安全工程专业硕士论文范文
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第一章 绪论1.1研究背景与意义针对山西宁武南沟煤矿因5号上与2号开采深度增加造成的矿井瓦斯涌出量升高的情况，结合现场实际考察在不同条件下煤巷掘进和综采面生产过程中瓦斯灾害防治措施与效果，讨论矿井在开采过程中出现的灾害的应对策略，利用数学分析方法找出煤矿瓦斯流出规律以及瓦斯压力流动规律，对得出数据进行技术分析，据此设计解决方案，确保以后开采时减少损失、控制灾害。1.2国内外研究现状20世纪30年代原苏联物理研究学家们研究发现独头巷道中炮烟风力大小不同时流动方向也不同。40年代，在原有风力流动基础上，得到炮烟在风力不同时流动公式。在研究本次流动公式时加入动力学的理论，对独头巷道通风过程中给出了本质上的解释，通过这个问题对瓦斯流动进行分析，为以后发展提供了基础[1]。20世纪30年代开始研究矿井中的瓦斯层积聚，通过在矿井中出现的情况进行分析得到一系列瓦斯积聚数据。卡尔瓦德在对矿井瓦素涌出的规律发现，在静态的空气巷道中瓦斯积聚是通过巷道顶端移动，而风力向下运动时，瓦斯积聚会继续向上运动。从1940年开始对瓦斯积聚开始进行理论研究，对瓦斯积聚的原理进行了大致描述，使这种运动有了研究的理论依据。在出现了对瓦斯积聚原理的分析后更多的研究人员开始对其进行分析。更多的人员研究瓦斯积聚形成原因，出现了较为科学的形成原理[2]。矿井中出现瓦斯积聚活动时在积聚内部和风力流动方向之间，其移动力量逐渐减弱，而其主要形成原因正是瓦斯与风力流动关于。研究人员还发现，在不同的瓦斯积聚过程中，即使所表现的数据不同，但其运动过程十分相似，瓦斯积聚时为保证其与众不同的层次，瓦斯积聚过程应存在属于自身的长度，研究人员认为这个长度应大于巷道直径[3]。60年代开始原苏联研究人员在研究瓦斯流动时通过对巷道紊流的变化原理和数学理论（概率论）相结合，对瓦斯流动进行了直观的分析，简要阐释了其流动所带来的影响以及特点[4]。对于煤矿井瓦斯方面的运移工作情况在当时前苏联做过许多实验，英国等西欧国家在这方面也做了许多研究。我国相对较晚起步。50年代中期，我国对独头巷道排烟过程的研究有了进一步的发展，修正了沃氏通风量的计算公式[5]。进入60年代，国外已用紊流扩散的原理研究起井下污染迁移的问题。为得出纵、横向弥散系数的理论，一些学者开始研究井巷污染紊流的过程，并建立起数学模型[6]。70年代，学者研究出，当石门和斜井等巷道暴露面均无瓦斯的情况下，断面上风流中的瓦斯浓度是均匀的，进而得知巷道暴露面涌出时的瓦斯在风流中上大下小的形式分布，瓦斯量越大，风速越小，涌出的瓦斯浓度分布就越不均匀。还通过一系列的实验发现，在空气和瓦斯均匀混合的气体中在静止情况下瓦斯浓度依旧是分布均匀[7]。1980年之前，国内安全科研工作者运用紊流扩散理论对矿井对风流和瓦斯紊流的情况进行了许多研究分析。并且针对瓦斯在井下的现实和分布也进行了许多分析和模拟实验[8]。约1985年，东北工学院的研究工作者对井巷污染物紊流的情况进行研究。在不计分钟扩散的原理，为得出横纵向紊流扩散系数的理论，把巷道风流断面看作同性情况进行了理论分析和实验研究。矿井中最为复杂的流动气体都位于采场中，其内部构造更加繁琐，其形成主要是由在矿井进行生产时通风空间和物品众多的漏风空间形成。而上文中提到的空间都是目前各国学者研究的现状[9]。在矿井中为了确保瓦斯流动的合理性和确保矿井通风系统的安全性，在计算机管理基础上加以安全监管系统来保证矿井的安全问题，而各国对矿井的安全问题也十分重视[10]。在矿井瓦斯流动问题上通过结合多媒体、传感器等各种通讯技术，并增加目前广泛应用于各类安全事故监管的网络完全保护系统对其进行危害预测，提高各个矿井的抗灾能力。如在矿井瓦斯涌入的监控方面，采用非线性网络系统加以控制，保证矿井各位置的连通性，完善矿井内部安全结构。在最终矿井安全系统的保护上通过计算机系统和人为操作相结合，减少矿井的安全隐患[11]。在中国对矿井最终问题进行研究分析时主要对矿井内瓦素出入量进行分析，通过对煤矿各部位进行风险评估，矿山管理系统会根据矿井对出现意外事故的状况进行预测，对可出现的危险系数进行记录。矿井安全系统将上述出现的数据进行整合分析并导入，虽然有效的对预计危害进行较好的预测，但是无法对出现事故后出现的危害程度进行准确表示，也无法将其运行到实际应用中去。