采礦系統(tǒng)工程.docx

1、 系統(tǒng)的內(nèi)涵，基本特征及復(fù)雜性 內(nèi)涵：系統(tǒng)是由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互作用的若干部分組成的具有特定功能的有機(jī)整體。基本特征：系統(tǒng)是由元素所組成的，元素間相互影響、相互作用、相互依賴所構(gòu)成的元素關(guān)系，由元素及元素間關(guān)系構(gòu)成的整體具有特定的功能。復(fù)雜性：構(gòu)成系統(tǒng)的元素往往是個(gè)系統(tǒng)(子系統(tǒng)），系統(tǒng)的多層次性；系統(tǒng)涉及的因素往往是多維的；系統(tǒng)是由不同質(zhì)的要素集合而成的；系統(tǒng)可以是包括人在內(nèi)的人-機(jī)系統(tǒng)。2、霍爾三維結(jié)構(gòu)展示系統(tǒng)工程各項(xiàng)工作內(nèi)容的三維（時(shí)間維、邏輯維、知識(shí)維）結(jié)構(gòu)圖。3、 采礦系統(tǒng)工程的概念及形成與標(biāo)志概念：采礦系統(tǒng)工程是由采礦工程學(xué)與系統(tǒng)工程學(xué)相結(jié)合面形成的一個(gè)新的學(xué)科分支，采礦系統(tǒng)工程是根據(jù)采礦工程內(nèi)在規(guī)律和基本原理，以系統(tǒng)論和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法研究和解決采礦工程綜合優(yōu)化問(wèn)題的采礦工程學(xué)科分支。形成與標(biāo)志：采礦工程學(xué)與系統(tǒng)工程學(xué)的結(jié)合，是從50年代運(yùn)籌學(xué)用于采礦業(yè)的研究開(kāi)始的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，60年代將運(yùn)籌學(xué)原理與計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用于礦業(yè)研究的批成果涌現(xiàn)出來(lái)，使采礦系統(tǒng)工程作為個(gè)新興學(xué)科逐漸形成，并得到蓬勃發(fā)展。4、 系統(tǒng)模型的內(nèi)涵及基本特征及其作用內(nèi)涵：系統(tǒng)模型是把系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)成要素通過(guò)適當(dāng)?shù)姆纸?、篩選、抽象和歸納等工作之后，用某種表現(xiàn)形式描述出來(lái)的簡(jiǎn)明映象。即模型是系統(tǒng)理想化的抽象或簡(jiǎn)化表示，是實(shí)際系統(tǒng)的代替物，它描述了現(xiàn)實(shí)世界的某些主要特點(diǎn)?；咎卣鳎耗Ｐ褪乾F(xiàn)實(shí)世界的一部分的抽象或模仿；模型是由那些與分析的問(wèn)題有關(guān)的因素所構(gòu)成；模型表明了有關(guān)因素之間的邏輯關(guān)系或定量關(guān)系。作用：我們可以把一個(gè)極其復(fù)雜、變幻莫測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際系統(tǒng)，抽象提煉成一個(gè)簡(jiǎn)明扼要、反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)的模型。我們可以利用這種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究工作。這種試驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中往往需要耗費(fèi)大量的人力物力，甚至是難以實(shí)現(xiàn)的；而利用模型，則可集中精力于重要環(huán)節(jié)、重要參數(shù)之間的關(guān)系上，設(shè)計(jì)出不同的方案進(jìn)行運(yùn)算對(duì)比分析，并可對(duì)未來(lái)的發(fā)展作出預(yù)測(cè)，或?yàn)樵撓到y(tǒng)的改造提出可循依據(jù)。5、 建立模型的步驟步驟：明確系統(tǒng)的目的和要求，即明確系統(tǒng)要解決的問(wèn)題是什么；建定語(yǔ)言模型，即用準(zhǔn)確精煉的語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述；將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，弄清系統(tǒng)中的主要因素及其相互關(guān)系；明確系統(tǒng)的外部環(huán)境，系統(tǒng)環(huán)境產(chǎn)生的約束條件；確定模型細(xì)構(gòu)；估計(jì)模型中的參數(shù)，用數(shù)量表示系統(tǒng)中的因果關(guān)系；檢驗(yàn)?zāi)Ｐ团c現(xiàn)實(shí)情況的差異，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)模型做必要的修正。