中国矿业大学《专题设计》2022-2023学年期末试卷

中国矿业大学2022～2023学年秋季学期2021级土木工程/通讯工程/工程造价《专题设计》期末笔试试卷本科试题卷考试时间：120分钟(闭卷)院(系)：专业方向：班级：姓名：学号：一、选择题（每题1分，共10分）在进行矿井通风系统设计时，以下哪项不是必须考虑的因素？

A.矿井的产量和深度

B.矿井的地质条件

C.矿井周边环境的风景美观度

D.矿井内有害气体的浓度（）采矿工程中，下列哪种方法常用于提高矿石回收率？

A.增大开采强度

B.优化开采顺序

C.减少设备投入

D.降低开采成本（）在煤炭洗选过程中，下列哪项技术主要用于提高煤炭质量？

A.破碎技术

B.筛分技术

C.干燥技术

D.磁选技术（用于去除铁矿石等杂质）（）矿井排水系统设计时，应优先考虑的是：

A.排水设备的先进性

B.排水系统的能耗

C.矿井安全及生产需求

D.排水系统的维护成本（）下列哪项不属于矿井灾害预防措施？

A.定期进行安全培训

B.安装瓦斯监测系统

C.提高矿井通风效率

D.增加矿井工作人员数量（）在进行矿井支护设计时，以下哪种材料最常用于支护结构？

A.木材

B.钢材

C.混凝土

D.复合材料（如玻璃钢等）（）煤炭开采过程中，为了减少地表沉陷，可以采取的措施是：

A.增加开采速度

B.采用部分开采法

C.减少开采深度

D.使用大型开采设备（）矿井通风网络中，下列哪项参数对通风效果影响最大？

A.风道长度

B.风道截面形状

C.风道粗糙度

D.风机功率（）在进行矿井提升系统设计时，提升机的选择应基于：

A.矿井的深度和产量

B.矿井的历史悠久程度

C.矿井所在地的气候条件

D.矿井工作人员的数量（）下列哪项技术不属于现代智能化矿山建设的关键技术？

A.物联网技术

B.大数据分析

C.人工智能算法

D.传统手工绘图技术（）二、填空题（每题1分，共10分）矿井通风系统的主要目的是通过______和______来控制矿井内的气候条件和有害气体浓度。在进行矿井开采设计时，必须综合考虑______、______和______三大因素，以确保开采的安全性和经济性。煤炭洗选过程中，常用的洗选方法有______、______和______等，以提高煤炭的纯净度和品质。矿井支护设计中，支护结构的稳定性和______是设计的关键，直接关系到矿井的安全生产。矿井排水系统应具备良好的______和______能力，以确保矿井在雨季或突发洪水时的安全。在进行矿井提升系统设计时，提升机的______和______是设计的重要参数，需根据矿井的实际需求进行选择。矿井灾害预防中，______、______和______是减少灾害发生和降低灾害损失的有效手段。煤炭开采过程中，为了减少地表沉陷，可以采取______、______和______等开采技术。矿井通风网络中，风道的______、______和______是影响通风效果的主要因素。现代智能化矿山建设中，______、______和______等技术的应用，极大地提高了矿山的生产效率和安全性。三、判断题（每题1分，共10分）矿井通风系统设计中，风机的选择只需考虑其功率大小，无需考虑风机的类型和适用条件。（）在进行矿井开采设计时，为了提高开采效率，可以忽略对地质条件的详细勘察。（）煤炭洗选过程中，磁选技术主要用于去除煤炭中的硫分和灰分。（）矿井支护设计中，支护结构的材料选择对支护效果没有显著影响。（）矿井排水系统只需在雨季或突发洪水时启用，平时可以关闭以节省能源。（）在进行矿井提升系统设计时，提升机的提升速度越快，矿井的生产效率就越高。