi 第i天內瓦斯的總體積（m3）；Sk 各采煤區的進風巷、回風巷、掘進巷和掘進巷道中的風筒的橫截面積；t 早班、中班、晚班各通風的時間，其均為 8小時； 第i天內j班k

17、區內測點監測點空中瓦斯濃度，即體積百分比;k k為1、2、3、4、5、6分別代表工作面I、工作面II、掘進工作面、回風巷I、回風巷II、總回風巷；j j為1、2、3分別代表一天中的早班、中班、晚班；;m 空氣中有瓦斯時的煤塵爆炸下限，g/m3 ；、 煤塵的爆炸下限，一般為3050g/m3 ；K 瓦斯參與使煤塵爆炸下限降低的降低系數；n 一個月天數；C 每天出現不安全的程度；c 一個月內煤礦出現不安全的程度大;5模型建立與求解5.1咼、低瓦斯礦井的鑒別由煤礦安全規程第一百三十三條的礦井分類標準鑒別如下圖所示:相對瓦斯涌出量w 10m3/t且絕對瓦斯涌出量w 40m3/min低瓦斯礦井鑒別相對瓦斯

18、涌出量10m 3/t或絕對瓦斯涌出量40m3/min*高瓦斯礦井3即：當相對瓦斯涌出量w 10m /1且絕對瓦斯涌出量 40m3/min時，該礦井屬于33低瓦斯礦井；當相對瓦斯涌出量10m 3/t或絕對瓦斯涌出量40m /min時該礦井屬 于高瓦斯礦井。由此可得出鑒別模型：(A 10m3/t) & &( R 40m3/mi n)其中AiH(Ai10m3 /t)(Ri 40m3 / min)VPi;R 一 60 ijk sk 卩ijk在這模型中我們只要知道相對瓦斯涌出量 井類型做出鑒別。為了求出瓦斯的相對涌出量,A與絕對瓦斯涌出量 R就可以對該礦 根據假設做出以下三點分析：（1）由相對瓦斯涌出量

19、的概念（礦井平均日產噸煤涌出的瓦斯量）與假設2 （瓦斯的主要來源）和假設3 （1噸煤的產出是從煤被開采并被運出礦井中算起的）可知相對瓦斯涌出量Ai中的V為當天礦井內瓦斯的總體積，它不僅包括工作面產生的瓦斯，還包括在煤礦運輸的過程中產生的瓦斯、 煤巷兩幫及頂底板放散出來的瓦斯及 從采空區周圍煤壁中放散出來的瓦斯。（2）在對礦井中的總瓦斯體積的求解中， 不能簡單的將各個區內的瓦斯體積相加， 因為從上面（二）的問題分析中我們發現回風巷 I的瓦斯濃度（體積）與工作區I的濃 度存在著量疊加的問題。（3）回風巷I的瓦斯不完全來源于工作面I的瓦斯。因為從瓦斯來源來說，泛風 在回風巷內流動時可能會增加來自其它

20、幾個方面產生的瓦斯 （從監測出來的所有回風區 瓦斯濃度大于相應工作區的瓦斯濃度也可以看出）。同理，回風巷II與工作面II、工作面I、II和掘進工作面與總回風巷、回風巷I、 II和掘進工作面與總回風巷同樣存在（2）和（3）的情況，那么對于（1）瓦斯總體積 的求解。我們只取其最大的總體積就可以了。 從監測數據總體積可分為三類：工作面I、 II和掘進工作面總體積、回風巷I、II和掘進工作面總體積、總回風巷總體積。通過 以上（3）可知瓦斯量不斷增加，貝U可推出總回風巷內總體積最大。總回風巷的每小時瓦斯體積可由監測數據中的風速、瓦斯濃度（體積百分比）和各區面巷道的斷面面積得出，它們滿足如下關系：每小時瓦