6、 區(qū)域化變量的含義及特征含義：在一定空間范圍內(nèi)既有隨機(jī)性又有結(jié)構(gòu)性的變量，區(qū)域化變量只能用隨機(jī)函數(shù)來(lái)進(jìn)行研究。特征：結(jié)構(gòu)性：受到同一成因作用而產(chǎn)生的(即服從一定的規(guī)律)隨機(jī)性：由于種種客觀原因的影響，每一點(diǎn)的參數(shù)值又是隨機(jī)的。7、 變異函數(shù)的形式及計(jì)算定義為兩點(diǎn)間隨機(jī)變量增量z(x1)-z(x2)的方差，寫作:2r(x1,x2)=Varz(x1)-z(x2)；而函數(shù)r(x1,x2)稱為半變異函數(shù)。8、 變異函數(shù)的理論模型（1） 球狀模型：（2） 指數(shù)模型：r(h) = C1exp(h/a)（3） 高斯模型：r(h) = C1exp(h2 /a2)9、 結(jié)構(gòu)分析的一般步驟步驟：區(qū)域化變量的選取及計(jì)算域的確定；鉆孔樣品組合；實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)方向性的確定及數(shù)據(jù)空間構(gòu)形；實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)的建立；理論變異函數(shù)的擬合及各向異性的套合。10、 半變異函數(shù)的手工擬合的一般步驟步驟：按實(shí)驗(yàn)值找出穩(wěn)定的基臺(tái)值C+C0; 將接近縱軸的若干點(diǎn)連成直線；由上述直線與縱軸的交點(diǎn)可得到塊金效應(yīng)值C0，該直線與基臺(tái)線相交則可得2/3a,由此可推得變程a值；利用上述C, C0,a等值得出理論半變異函數(shù)，繪出理論曲線，并檢驗(yàn)其與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合程度，必要時(shí)可做反復(fù)修改調(diào)整。11、 克里金法估值克里金法：是以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)為理論根據(jù)，用被估塊段附近(或內(nèi)部)樣品的線性組合，對(duì)塊段進(jìn)行最佳無(wú)偏的估值計(jì)算。估值公式：克里金方程組： 鑒于“屏蔽效應(yīng)”等現(xiàn)象：在選擇估計(jì)鄰域時(shí)應(yīng)考慮樣品點(diǎn)分布的各向均勻性。一般是將估計(jì)鄰域的空間按不同方位劃分成若干個(gè)空間域，在每個(gè)域中選擇距離最近的一兩個(gè)樣品點(diǎn)參與估值?？死锝鸱▽?duì)地質(zhì)參數(shù)估值優(yōu)點(diǎn)： 可提供最佳無(wú)偏的內(nèi)插估計(jì)。這里“最佳”意味著可獲得最小估計(jì)方差。用克里金法估值的精確性，業(yè)經(jīng)許多礦床應(yīng)用實(shí)例的對(duì)比分析所證實(shí)。 能定量給出計(jì)算精度，即計(jì)算克里金方差，作為衡量估計(jì)誤差的尺度?？捎靡耘袛嗫碧饺泳W(wǎng)格的合理性，為鉆孔布置方案的優(yōu)化提供理論根據(jù)。12、 礦床地質(zhì)模型含義，建立方法，優(yōu)缺點(diǎn)含義：用運(yùn)籌學(xué)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)方法進(jìn)行礦山工程分析計(jì)算，要求建立一種以網(wǎng)格或塊段為單元的數(shù)學(xué)模型，用以存儲(chǔ)多種地質(zhì)信息，這種模型稱之為礦床模型。建立方法：距離加權(quán)法，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，地質(zhì)界限法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。簡(jiǎn)評(píng)：以上諸法中，雖然地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法是理論上最嚴(yán)密使用中最有效的，但是面對(duì)具體的礦床條件，仍可因地制宜從諸法中懸著合適的方法。在一定條件下，諸法差異并非是絕對(duì)的。13、 煤層地質(zhì)條件開(kāi)采工藝性評(píng)價(jià)內(nèi)容及過(guò)程內(nèi)容：評(píng)價(jià)范圍從小到大的順序由煤層塊段的評(píng)價(jià)，煤層評(píng)價(jià)到礦井評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的性質(zhì)包括依據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告資料的評(píng)價(jià)和依據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)資料的評(píng)價(jià)。