（）矿井灾害预防中，定期进行安全培训和演练是减少灾害损失的有效手段。（）煤炭开采过程中，采用全部开采法可以最大程度地提高煤炭回收率，但会导致地表严重沉陷。（）矿井通风网络中，风道的长度对通风效果没有显著影响，只需考虑风道的截面面积。（）现代智能化矿山建设中，物联网技术的应用可以实现矿山设备的远程监控和故障诊断。（）四、简答题（每题5分，共10分）请简述矿井通风系统设计中应考虑的主要因素及其重要性。请说明煤炭洗选过程中，筛分技术和磁选技术的基本原理及其在提高煤炭质量中的作用。五、计算题（每题10分，共20分）某矿井深度为800米，年产量为500万吨，矿井内有害气体（如甲烷）的平均浓度为0.001%（体积分数），为保证矿井内空气安全，需要将有害气体浓度稀释至0.0005%以下。请计算该矿井所需的最小通风量（以立方米/秒为单位）。某矿井深度为800米，年产量为500万吨，矿井内有害气体（如甲烷）的平均浓度为0.001%（体积分数），为保证矿井内空气安全，需要将有害气体浓度稀释至0.0005%以下。请计算该矿井所需的最小通风量（以立方米/秒为单位）。六、论述题（10分）请论述矿井灾害预防的重要性，并结合实际案例说明如何有效预防矿井灾害的发生。七、设计题（每题5分，共10分）请设计一套适用于深度为800米、产量为每年500万吨的矿井通风系统，并说明设计思路和关键参数的选择依据。请设计一种新型矿井支护结构，要求该结构具有良好的稳定性和承重能力，并说明其设计原理和应用前景。八、案例分析题（10分）请分析某矿井在一次突发洪水中的排水系统失效原因，并提出改进措施和建议，以确保矿井在类似情况下的安全。九、综合应用题（10分）请结合现代智能化矿山建设的关键技术，设计一套适用于某大型矿井的综合智能化管理系统，包括但不限于矿井安全监控、生产调度和设备管理等方面，并说明其应用效果和预期效益。中国矿业大学2022～2023学年秋季学期2021级艺术设计学/环境设计《专题设计》期末笔试试卷本科答案一、选择题答案C.矿井周边环境的风景美观度（矿井通风系统设计时，主要考虑的是矿井的安全、生产和效率，风景美观度不是必须考虑的因素。）B.优化开采顺序（通过优化开采顺序，可以更有效地利用资源，减少浪费，从而提高矿石回收率。）D.磁选技术（磁选技术主要用于去除煤炭中的磁性杂质，如铁矿石等，从而提高煤炭的质量。）C.矿井安全及生产需求（矿井排水系统设计的首要考虑是确保矿井的安全和生产需求，防止因水患导致的灾害和生产中断。）D.增加矿井工作人员数量（增加工作人员数量并不能直接预防矿井灾害，反而可能增加管理难度和安全风险。）B.钢材（在矿井支护设计中，钢材因其高强度和耐久性而常被用作支护结构的主要材料。）B.采用部分开采法（部分开采法通过有选择地开采矿石，可以减少对地表的破坏，从而降低地表沉陷的风险。）A.风道长度（风道长度直接影响通风阻力和通风效率，是矿井通风网络中最重要的参数之一。）A.矿井的深度和产量（矿井的深度和产量决定了提升机的类型和规格，是提升系统设计的关键参数。）D.传统手工绘图技术（传统手工绘图技术已逐渐被现代智能化技术所取代，不是现代智能化矿山建设的关键技术。）二、填空题答案通风换气、排除有害气体（矿井通风系统通过通风换气来排除有害气体和粉尘，保持矿井内空气的新鲜和清洁。）地质条件、开采技术、经济效益（矿井开采设计必须综合考虑地质条件、开采技术和经济效益，以确保开采的安全性和经济性。）重介选矿、跳汰选矿、浮选（煤炭洗选过程中，常用的洗选方法包括重介选矿、跳汰选矿和浮选等，这些方法可以有效地提高煤炭的纯净度和品质。）承重能力（矿井支护设计中，支护结构的稳定性和承重能力是设计的关键，直接关系到矿井的安全生产。）