21、斯體積（m/h）=風速（mS）斷面（m2）瓦斯百分比（濃度）3600 ,那么由假設5 （在一天的每一班內（8小時）礦井內的風速、瓦斯濃度變化不大） 我們可取具體每班的風速、瓦斯監測值作為該班的作業時（ 8小時）的風速、瓦斯值。 從而可得一天內瓦斯總體模型為：ViVjn (123),綜合以上和兩子模型，并根據 30天的風速、瓦斯的監測值，我們可以編寫一道程序對30天中每一天總瓦斯體積Vi進行求解，但出于處理數據過多，賦值工作量大問題，我們并不是直接運用編程來求解每一天總瓦斯體積的值，而是運用Excel中的整體數據導入功能以及強大的運算功能，方便的對30天中每一天的瓦斯總體積進行求解， 其結果如下

22、數值表：表1:前十天礦井中瓦斯總體積數值1234567891014416141581458613832137691469813984136631366614019.992.08.768.064.568.368.128.728.032.264表2:中間十天礦井中瓦斯總體積數值1112131415161718192013776129901468514152134711398115005141061370314005.336.24.12.752.776.968.808.528.04.44表3:后十天礦井中瓦斯總體積數值21222324252627282930140861402514934138241

23、3915_1381514154136081404514270.368.6.672.864.44.36.048.576.184.544在30天中每一天對應的相對瓦斯涌出量的數值表如下所示:表4:前十天相對瓦斯涌出量數值1234567891024.1523.5222.8322.4522.5725.0024.0322.5823.3622.61表5:中間十天相對瓦斯涌出量數值1112131415161718192022.3621.3724.0023.3522.7622.9624.8024.2822.2522.88表6:后十天相對瓦斯涌出量數值2122232425262728293023.4422.77

24、25.4022.1223.2722.3522.9422.4923.9723.02由每一天對應瓦斯涌出量和鑒別模型，我們可以判斷該礦井屬于H ，即：高瓦斯礦井。5.2判斷煤礦不安全的程度煤礦的安全程度分兩個方面：一個方面是瓦斯爆炸的不安全程度；另一個方面是煤 塵爆炸的不安全程度。根據煤礦安全規程第一百三十三條的分類標準，我們知道， 當底瓦斯和高礦井的采煤工作面、回風巷的瓦斯濃度達到報警濃度或_1.0%CH4時，則認為煤礦不安全。從煤塵的濃度考慮，當煤塵濃度底于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會發生爆 炸，否則會發生爆炸、不安全。一般來說，煤塵爆炸的下限濃度為3050g/m3，上限濃度為10002

25、000g/m3。其中爆炸力最強的濃度范圍為300500g/m3。但是，瓦斯參 與使煤塵下限降低。5.2.1瓦斯濃度對煤塵爆炸下限的影響我們從附件1可知，當瓦斯濃度低于4%寸，煤塵的爆炸下限可用下式計算:5m = K 6J J J J J J J J J J J瓦斯濃度對煤塵爆炸下限的影響系數如下表(表7)所示。表7:瓦斯濃度對煤塵爆炸下限的影響系數空氣中的瓦斯濃度%00.500.751.01.502.03.04.0K10.75 :0.600.50 :0.350.25 :0.10.05瓦斯濃度與煤塵爆炸下限濃度關系的具體的對應結果如下表(表8)所示表8:瓦斯濃度與煤塵爆炸下限濃度關系空氣 中瓦

26、斯濃 度(%)00.51.01.52.02.53.03.54煤塵3022.51510.56.54.532.51.5爆炸下限 濃度(g/m3)5037.52517.512.57.553.52.5522分析表7、8的數據根據表7的數據得到散點圖，如圖2所示。從圖2中，觀察到空氣中的瓦斯濃度與降低系數之間具有二次函數的關系。 根據圖中數據的特點，假設降低系數K與空氣中的瓦斯濃度W為 與，的關系，它們有下列關系:2=a b c,式中 a，b，c是常數。通過模型擬合得到最終模型：n = 0.0738國 2-0.5234國 + 0.9791,此模型可以求出各種瓦斯濃度對煤塵爆炸下限的影響系數，從而得到瓦斯