在国外对矿井安全问题的评价方法虽染很多[12]，但是也缺乏实际操作经验。根据记载文献和所查找的记录来看，也都仅仅局限于研究和发展阶段，无法将其真正的投入到实际应用中去，较于其他行业来说发展相对较慢。但是各国针对目前对煤矿产业的高度重视，对煤矿安全系统的研究成为了国家发展的重点。1.3 研究矿井概况山西宁武大运华盛南沟煤业有限公司（简称南沟煤矿;，下同）位于宁武县县城东北方向约6m处的南沟村一带。行政区划属凤凰镇管辖。井田地理坐标：东经112°22′47″～112°25′13″，北纬 38°59′42″～39°01′33″。根据2021年11月山西省国土资源厅颁发的采矿许可证（证号：C1400002009111220054641），批准开采井田内2-5号煤层，生产规模为120万t/a，井田面积7.6356m2。2021年9月30日山西省煤炭工业厅晋煤行发[2021]1371号文件对于山西省煤炭运销集团天和煤业有限公司等两座煤矿核定生产能力的批复;...............1.4 研究内容、方法及主要研究目标和结果 31.4.1研究内容1.4.2研究方法 31.4.3 主要研究目标和预期结果 4第二章 优化通风系统治理瓦斯灾害 52.1 矿井瓦斯与通风优化 52.2 通风阻力测定 62.2.1 通风阻力测定的理论依据 62.2.2 测定方法 62.2.3 阻力测定的主要内容 72.2.4 测点及测定路线选取 72.2.5 阻力测定及其结果 92.3 阻力测定结果整理与数据处理 112.3.1 矿井自然风压测算 112.3.2 阻力测定误差分析 132.4 矿井通风系统网络解算与自然分风 142.4.1 通风网络解算的理论依据 142.4.2 通风网络解算方法 142.4.3 通风网络解算结果 152.5 南沟煤矿现阶段通风系统评价 172.5.1 矿井通风阻力分布合理性评估 172.5.2 矿井风量分配合理性评价 182.6 通风系统存在的主要问题及注意事项 18第三章 瓦斯抽放方案 203.1 南沟煤矿瓦斯抽放措施 203.2 瓦斯抽放的实现 203.2.1 煤层瓦斯含量测定及规律分析 203.2.3 瓦斯涌出量的计算 223.2.4 综合抽放的确定 243.3 矿井瓦斯抽采基本指标 253.3.1 矿井瓦斯抽采量预计 253.3.2 矿井瓦斯抽采基本指标计算 26第四章 矿井的瓦斯治理措施和效果 274.1 评价依据与数据处理 274.2 确定标准 274.3 判断矩阵的建立与一致性检验 284.4 评价指标权重总排序 294.5 指标标准化 304.6 计算安全等级 304.6 评价结果分析 31第五章 总结 32参考文献 33致 谢 36作者简介 37第五章 总结本文主要结合现实环境的特点，对工程进行实际化的操作，将矿井工作中所存在的危险因素和条件进行全面分析，并结合相应特点展开了针对性的措施，并对模型进行了综合性的评价方法，在施工过程中，要做到提前预防，尽最大努力避免危险事故的发生。在对文章进行研究时，主要得出以下结论。第一，在进行资料和数据的收集时，根据前人所得出的经验和教训，结合现实发生的危险事故案例，得出瓦斯爆炸事故发生的主要原因和因素，并根据矿井的施工特点和环境要求，对瓦斯事故可能发生的因素和特点进行分析，结合其特点，总结出主要瓦斯事故类型发生的原因和主要因素。第二，根据主要模型控制的分析，将人-机-环-管理;模型充分发挥其作用，在前文中提到的国家的法律法规中，要严格遵守，并把其与矿井作业相结合，在面对瓦斯事故隐患中所出现的人为行为，将其分为不同的类型和项目。并根据不同的发生因素和瓦斯爆炸事件的诱因，分为了5个一级指标和37个二级指标。在指标和分类下，能够较为全面的将评价系统进行整合，并且将其反映到各种不同的因素中，对其进行危险因素的分析。第三，在进行多种类型的综合评价模型整合时，应该根据现实中所发生的矿井案例，并结合其发生的特点，对其进行评论和验证，将其现实中的结论与评价中所得到的结论进行比较，验证模型建设的合理性和科学性，并根据此种方式得出五个危险指标。第四，根据所出现的煤矿中的危险事故，结合具体的实例，将对瓦斯进行检测的方案与之融合，在进行施工前，将事故可能发生的现象进行列举，并给出相应的应急方案和预防措施，在进行施工前进行演练并加强培训，使其能够在操作时形成一种良好的安全意识，做出较为安全的规范和防护。参考文献（略）