過(guò)程：在煤層地質(zhì)條件因素影響開(kāi)采效果的大量典型調(diào)查基礎(chǔ)上建立評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)，進(jìn)行指標(biāo)量化；分礦區(qū)搜集評(píng)價(jià)樣本，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)；構(gòu)造評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)并進(jìn)行煤層開(kāi)采工藝水平的模糊模式識(shí)別；構(gòu)造基于模糊多元分析理論的因素權(quán)重分析模型；建立煤層開(kāi)采工藝性模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別進(jìn)行采前評(píng)價(jià)和采后評(píng)價(jià)；煤層開(kāi)采工藝水平判據(jù)分析，應(yīng)用于回采工藝方式的選擇；分礦區(qū)評(píng)價(jià)可靠性分析；工作面生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)預(yù)測(cè)。14、 影響礦山產(chǎn)量規(guī)模的因素，優(yōu)化方法和核心問(wèn)題影響因素：市場(chǎng)需求，資源條件，技術(shù)條件，經(jīng)濟(jì)條件，其他條件。優(yōu)化方法：泰勒準(zhǔn)則；優(yōu)化礦山生產(chǎn)能力的準(zhǔn)則應(yīng)使礦山投資取得不低于平均利潤(rùn)率的經(jīng)濟(jì)效益，即生產(chǎn)規(guī)模能保證礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中正、負(fù)現(xiàn)金流量貼現(xiàn)值平衡；最小費(fèi)用法；最佳經(jīng)濟(jì)效益規(guī)模；優(yōu)化礦山生產(chǎn)能力和服務(wù)年限的目標(biāo)應(yīng)使礦石儲(chǔ)量的終值最大；礦山最優(yōu)服務(wù)年限或生產(chǎn)能力的確定應(yīng)使其凈現(xiàn)值或內(nèi)部收益率達(dá)到最大。核心問(wèn)題：建立礦山開(kāi)采成本與產(chǎn)量規(guī)模之間的函數(shù)關(guān)系，或是收益與規(guī)模的函數(shù)關(guān)系，然后取最優(yōu)值。15、規(guī)模經(jīng)濟(jì)與經(jīng)濟(jì)規(guī)模規(guī)模經(jīng)濟(jì)：指建設(shè)項(xiàng)目在一定范圍內(nèi)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模而使單位生產(chǎn)成本下降獲得的利益；經(jīng)濟(jì)規(guī)模：指在產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)各生產(chǎn)要素合理配置的情況下，能取得經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)規(guī)模。區(qū)別：規(guī)模經(jīng)濟(jì)實(shí)際上體現(xiàn)了生產(chǎn)規(guī)模變動(dòng)而引起的收益變動(dòng)的規(guī)律性，經(jīng)濟(jì)規(guī)模不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)范圍。15、 采區(qū)設(shè)計(jì)的優(yōu)化內(nèi)容和方法內(nèi)容：一：選擇采煤方法、采區(qū)機(jī)械設(shè)備；二：確定采取巷道布置系統(tǒng)及其主要參數(shù)。方法：采區(qū)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型的編制和優(yōu)化方法的選擇，主要取決于最優(yōu)化準(zhǔn)則及其相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定，有單目標(biāo)和多目標(biāo)兩種。（1）最優(yōu)化準(zhǔn)則為一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，單目標(biāo)決策比較簡(jiǎn)單實(shí)用，所采用的指標(biāo)為采區(qū)噸煤生產(chǎn)費(fèi)最小，優(yōu)化方法是非線性規(guī)劃。（2）最優(yōu)化準(zhǔn)則為多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，可用8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的幾項(xiàng)，優(yōu)化方法有目標(biāo)規(guī)劃法和利用德?tīng)柗品ǖ贸龅木C合評(píng)價(jià)指標(biāo)。16、 采煤機(jī)模擬方法1、 采煤機(jī)運(yùn)行狀況：在機(jī)械化生產(chǎn)的采煤工作面中，所有工序都是以采煤機(jī)運(yùn)行為核心的，采煤機(jī)運(yùn)行狀況代表著采煤工作面生產(chǎn)狀況。采煤機(jī)的運(yùn)行狀況受工作面地質(zhì)條件，如煤層厚度、傾角、煤的硬度、夾矸、頂?shù)装逍再|(zhì)等。