曹忠清

（大興安嶺古蓮河露天煤礦，黑龍江 大興安嶺 165308）

露天礦是一個以采掘為中心，以運輸為紐帶的大型生產(chǎn)系統(tǒng)。生產(chǎn)計劃指標和任務的完成，生產(chǎn)過程的組織、實施是通過采、運、排，尤其是對運輸系統(tǒng)的實時調(diào)配來進行的。運輸系統(tǒng)是否合理，將直接影響著露天礦整個生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。人工計算由于不易實時掌握工程發(fā)展和排卸點的生產(chǎn)情況，在生產(chǎn)中盲目性較大，往往造成運距增加，很難保證采排量的合理搭配，不利于設備效率發(fā)揮，不便于生產(chǎn)管理，制約著露天礦經(jīng)濟效益的提高。于是我從理論研究上入手來探討這一問題，在化調(diào)度方法，車流規(guī)劃，運輸系統(tǒng)的模擬等方面進行了較為深入的研究，提出了最小飽和度方法，最小比值方差方法，綜合調(diào)度方法，等一系列優(yōu)化調(diào)度準則與算法。運輸系統(tǒng)優(yōu)化是采用現(xiàn)代計算機技術(shù)與實際生產(chǎn)相結(jié)合的產(chǎn)物，實踐證明，它是提高礦山生產(chǎn)能力，節(jié)省投資和生產(chǎn)成本費用，強化礦山管理效率，提高礦山經(jīng)濟效益的一種非常成功和行之有效的先進技術(shù)。

1 運輸系統(tǒng)優(yōu)化模型及貨流規(guī)劃模型的構(gòu)造

1.1 運輸系統(tǒng)模型的建立

對露天礦運輸系統(tǒng)進行模擬，主要是對其路線系統(tǒng)和采、運、排設備的模擬。線路系統(tǒng)表征了整個露天礦的狀態(tài)和相互關(guān)系。利用網(wǎng)絡系統(tǒng)建立線路系統(tǒng)的模型的主要的原因：

①把模擬露天礦運輸線路系統(tǒng)劃分成段簡化后，恰好構(gòu)成一網(wǎng)絡系統(tǒng)；

②利用網(wǎng)絡方法來模擬運輸系統(tǒng)可以大大提高其通用性。如果線路系統(tǒng)發(fā)生變化或需修改，只須把網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)加以修改即可，無須修改源程序

③建立網(wǎng)絡系統(tǒng)后，可以很方便地求算任何兩相關(guān)點(節(jié)點)間的最短路徑，將其結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，模擬時可隨時調(diào)用；

④由于從某一工作面到某一排卸點的路徑很多，卡車應該走一條距離較短的最優(yōu)路徑，當線路系統(tǒng)較復雜時，用人工方法很難作到，而用網(wǎng)絡方法，問題較易解決。以露天礦采剝排計劃平面圖為基礎，對其運輸線路系統(tǒng)進行抽象簡化，方法如下：

①把每條線路用其線路中心線來代替；

②把線路按其屬性劃分成區(qū)段，每個區(qū)段之間的銜接點即是節(jié)點。將劃分成區(qū)段并簡化后的線路系統(tǒng)的各個節(jié)點分別編號，并形成網(wǎng)絡節(jié)點信息庫。線路節(jié)點即為網(wǎng)絡的節(jié)點，每個節(jié)點都有以下屬性：節(jié)點標號、坐標值、坡度、轉(zhuǎn)彎半徑、與其相連的接點標號、節(jié)點屬性等。其中坡度以三維坐標Z坐標體現(xiàn)。把工作面和卸載點看作節(jié)點，與線路基本網(wǎng)絡的節(jié)點統(tǒng)一編號。經(jīng)研究對比認為，中小型機投資大，要求運行環(huán)境及成本高，維護、維修較困難，因此選用了微機網(wǎng)方案。

建立微機網(wǎng)絡模型時需要：節(jié)點號、節(jié)點的三維坐標(X，Y，Z)、節(jié)點的分類屬性：0、一般節(jié)點；1、交叉節(jié)點；2、采煤點；3、采巖點；4、卸煤點；5、排土點，同時需要相鄰節(jié)點的節(jié)點號及兩個節(jié)點間線路轉(zhuǎn)彎半徑。將以上信息收集后，就可以建立基本網(wǎng)絡系統(tǒng)。