排水、防洪（矿井排水系统应具备良好的排水和防洪能力，以确保矿井在雨季或突发洪水时的安全。）提升能力、提升速度（在进行矿井提升系统设计时，提升机的提升能力和提升速度是设计的重要参数，需根据矿井的实际需求进行选择。）安全培训、安全演练、灾害监测（矿井灾害预防中，安全培训、安全演练和灾害监测是减少灾害发生和降低灾害损失的有效手段。）部分开采法、条带开采、充填开采（煤炭开采过程中，为了减少地表沉陷，可以采取部分开采法、条带开采和充填开采等开采技术。）长度、截面面积、粗糙度（矿井通风网络中，风道的长度、截面面积和粗糙度是影响通风效果的主要因素。）物联网技术、大数据分析、人工智能算法（现代智能化矿山建设中，物联网技术、大数据分析和人工智能算法等技术的应用，极大地提高了矿山的生产效率和安全性。）三、判断题答案错（矿井通风系统设计中，风机的选择不仅要考虑其功率大小，还要考虑风机的类型和适用条件，以确保通风效果和安全性。）错（在进行矿井开采设计时，必须对地质条件进行详细勘察，以确保开采的安全性和经济性。忽略地质条件可能导致开采过程中的灾害和事故。）错（磁选技术主要用于去除煤炭中的磁性杂质，如铁矿石等。去除硫分和灰分通常采用其他洗选方法，如浮选等。）错（矿井支护设计中，支护结构的材料选择对支护效果有显著影响。不同的材料具有不同的力学性能和耐久性，选择合适的材料可以确保支护结构的稳定性和安全性。）错（矿井排水系统应始终保持良好状态，以便在需要时能够迅速有效地排水。关闭排水系统以节省能源是危险的做法，可能导致矿井在雨季或突发洪水时发生灾害。）错（在进行矿井提升系统设计时，提升机的提升速度并不是越快越好。过快的提升速度可能导致设备磨损加剧、能耗增加和安全隐患。因此，应根据矿井的实际需求选择合适的提升速度。）对（矿井灾害预防中，定期进行安全培训和演练可以提高工作人员的安全意识和应急能力，从而减少灾害损失。）对（煤炭开采过程中，采用全部开采法可以最大程度地提高煤炭回收率，但也会导致地表严重沉陷。因此，在选择开采方法时应综合考虑资源利用和环境保护的需求。）错（矿井通风网络中，风道的长度对通风效果有显著影响。较长的风道会增加通风阻力和能耗，降低通风效率。因此，在设计时应尽量缩短风道的长度。）对（现代智能化矿山建设中，物联网技术的应用可以实现矿山设备的远程监控和故障诊断，提高生产效率和安全性。）四、简答题答案矿井通风系统设计中应考虑的主要因素及其重要性：地质条件：了解矿井的地质构造、岩层和煤层的分布情况，以及地下水的分布和流动情况，是设计通风系统的基础。矿井产量和深度：矿井的产量决定了通风量的大小，而矿井的深度则影响了通风阻力和能耗。有害气体和粉尘浓度：根据矿井内有害气体和粉尘的浓度分布，设计合理的通风系统和排风方式，以确保矿井内空气的新鲜和清洁。通风设备和设施：选择合适的通风设备和设施，如风机、风道、风门等，以确保通风系统的稳定性和可靠性。安全性和经济性：在设计通风系统时，必须综合考虑安全性和经济性，确保通风系统的合理性和可行性。筛分技术和磁选技术的基本原理及其在提高煤炭质量中的作用：筛分技术：筛分技术是利用筛子将煤炭按粒度大小进行分级的过程。通过筛分，可以将煤炭中的大块和小块分离出来，去除煤炭中的杂质和矸石，提高煤炭的纯净度和品质。筛分技术广泛应用于煤炭洗选过程中，是提高煤炭质量的重要手段之一。磁选技术：磁选技术是利用磁性物质对煤炭中的磁性杂质进行分离的过程。通过磁选，可以将煤炭中的磁性杂质（如铁矿石等）去除，提高煤炭的纯净度和品质。磁选技术具有高效、节能、环保等优点，在煤炭洗选过程中得到了广泛应用。五、计算题答案计算过程：首先，计算矿井内每年产生的有害气体总量（以甲烷为例）：Qgas​=M×Cavg​其中，M