27、濃度與煤塵爆 炸下限濃度關系，如附表2所示。瓦斯濃度對煤塵爆炸下限的影響系數圖2:瓦斯濃度對煤塵爆炸下限的影響系數的散點圖5.2.3判斷煤礦不安全的程度的大小根據所求出空氣中有瓦斯時煤塵爆炸下限濃度，發現各監測點的煤塵濃度都低于相 對應的下限濃度。為此，得出結論，該煤礦只存在瓦斯爆炸的不安全程度。煤礦存在瓦 斯爆炸不安全的程度可以用概率表示。為了能更準確的判斷該煤礦不安全程度的大小， 從以下兩個角度去討論。（1）按天討論該煤礦的不安全程度結合附表2的監測數據，統計出在一個月內，每天存在的不安全的概率P，如表10所示。按天討論來判斷煤礦不安全的程度可用下式計算：n CiC =J J J J J

28、J J J J J J J Jn根據公式，判斷出該月煤礦不安全的程度：C =0.0462963。表10:每天煤礦出現不安全程度日 期1234567891011121314150011140120001201818181818181818日 期161718192021222324252627282930040001020101021安全的概率18181818181818（2）按各監測點討論該煤礦的不安全程度結合附表2的監測數據，可以知道一個月內監測瓦斯濃度的數據一共有30 18個（如附錄（附表2）所示，其中發現有25個數據蘭1.0%CH4，即有25個數據存在不安 全性。為此，我們認為存在煤礦爆炸

29、不安全的數據的總數占一個月內瓦斯濃度總數中的 概率為該煤礦不安全的程度的大小，其結果，C =0.0462963。比較以上兩種討論方法，分析發現它們所得出的結果是一樣。 所以，可以確定該煤 礦不安全程度：C =0.0462963。5.3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 風機的額定風量由于礦井中總通風量來自于進風口的總進風巷風量，那么根據物理能量守衡原理，總進風巷的風量等于總回風巷的總出風量，回風巷的瓦斯與煤塵主要來源于工作面， 則最佳通風量問題可以考慮為總回風巷最佳 （總）出風量問題。在問題分析中我們知道最 佳通風量問題是由安全風速的最大量來決定的。 又

30、因為礦井的瓦斯與煤塵與風速存在著 反比與正比的關系（風速越大瓦斯濃度越低，煤塵量越大），根據比例傳遞性，我們可以推測出：對于一個特定的礦井，它們的瓦斯濃度與煤塵存在著一定的比例關系。則三 者的關系如下所示：表12每個區域內相應的比例系數值K1y （風速與瓦斯比例數）K2y（風速與煤塵比 例數）瓷3y（煤塵與瓦斯比例數）工作面13.493232090.29862414511.69775503工作面II2.40259410.2750178318.736139369掘進工作面9.7566521530.30496453931.99274311回風巷12.9124692870.28173742510.3

31、3753071回風巷II2.2981695570.2928610897.847302505總回風巷8.3025030.736202511.277472ijk=UijkI mijk=那么一個月內各區域內的風速與瓦斯濃度、下所示：iZ ViZ VK1y =ii；K2y =ii ；Z pZ mi丄i=ijk ： ijkijk m ijkKPijkijk風速與煤塵、瓦斯濃度與煤塵的比例關系如I、mi -13 yiZ Pi =1其中y為1、2、3、4、5、6分別代表工作面回風巷II、總回風巷I、工作面II、掘進工作面、回風巷運用Excel求解出每個區域內相應的比例系數如下表（表12）所示:由假設（1）監

32、測數據具有代表性，那么這三者一個月內的平均量之間的比例關系 可代表這個礦井的風速與瓦斯濃度、風速與煤塵、瓦斯濃度與煤塵的比例關系。至此， 我們可以根據煤礦安全規程第一百零一條中各區域內的風速的限制條件以及上面三 者之間的關系，可以建立它們的最大安全風速的線性規劃模型：(hyP +k2ym)：m ax z =23y?A Ctiym 30m 50其中c)是煤礦安全規程第一百零一條的區域風速限制范圍，瓦斯濃度對煤塵2爆炸下限的影響系數 =0.0738 -0.5234 +0.9791代入數據得到最大安全風速，如下表(表 13)所示表13:風速值總回風巷最大安全風速為8m/s回風巷I最大安全風速為3.6