技術(shù)條件如工作面長(zhǎng)度，設(shè)備型號(hào)，進(jìn)刀方式等，以及其他工藝環(huán)節(jié)的影響。2、 采煤機(jī)運(yùn)行速度：采煤機(jī)在生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行速度是個(gè)連續(xù)的隨機(jī)變量，根據(jù)對(duì)一些實(shí)測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析和檢驗(yàn)結(jié)果，它服從正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為：3、 采煤機(jī)運(yùn)行和停頓時(shí)間：采煤機(jī)每次開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和因故中途停頓時(shí)間是隨機(jī)變量，服從負(fù)指數(shù)分布規(guī)律，分布函數(shù)：。由實(shí)測(cè)資料得出采煤機(jī)運(yùn)行和停頓時(shí)間的負(fù)指數(shù)分布特征值，得到某一時(shí)刻連續(xù)運(yùn)行時(shí)間t1和間斷停頓時(shí)間t2. 和。計(jì)算機(jī)模擬模型：采用最小時(shí)間事件步長(zhǎng)法，模擬采煤機(jī)開(kāi)動(dòng)生產(chǎn)和因故停頓兩種事件的交替變化，反映工作面出煤情況。17、系統(tǒng)模擬的概念，方法，優(yōu)缺點(diǎn)概念：系統(tǒng)模擬或稱系統(tǒng)仿真，是通過(guò)觀測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其隨時(shí)間的變化而建立起一個(gè)模型并對(duì)其求解的一種技術(shù)。利用這種模型，可以再現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)及特性。實(shí)際上，系統(tǒng)模擬大多用于動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，用數(shù)值方法求解。方法：定時(shí)步長(zhǎng)法；事件步長(zhǎng)法。優(yōu)缺點(diǎn)：定時(shí)步長(zhǎng)法邏輯簡(jiǎn)明，使用方便，但由于定時(shí)步步推移，往往運(yùn)算時(shí)間較長(zhǎng)，而若將模擬時(shí)鐘推進(jìn)間隔加大又會(huì)影響計(jì)算精度。事件步長(zhǎng)法在系統(tǒng)不慎復(fù)雜時(shí)運(yùn)算較快，也較準(zhǔn)確，但因按依次發(fā)生的事件推移模擬時(shí)鐘，故系統(tǒng)中間運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)難以清晰表達(dá)。18、 均勻隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)變量的產(chǎn)生方法均勻隨機(jī)數(shù)：使用隨機(jī)數(shù)表；物理方法；數(shù)學(xué)方法。產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)： 迭代取中法； 移位法； 同余法。由隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)變量： 直接抽樣，如果隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)F(x)連續(xù)，則rF()是0，1上均勻分布的隨機(jī)變量。方法簡(jiǎn)單，適用廣泛 變換抽樣，通常利用分布函數(shù)的逆變換公式來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)變量。有些分布函數(shù)難以找到其逆變換式，或雖能找到但極復(fù)雜，以致無(wú)法計(jì)算，這是此法的局限性。 舍選取樣，這種方法是按一定的檢驗(yàn)條件進(jìn)行舍選，以得到某種概率分布的隨機(jī)變量抽樣值。此法由于方法靈活、計(jì)算簡(jiǎn)單、使用方便而得到較為廣泛的應(yīng)用。 復(fù)合抽樣，此法是利用某些容易得到的隨機(jī)變量值，來(lái)組合成所需的隨機(jī)變量。 近似抽樣，這種方法一般用于分布函數(shù)的計(jì)算式無(wú)法求出的情況。19、 采礦系統(tǒng)可靠性的基本特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）礦山生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)“人自然機(jī)器”系統(tǒng)，而不是一般的“人機(jī)”系統(tǒng)。（2）礦山設(shè)備的作業(yè)條件和環(huán)境惡劣，作業(yè)對(duì)象多為堅(jiān)硬而不規(guī)則的物料，耗損大，故障率高等，較一般系統(tǒng)的可靠性低（3）影響礦上生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性的不確定因素多。