基于EPL模型評估控制煤礦安全性研究

孫靜懿 陳學(xué)成 陳海江 張力峰

摘 要：本文針對某煤礦[1]的瓦斯?jié)舛扰c煤塵下限兩個(gè)主要因素，建立EPL模型，對煤礦的安全性加以判定并給出通風(fēng)控制方案。

關(guān)鍵詞：安全性；EPL模型；判定；控制

1 數(shù)據(jù)的采集

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》[2]第一百三十三條的規(guī)定，煤礦的安全分類主要考察相對瓦斯涌出量和絕對瓦斯涌出量，而數(shù)據(jù)的采集集中在總回風(fēng)巷上。

2 利用EPL模型評估、控制煤礦安全性

EPL模型集合了EXCEL數(shù)據(jù)處理、概率統(tǒng)計(jì)分析及線性規(guī)劃理論的成功之處，建立綜合模型。

2.1 判定煤礦的分類

（1）主導(dǎo)因素的決定

礦井的瓦斯涌出量的求解主要涉及到瓦斯體積、礦井產(chǎn)量、時(shí)間，總回風(fēng)巷是煤礦各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的瓦斯排出的必經(jīng)之地。礦井生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的瓦斯全部經(jīng)過總回風(fēng)巷，故將總回風(fēng)巷中的瓦斯的相對與絕對涌出量視為整個(gè)礦井的瓦斯相對與絕對涌出量，分別記為Q1、Q2。

（2）利用EXCEL處理數(shù)據(jù)

總回風(fēng)巷的風(fēng)速、瓦斯密度和日產(chǎn)量的數(shù)據(jù)，三項(xiàng)數(shù)據(jù)具有相對穩(wěn)定性，可以用其均值進(jìn)行討論。設(shè)風(fēng)速、瓦斯密度、日產(chǎn)量的平均值分別為？琢、p、c，利用EXCEL求其均值，分別為5.196、0.626%、605.833。

（3）確定煤礦級別

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》第一百三十三條的規(guī)定，礦井相對瓦斯涌出量大于10 立方米/ 噸或礦井絕對瓦斯涌出量大于40立方米/分鐘的是高瓦斯井.該礦井是高瓦斯礦井。

2.2 對煤礦危險(xiǎn)性的判定

（1）建立概率事件

已有數(shù)據(jù)中30天、6個(gè)工作地點(diǎn)和每天三個(gè)時(shí)間段，共540個(gè)工作事件，現(xiàn)將每個(gè)工作地點(diǎn)在每個(gè)工作時(shí)段發(fā)生危險(xiǎn)的情況視為一個(gè)獨(dú)立事件，而這540個(gè)工作事件看作整體，n=540。

（2）篩選危險(xiǎn)事件

假設(shè)達(dá)到報(bào)警濃度的采煤工作面和回風(fēng)巷中的瓦斯密度相等，設(shè)采煤工作面、回風(fēng)巷、掘進(jìn)工作面的瓦斯密度分別為P1、P2、P3。由國家相關(guān)規(guī)定，其警報(bào)密度為0.3%。 煤塵爆炸下限濃度為P4。由統(tǒng)計(jì)可得 4.5≤P3≤12.5。

滿足下列標(biāo)準(zhǔn)之一的事件即為危險(xiǎn)個(gè)體：

2.3 危險(xiǎn)調(diào)控

（1）風(fēng)量控制線性模型

采用控制通風(fēng)量的方式解決危險(xiǎn)隱患，礦井的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口都只有一個(gè)，所以研究礦井所需最佳（總）通風(fēng)量，只需求得進(jìn)或出的風(fēng)量即可。

設(shè)采煤工作面一、采煤工作面二、掘進(jìn)工作面、掘進(jìn)工作面、出口主巷道每秒風(fēng)速及相應(yīng)風(fēng)量分別為ai，vi（i=1.…，5），掘進(jìn)工作面的面積S1=3.498（㎡）.

如果在三個(gè)工作點(diǎn)都達(dá)到風(fēng)速最小時(shí)的風(fēng)量且局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量都在規(guī)定的范圍內(nèi)，則此時(shí)的風(fēng)量就是最理想的，既滿足了要求也避免了由于風(fēng)量大而造成揚(yáng)塵，而且能量消耗達(dá)到最小。

（2）控制模型優(yōu)化

模型的檢驗(yàn)主要集中在掘進(jìn)工作面上。因?yàn)樯婕暗骄植客L(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量問題，它直接影響總風(fēng)速的大小，而其他兩個(gè)工作面對總風(fēng)速?zèng)]有直接影響，都是最小風(fēng)速時(shí)最佳。

此外，在上述過程中盡量減小風(fēng)速，雖然減少了揚(yáng)塵，但也減弱了風(fēng)對瓦斯的稀釋作用.事實(shí)上，在現(xiàn)實(shí)中必須增加風(fēng)速加以平衡。在理論上，掘進(jìn)工作巷道的風(fēng)量是由局部通風(fēng)機(jī)提供的，理論的風(fēng)速應(yīng)比實(shí)際的高.通過檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，即使局部通風(fēng)機(jī)以最高風(fēng)率，即400m3/s供風(fēng)，也只提供了1.905m/s的風(fēng)速，而實(shí)際的風(fēng)速都在2m/s以上。實(shí)際的風(fēng)速比理論的高，其原因是主進(jìn)風(fēng)巷對它有補(bǔ)給。

3 結(jié)論

本模型運(yùn)用概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的知識和利用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，對本文的前兩個(gè)問題，特別是第二個(gè)問題具有很好的代表性和可操作性。Excel程序的使用使大量數(shù)據(jù)的處理簡單化，為后來用統(tǒng)計(jì)的方法解得危險(xiǎn)性系數(shù)提供了強(qiáng)大的支持。在第三部分的模型中，建立了線性規(guī)劃模型，通過合理的假設(shè)和推理，在給定條件的基礎(chǔ)上，逐步縮小各個(gè)工作點(diǎn)的風(fēng)速范圍，在最終確定的范圍中，利用了反向思維的方法，先假設(shè)掘進(jìn)工作面外風(fēng)速a4最小值滿足條件，進(jìn)而進(jìn)一步縮小掘進(jìn)工作外風(fēng)速a4最小取值，最終確定了最佳（總）通風(fēng)量和局部通風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]2006年全國數(shù)學(xué)建模競賽D題

[2] http：//wenku.baidu.com/view/1cb8b7d5b9f3f90f76c61bbd.html