为矿井年产量（吨），Cavg​

为有害气体平均浓度（体积分数）。Qgas​=500万吨×0.001%=5000立方米/年（有害气体）将年有害气体量转换为每秒产生的有害气体量：qgas​=365×24×3600Qgas​​qgas​≈0.0157立方米/秒（有害气体）计算所需的最小通风量以将有害气体浓度稀释至安全水平：Qvent​=Csafe​−Cavg​qgas​​其中，Csafe​

为安全浓度限值（体积分数）。Qvent​=0.0005%−0.001%×21​0.0157​≈31.4立方米/秒注意：这里假设新鲜空气与有害气体混合后，有害气体浓度均匀分布，且计算中考虑了将原有害气体浓度减半作为稀释目标，实际应用中可能需要根据更严格的安全标准调整）答案：该矿井所需的最小通风量为约31.4立方米/秒。计算过程：计算支护结构的截面面积：A=(200−2×10)×(400−2×10)=162000mm2=0.162m2计算支护结构在500kN载荷下的应力：sigma=AF​=0.162m2500kN​≈3.09MPa比较计算应力与材料屈服强度：sigma<345MPa答案：计算应力（3.09MPa）远小于Q345钢的屈服强度（345MPa），因此该支护结构在承受500kN垂直载荷时是安全的。六、论述题答案矿井灾害预防的重要性及实际案例：矿井灾害预防是确保矿井安全生产的重要措施之一。矿井灾害包括瓦斯爆炸、火灾、透水、冒顶等，这些灾害不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会影响矿井的正常生产和运营。因此，加强矿井灾害预防工作至关重要。实际案例中，如某矿井因瓦斯浓度超标而引发爆炸事故，导致多人伤亡和财产损失。该事故的原因主要是矿井通风系统不完善、瓦斯监测不到位以及工作人员安全意识淡薄等。为了预防类似事故的发生，矿井应采取以下措施：加强通风系统管理，确保矿井内空气新鲜；安装瓦斯监测系统，实时监测瓦斯浓度；加强工作人员的安全培训和演练，提高应急处理能力；定期进行矿井安全检查，及时发现和消除安全隐患等。通过加强矿井灾害预防工作，可以确保矿井的安全生产，保障工作人员的生命财产安全，同时也有助于提高矿井的生产效率和经济效益。七、设计题设计一套适用于深度为800米、产量为每年500万吨的矿井通风系统设计思路：针对深度为800米、年产量为500万吨的矿井，通风系统的设计需综合考虑矿井的深度、产量、地质条件以及矿井内有害气体的浓度等因素。系统应能提供足够的通风量，以排除矿井内的有害气体和粉尘，同时保持矿井内空气的新鲜和适宜的温度、湿度。关键参数选择依据：通风量：根据矿井的产量、深度以及有害气体浓度等参数，计算出所需的通风量。通风量应确保矿井内空气流通顺畅，有害气体浓度控制在安全范围内。风机选型：根据通风量和矿井的阻力特性，选择合适的风机。风机应具有高效、节能、噪音低等特点，以适应矿井的恶劣环境。风道设计：风道的设计应确保空气流通顺畅，减少阻力。风道的截面形状、尺寸和粗糙度等参数应根据实际情况进行选择，以提高通风效率。通风网络布局：根据矿井的开采布局和通风需求，合理规划通风网络。通风网络应覆盖矿井的各个角落，确保每个工作地点都能得到足够的通风。综上所述，针对深度为800米、年产量为500万吨的矿井，应设计一套高效、节能、安全的通风系统，以确保矿井的安全生产和工作人员的健康。设计一种新型矿井支护结构设计原理：新型矿井支护结构的设计应基于矿井的地质条件、开采方式以及支护结构的稳定性和承重能力等因素。结构应采用高强度、高耐久性的材料，以确保其在使用过程中不会发生破坏或失效。设计细节：材料选择：选用高强度、高耐久性的钢材或复合材料作为支护结构的主要材料。这些材料应具有良好的抗压、抗拉和抗弯性能，以适应矿井的恶劣环境。结构设计：支护结构应采用合理的截面形状和尺寸，以提高其稳定性和承重能力。同时，结构应便于安装和拆卸，以适应矿井的开采进度和变化。连接方式：支护结构之间应采用可靠的连接方式，以确保其整体稳定性和安全性