未查明的條件多（4）礦山工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難以預(yù)先進(jìn)行必要的可靠性試驗(yàn)，而設(shè)計(jì)方案一經(jīng)確定較難改變，縮小了可靠性調(diào)劑余地。（5）構(gòu)成礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)或分系統(tǒng)較多，難以建立一個(gè)完整通用的可靠性數(shù)學(xué)模型來(lái)求解系統(tǒng)可靠性。（6）由于礦物的市場(chǎng)價(jià)格嚴(yán)重扭曲，而礦用原材料和設(shè)備價(jià)格上漲，經(jīng)濟(jì)效益不佳，后期供應(yīng)能力不足。17、 可靠性狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣狀態(tài)轉(zhuǎn)移是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，在進(jìn)行定量描述時(shí)必須必然要系統(tǒng)或設(shè)備在各種狀態(tài)下的概率值?？捎枚仁茄芯肯到y(tǒng)在開(kāi)始工作后，在任意時(shí)刻處于工作狀態(tài)的概率。而馬爾科夫過(guò)程是具有這樣性質(zhì)的隨機(jī)過(guò)程。把工藝系統(tǒng)中第i臺(tái)設(shè)備在任意時(shí)刻（t）0狀態(tài)記為并約定：設(shè)設(shè)備故障概率，修復(fù)率為，以狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率形式給出的馬爾科夫過(guò)程如下：首先確定各隨機(jī)事件的概率分布，并采用馬爾可夫隨機(jī)過(guò)程理論建立工作狀態(tài)向故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移及故障狀態(tài)向工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移的數(shù)學(xué)模型。然后，根據(jù)工藝系統(tǒng)中設(shè)備之間的可靠性邏輯關(guān)系，建立相應(yīng)的系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型。至此，可以對(duì)整個(gè)連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)及其設(shè)備的可靠度、維修度及有效度進(jìn)行求解，進(jìn)而計(jì)算其他有關(guān)作業(yè)參數(shù)。18、 柔性生產(chǎn)系統(tǒng)通常把帶有緩沖倉(cāng)的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)稱作柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是當(dāng)倉(cāng)前環(huán)節(jié)故障時(shí)倉(cāng)后環(huán)節(jié)可繼續(xù)運(yùn)送倉(cāng)中的存料，當(dāng)倉(cāng)后環(huán)節(jié)故障時(shí)，倉(cāng)前環(huán)節(jié)可繼續(xù)往倉(cāng)中存料，因此在一定時(shí)間內(nèi)，整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)并沒(méi)有故障。故緩沖倉(cāng)能夠減小其前后環(huán)節(jié)故障對(duì)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的影響。22、巖石移動(dòng)規(guī)律的研究方法方法：有理論分析法、實(shí)驗(yàn)室研究方法與數(shù)值模擬方法。其中，理論分析為實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬提供了指導(dǎo)，對(duì)比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題通過(guò)分析推導(dǎo)可以得到解析解或閉合形式解，但能得到這種解的情況很少。實(shí)驗(yàn)研究，現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室的巖石試件實(shí)驗(yàn)與相似材料的模擬實(shí)驗(yàn)，都是我們逐漸認(rèn)識(shí)工程巖體介質(zhì)不可缺少的途徑。數(shù)值方法引入巖石移動(dòng)規(guī)律的研究之后就成為了一種非常有效地研究手段，而且隨著計(jì)算機(jī)及計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值方法必將越來(lái)越顯示其重要性。23、巷道圍巖支護(hù)的特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）圍巖支護(hù)系統(tǒng)是復(fù)