曹忠清
(大兴安岭古莲河露天煤矿,黑龙江 大兴安岭 165308)
露天矿是一个以采掘为中心,以运输为纽带的大型生产系统。生产计划指标和任务的完成,生产过程的组织、实施是通过采、运、排,尤其是对运输系统的实时调配来进行的。运输系统是否合理,将直接影响着露天矿整个生产系统的生产效率和经济效益。人工计算由于不易实时掌握工程发展和排卸点的生产情况,在生产中盲目性较大,往往造成运距增加,很难保证采排量的合理搭配,不利于设备效率发挥,不便于生产管理,制约着露天矿经济效益的提高。于是我从理论研究上入手来探讨这一问题,在化调度方法,车流规划,运输系统的模拟等方面进行了较为深入的研究,提出了最小饱和度方法,最小比值方差方法,综合调度方法,等一系列优化调度准则与算法。运输系统优化是采用现代计算机技术与实际生产相结合的产物,实践证明,它是提高矿山生产能力,节省投资和生产成本费用,强化矿山管理效率,提高矿山经济效益的一种非常成功和行之有效的先进技术。
对露天矿运输系统进行模拟,主要是对其路线系统和采、运、排设备的模拟。线路系统表征了整个露天矿的状态和相互关系。利用网络系统建立线路系统的模型的主要的原因:
①把模拟露天矿运输线路系统划分成段简化后,恰好构成一网络系统;
②利用网络方法来模拟运输系统可以大大提高其通用性。如果线路系统发生变化或需修改,只须把网络数据库中的数据加以修改即可,无须修改源程序
③建立网络系统后,可以很方便地求算任何两相关点(节点)间的最短路径,将其结果存入数据库中,模拟时可随时调用;
④由于从某一工作面到某一排卸点的路径很多,卡车应该走一条距离较短的最优路径,当线路系统较复杂时,用人工方法很难作到,而用网络方法,问题较易解决。以露天矿采剥排计划平面图为基础,对其运输线路系统进行抽象简化,方法如下:
①把每条线路用其线路中心线来代替;
②把线路按其属性划分成区段,每个区段之间的衔接点即是节点。将划分成区段并简化后的线路系统的各个节点分别编号,并形成网络节点信息库。线路节点即为网络的节点,每个节点都有以下属性:节点标号、坐标值、坡度、转弯半径、与其相连的接点标号、节点属性等。其中坡度以三维坐标Z坐标体现。把工作面和卸载点看作节点,与线路基本网络的节点统一编号。经研究对比认为,中小型机投资大,要求运行环境及成本高,维护、维修较困难,因此选用了微机网方案。
建立微机网络模型时需要:节点号、节点的三维坐标(X,Y,Z)、节点的分类属性:0、一般节点;1、交叉节点;2、采煤点;3、采岩点;4、卸煤点;5、排土点,同时需要相邻节点的节点号及两个节点间线路转弯半径。将以上信息收集后,就可以建立基本网络系统。
用节点坐标计算两节点间路段长度时,计算方法见图1:
图1 线路段长度计算示意图
AB为直线路时:
AB为弯道时:
根据古莲河露天煤矿山的实际运输网络图可知,其具有以下特点:图中无自环;并行边很少;悬挂边多。所以可以把古莲河露天煤矿运输系统图简化为一种“树”形简图,且该图表现为有向性。求解最优路径时,只要给出卡车运行的出发点和目的点的节点号,按照节点的相互连接关系,计算出所有路径,将其比较后得到最短路径。
把古莲河露天煤矿可能运输线路分段进行节点标号,并将其相应信息处存放在一节点数据库中,对于一节点主要有节点标号、坐标值、转弯半径、与其相连的接点标号、节点属性等要素,相连接节点表现为有向性,该数据库节点有向性为采点到排卸点。同时引入另一与源节点信息数据库结构完全相同的空数据库,把源数据读入临时数据库。计算时,先沿一条路径进行计算得到一路径值,后对出现的分支路径进行计算并得到其路径值,进行比较两值,取其较小者,同时改变分支节点属性,使其在同一路径计算中不再搜索已搜索分支点以后路径节点。通过反复计算并比较各路径值,最后得到最优路径。
模拟虽然是在采剥、排产量计划已确定的基础上进行的。但由于有多个煤岩采掘工作面和排卸点,特别是岩石流向流量问题,从某一工作面出来的物料流可有许多流向,用人工对每一工作面都作出合理的分配,工作量太大。哪一个采掘面的物料应运往哪一个排卸点进行排卸,这是一个露天矿的整体规划问题。为此,我们建立了煤岩物料流量分配模型。模型的主要作用是:在采剥、排条件约束下,合理地分配煤、岩流向流量,使整个露天矿的综合加权运距最短,其运费最低。用如图2所示的线性规划法分配煤岩物料流量。
计算机模拟露天矿运输系统,能否真正反映实际情况,除与模型的可靠性及所选系统的合理性有关外,所用基础数据是否准确是一个重要因素。基础数据是否具有代表性,对标定和搜集到的数据是否进行合理的分析和处理,能否正确地应用到模型中去,都将直接影响到模拟结果的可靠性。因此,基础数据的收集、分析与整理工作是一项工作量较大的工作。该基础数据主要指与线路相关的数据,这些数据来源于现场,并加以分析整理而得。为了简化网络认为任一起始点发出的路径所形成的网络结构为二叉树,所以,对于同一线路如果存在往返线路,则视为两条不同的路径分别进行节点编号。
应用计算机进行露天煤矿运输系统的优化是露天矿提高经济效益的重要途径。该系统不但减轻了技术人员的工作量,而且能够及时、准确的计算出合理的采、运、排关系,排卸点多的特点,可以提高设备效率,缩短综合运距,提高全矿的产量,实现计划产量的均衡控制。
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