用節(jié)點坐標計算兩節(jié)點間路段長度時，計算方法見圖1：

圖1 線路段長度計算示意圖

AB為直線路時：

AB為彎道時：

1.2 最優(yōu)路徑選擇

根據(jù)古蓮河露天煤礦山的實際運輸網(wǎng)絡圖可知，其具有以下特點：圖中無自環(huán)；并行邊很少；懸掛邊多。所以可以把古蓮河露天煤礦運輸系統(tǒng)圖簡化為一種“樹”形簡圖，且該圖表現(xiàn)為有向性。求解最優(yōu)路徑時，只要給出卡車運行的出發(fā)點和目的點的節(jié)點號，按照節(jié)點的相互連接關(guān)系，計算出所有路徑，將其比較后得到最短路徑。

把古蓮河露天煤礦可能運輸線路分段進行節(jié)點標號，并將其相應信息處存放在一節(jié)點數(shù)據(jù)庫中，對于一節(jié)點主要有節(jié)點標號、坐標值、轉(zhuǎn)彎半徑、與其相連的接點標號、節(jié)點屬性等要素，相連接節(jié)點表現(xiàn)為有向性，該數(shù)據(jù)庫節(jié)點有向性為采點到排卸點。同時引入另一與源節(jié)點信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)完全相同的空數(shù)據(jù)庫，把源數(shù)據(jù)讀入臨時數(shù)據(jù)庫。計算時，先沿一條路徑進行計算得到一路徑值，后對出現(xiàn)的分支路徑進行計算并得到其路徑值，進行比較兩值，取其較小者，同時改變分支節(jié)點屬性，使其在同一路徑計算中不再搜索已搜索分支點以后路徑節(jié)點。通過反復計算并比較各路徑值，最后得到最優(yōu)路徑。

1.3 煤巖物料流分配模型的構(gòu)造

模擬雖然是在采剝、排產(chǎn)量計劃已確定的基礎上進行的。但由于有多個煤巖采掘工作面和排卸點，特別是巖石流向流量問題，從某一工作面出來的物料流可有許多流向，用人工對每一工作面都作出合理的分配，工作量太大。哪一個采掘面的物料應運往哪一個排卸點進行排卸，這是一個露天礦的整體規(guī)劃問題。為此，我們建立了煤巖物料流量分配模型。模型的主要作用是：在采剝、排條件約束下，合理地分配煤、巖流向流量，使整個露天礦的綜合加權(quán)運距最短，其運費最低。用如圖2所示的線性規(guī)劃法分配煤巖物料流量。

2 基礎數(shù)據(jù)的收集、分析

計算機模擬露天礦運輸系統(tǒng)，能否真正反映實際情況，除與模型的可靠性及所選系統(tǒng)的合理性有關(guān)外，所用基礎數(shù)據(jù)是否準確是一個重要因素?；A數(shù)據(jù)是否具有代表性，對標定和搜集到的數(shù)據(jù)是否進行合理的分析和處理，能否正確地應用到模型中去，都將直接影響到模擬結(jié)果的可靠性。因此，基礎數(shù)據(jù)的收集、分析與整理工作是一項工作量較大的工作。該基礎數(shù)據(jù)主要指與線路相關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)場，并加以分析整理而得。為了簡化網(wǎng)絡認為任一起始點發(fā)出的路徑所形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為二叉樹，所以，對于同一線路如果存在往返線路，則視為兩條不同的路徑分別進行節(jié)點編號。

應用計算機進行露天煤礦運輸系統(tǒng)的優(yōu)化是露天礦提高經(jīng)濟效益的重要途徑。該系統(tǒng)不但減輕了技術(shù)人員的工作量，而且能夠及時、準確的計算出合理的采、運、排關(guān)系，排卸點多的特點，可以提高設備效率，縮短綜合運距，提高全礦的產(chǎn)量，實現(xiàn)計劃產(chǎn)量的均衡控制。

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