33、80839m/s回風巷II最大安全風速為3.316453m/s工作面I最大安全風速為4m/s工作面II最大安全風速為3.297859m/s掘進工作面最大安全風速為4m/s局部通風機最大安全風速為81.24467m/s根據風量的計算公式：風量二風速 橫截面積，又由表13中已求出的風速就可以分 別確定該煤礦所需要的最佳(總)通風量為8 5 = 40(m3/s)，采煤工作面I所需要的風量 為4 4=16(m3/s)，采煤工作面II所需要的風量為3.297859 4 ： 13.19(m3/s)，局部通 風機的最大額定風量為 81.24467 0.04 二 60612.57(m3/min)。6模型分析與

34、評價6.1從模型的假設來分析在模型的假設中，我們所作的假設都非常符合于現實情況和實事的需求的，如假設2礦井中瓦斯的四大主要來源是符合現實的科學情況的、是合乎每一個礦井瓦斯來源的。6.2從模型的真實性來分析模型是在現有的數據條件下，總結出的合理的規律建立起來的模型， 而根據模型求 解出來的又如實的反映現實中的情況。 如在運用線性規劃求解最佳通風量的問題上， 根 據能量守衡的原理，最佳（總）通風量應該等于最佳（總）出風量，但在模型所求解的 最佳（總）出風量大約比最佳通風量小 5m3 / s 。而這恰恰與題設的事實條件（實際中， 井巷可能會出現漏風現象） 。從模型的求解方法來分析 根據實際問題，分別

35、對問題進行分類取量分析、 數據擬合分析、線性規劃分析等多種方 法來進行建模求解，使模型更接近于真實性 綜上分析：該模型的具有合理性，真實性等優點，但它只是針對于該礦井的具體實例， 缺乏模型的擴展性，對其中一些細節問題考慮得過于粗糙，也有其不足之處。模型推廣問題 1 中所建立的鑒別模型可以用來鑒別礦井瓦斯的等級， 只要知道瓦斯的相對涌 出量和絕對涌出量就可以鑒別任何一個礦井屬于那類礦井瓦斯等級， 從而依照礦井瓦斯 等級進行管理，減少不安全程度。 問題 2 中用到了模型擬合的方法， 建立瓦斯濃度對煤 塵爆炸下限的影響系數模型， 該模型中已知煤礦瓦斯濃度就可以求出煤塵下限的影響系 數，同時根據煤塵爆

36、炸下限的公式就可以計算出煤塵爆炸下限， 從而可以方便的判斷煤 礦的安全程度。 該模型可以運用到任何一個煤礦中。 問題 3中所建立的模型能用來確定 最佳通風量，該模型運用不受限制。對煤礦安全生產的建議在今天“以人為本”、可持續發展的社會環境中，安全與生產效益密不可分，只有 生產安全 , 才能保證企業更好的運營，從而實現其理想的經濟效益。所以我們沒個人都 應該在思想上與時俱進，增強對安全生產工作的主動性和預見性，做到未雨綢繆。綜合我國發展情況，我們煤礦的安全生產提出以下幾點建議：（1）發揮好安全理念的先導作用，保持管理者和礦工的心理安全。（2）搞好宣傳教育作用，牢固樹立員工“安全第一”的意識，增強

37、礦工的自救、 急救能力。（3）發揮好管理規范作用，提高職工安全素質。（4）管理者要盡力提高煤礦安全生產水平（5）嚴格各項制度的落實，降低傷亡事故的發生。（6）針對重點，解決難點，全面防范生產安全事故（7）尊重客觀規律，合理開采利用，維持生態平衡。（8）倡導“木桶理論”下的螺旋上升理念。參考文獻J ，礦業快報， 31 金芳勇、石必明，模糊綜合評判在煤與瓦斯突出監測中的應用 期， 30-32 ，20062 俞啟香，礦井瓦斯防治技術 M ，徐州：中國礦業大學出版社 ，1990埃特，Matlab7及工程解決方案M，北京：機械工業出版社，20063154吉奧丹諾（Giordano,F. R.）等著，葉其

38、孝等譯，數學建模（原書第 3版）M，北 京：機械工業出版社，2005.1 國家煤礦安全監察局，煤礦安全規程， HYPERLINK /flfgmkgc.html /flfgmkgc.html，2006.9.156如何實現安全生產和健康發展， HYPERLINK /wenzh/ktrw/gkqy/2006040318086.html /wenzh/ktrw/gkqy/2006040318086.html，2006.9.1610附錄附圖1采煤工作面口主巷道一囲1焦* 尼*1 TT .進i 風; 巷廠 I掘進 工作 1.000 CH4c1.0%CH4工作面及其回風巷內全 部非本質安全型電氣設 備本規程

39、第一百三十 六條所規定的裝有 礦井安全監控系統 的采煤工作面回風 巷釘.5%CH4蘭1.5%訊v1.5%CH4工作面及其回風巷內全 部非本質安全型電氣設備專用排瓦斯卷2.5%CH4A2.5%CH4c2.5%CH4工作面內全部非本質安 全型電氣設備煤（巖）與瓦斯突出 礦井采煤工作面進 風巷、0.5%CH4A0.5%CH4c0.5%CH4進風巷內全部非本質安 全型電氣設備采用串聯通風的被 串采煤工作面進風 巷、0.5%旳 0.500 CH4v0.5%CH4被串聯工作面及其進、 回風巷內全部非本質安 全型電氣設備米煤機1.00CH41.50CH4c1.0%CH4米煤機電源低瓦斯、咼瓦斯、煤 （巖）與

40、瓦斯突出礦 井的煤卷、半煤巖巷 和有瓦斯涌出的巖 巷掘進工作面XI.OJ6CH41.500 CH41.00CH4c1.0%CH4掘進巷道內全部非本質 安全型電氣設備采用串聯通風的被 串掘進工作米那局 部通風機前O.5O0CH4啟 0.5%CH4c0.5%CH4被串聯掘進巷道內全部 非本質安全型電氣設備掘進機1.O00CH41.5jfiCH4c1.0%CH4采煤機電源回風流中機電設備 硐室的進風側0.500CH43 0.5%CH4c0.5%CH4機電設備硐室內全部非 本質安全型電氣設備高瓦斯礦井進風的 主要運輸巷道內使 用架線電機車時的裝煤點和瓦斯涌出 巷道的下風流處、0.5%CH4在煤（巖）與

41、瓦斯突 出礦井忽然瓦斯噴 出區域中，進風主要 運輸巷道內使用的 礦用防爆特殊蓄電 池電機車K0.5%CH4Z0.5%CH4v0.5%CH4機車電源在煤（巖）與瓦斯突 出礦井忽然瓦斯噴 出區域中，主要回風 巷內使用的礦用防 爆特殊畜電池電機 車啟 0.5%CH4啟 0.7%CH4c0.7%CH4機車電源兼做回風井的裝有 帶式輸送機的井筒、0.5%CH4A0.7%CH4c0.7%CH4并筒內全部非本質安全 型電氣設備瓦斯抽放泵站室內Z0.5%CH4利用瓦斯時瓦斯抽 放泵站輸出管道中蘭 30%CH4不利用瓦斯、米用干 式抽放瓦斯設備的蘭25%訊瓦斯抽放泵站輸出 管道中井下臨時抽放瓦斯 泵站下風側柵欄

42、外X1.0%CH4 1.000 CH45.4442.400.26 7.4519.9733.290.667.9317.1528.590.89 7.27 2().7534.580.6 7.2819.970.667.6117.990.87.51 :5.010.29 7.6219.090.77.117.030.97.07 :20.360.66.8晚2343班33.2929.9841.6831.8228.3933.9320.490.627.6917.630.87.725.880.23 7.3119.850.67.317.030.97.25 :20.750.6 7.06早573班34.1529.3843.

43、1333.088.3934.5820.360.637.9916.800.97.74 :5.440.26 7.4719.720.67.716.110.98 7.35 2().230.67.22中2班283433.9328.0042.4032.8726.8533.7219.970.667.8717.150.87.85 :6.030.22 7.5619.340.77.316.690.93 7.41 2().490.67.03晚9112班33.2928.5943.3832.2327.8134.1518.470.787.7517.150.87.67 :5.290.27 7.4217.870.87.316

44、.450.95 7.32 19).720.67.03早9368班30.7928.5942.1629.7827.4232.8719.340.717.7116.800.97.56 :5.440.26 7.4818.720.77.216.230.97 7.26 2().100.66.93中3班265532.2328.0042.4031.2027.0433.5019.970.667.6816.570.97.51 :6.920.16 7.1819.340.77.115.771.01 7.15 2().360.66.94晚4173班33.2927.6244.8632.2326.2933.9319.850.

45、677.6716.340.97.55 :4.720.31 7.2819.340.77.3 -5.8917.219.720.66.95早618班33.0827.2341.2032.236.4732.8719.340.717.8919.220.77.58 :6.470.19 7.0218.720.77.418.8410.75 7.09 21.010.56.95中4班262832.2332.0344.1231.2031.4035.0220.490.627.9917.390.87.61 :6.620.18 7.7119.720.67.317.030.97.25 :21.010.56.99晚7898班3

46、4.1528.9844.3632.8728.3935.0220.620.617.8317.750.87.77 :5.150.28 7.4619.970.67.4 -7.150.89 7.31 2().620.67早461班4.3629.5841.9233.2928.5934.3620.230.648.118.230.8 7.67 2J5.730.24 7.5519.590.67.717.990.82 7.28 21.010.57.1中5班92833.7230.3842.8932.6529.9835.0219.590.697.6416.000.97.65 :6.170.21 7.3418.840

47、.77.215.551.037.120.100.66.96晚9535班32.6526.6643.6231.4025.9133.50早班19.2232.030.727.8116.237.040.977.75 :!6.3243.870.27.4818.6030.990.777.4415.6626.101.02 7.28 19).9733.290.667.0220.230.647.9616.110.97.54 :!5.880.23 7.2419.340.77.615.771.01 7.13 19).720.67.06中6班814833.7226.8543.1332.2326.2932.8719.59

48、0.697.7315.8917.46 :!6.030.22 7.1718.840.77.315.111.077.119.720.66.94晚518班32.6526.4743.3831.4025.1832.8719.470.77.8118.600.77.66 :!5.880.23 7.3518.970.77.417.990.82 7.41 2().750.6 7.07早747班32.4430.9943.1331.6129.9834.5819.590.697.9517.750.87.63 :!5.880.23 7.5418.970.77.417.270.88 7.24 2().490.67.12中

49、7班447232.6529.5843.1331.6128.7834.1520.100.658.2316.570.97.826.170.21 7.5519.340.77.916.000.99 7.39 2().230.67.43晚4154班33.5027.6243.6232.2326.6633.7220.230.648.1918.470.77.78 :!5.150.28 7.4519.720.67.9 -7.990.82 7.39 2().880.57.38早889班33.7230.7941.9232.8729.9834.8019.090.737.5918.230.87.725.440.26 7

50、.2118.600.77.117.750.84 7.39 2().490.66.94中8班75231.8230.3842.4030.9929.5834.1519.970.667.6716.570.97.68 :!6.470.19 7.3719.340.77.215.89117.45 :20.360.67.01晚4113班33.2927.6244.1232.2326.4733.9320.880.597.8215.771.07.66 :!6.920.167.2 ；0230.67.415.331.05 7.32 2().620.67.19早133.74825.534.31班34.8026.2944.

51、8624619.720.688.0816.920.97.57 :!6.770.17 7.4718.840.77.216.450.95 7.31 2().360.67.03中9班131.45827.433.9332.8728.2044.6102319.090.737.6519.590.67.51 :!6.470.19 7.3418.600.77.318.840.75 7.24 21.010.56.94晚9748班31.8232.6544.1230.9931.4035.0220.100.657.9517.390.87.54 :!4.580.32 7.4619.090.77.417.030.97.1

52、5 :20.100.66.99早738510班33.5028.9840.9631.8228.3933.5019.850.677.8517.630.87.85 :!5.880.23 7.3919.220.77.116.800.92 7.33 2().490.67.07中5272班33.0829.3843.1332.0328.0034.15晚班19.8533.080.677.8617.7529.580.847.57 :!6.9244.860.16 7.5119.2232.030.727.4817.0328.390.97.2220.7534.580.6 7.1619.470.77.8817.750.

53、87.51 :!6.030.22 7.2618.970.77.417.150.89 7.12 2().490.66.9早4442班32.4429.5843.3831.6128.5934.1520.100.657.7418.110.87.85 :!5.730.24 7.2419.720.67.217.510.867.520.620.67中11班182133.5030.1842.8932.8729.1834.3619.590.698.117.870.87.61 :!5.290.27 6.9918.840.77.717.270.88 7.06 2().230.67.11晚3524班32.6529.7

54、842.1631.4028.7833.7220.230.647.8617.270.87.65 :!6.470.19 7.2119.470.7 7.316.800.92 7.07 2().750.6 (5.96早86班33.7228.7844.1232.4428.0034.5820.100.657.818.110.87.64 :!6.770.17 7.3319.220.77.417.510.86 7.27 21.010.57.05中12班126833.5030.1844.6132.0329.1835.0219.970.667.8119.850.67.68 :!5.440.267.2 19.470

55、.7 7.519.340.71 7.18 21.140.57.18晚797班33.2933.0842.4032.4432.2335.2419.220.727.816.570.97.68 :!5.590.25 7.0718.600.77.315.8917.4619.720.67.19早4768班32.0327.6242.6430.9926.4732.8719.340.717.7717.150.87.69 :!6.470.19 7.7418.840.77.216.450.95 7.25 2().490.67.05中13班958232.2328.5944.1231.4027.4234.1518.72

56、0.767.5917.990.87.72 :!5.290.27 7.3317.870.87.317.3910.87 7.26 19).970.67.07晚2356班31.2029.9842.1629.7828.9833.2920.750.67.9618.470.77.48 :!6.170.21 7.3320.230.67.617.870.83 7.15 21.140.57.1早8447班34.5830.7943.6233.7229.7835.2419.590.69814.671.17.66 :!6.320.27.7318.970.77.613.931.18 7.26 19).590.67.15

57、中14班141932.6524.4543.8731.6123.2132.6519.590.697.7517.630.87.55 :!5.290.27 7.3419.090.77.417.030.97.2520.230.67.07晚5324班32.6529.3842.1631.8228.3933.7220.360.638.0818.350.77.77 :!7.070.15 7.5919.720.67.717.870.83 7.39 21.410.57.15早15班986533.9330.5845.1132.8729.7835.68中 班19.4732.440.77.7517.6329.380.8

58、57.71 :!5.7342.890.24 7.2618.8431.400.757.3417.0328.390.97.3820.4934.150.627.0619.850.678.1718.720.77.66 :!5.010.29 7.1618.970.77.717.870.83 7.33 2().490.67.22晚6472班33.0831.2041.6831.6129.7834.1519.340.717.918.230.8 7.68 2；5.010.29 7.1618.720.77.517.510.86 7.27 2().230.67早6433.74班32.2330.3841.6831.2

59、029.18219.340.717.5617.150.87.625.880.23 7.2818.840.77.3 -6.450.95 7.36 2().100.66.99中16班95532.2328.5943.1331.4027.4233.5019.470.77.6418.470.77.66 :!5.730.24 6.9818.600.77.217.870.83 7.24 2().620.67.01晚8721班32.4430.7942.8930.9929.7834.3619.970.667.8116.110.97.76 :!5.730.247.2 19.090.77.515.331.05 7.

60、45 19).720.67.06早8328班33.2926.8542.8931.8225.5432.8719.720.68815.551.07.525.290.27 7.0819.090.77.715.111.07 7.06 19).470.7 7.17中17班33825.132.8725.9142.1631.82832.4419.590.697.9416.570.97.62 :!5.730.24 7.6719.090.77.615.8917.120.100.66.94晚4385班32.6527.6242.8931.8226.4733.5020.100.65816.920.97.71 :!6.