古蓮河露天煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化研究

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(gè)以采掘?yàn)橹行?，以運(yùn)輸為紐帶的大型生產(chǎn)系統(tǒng)。生產(chǎn)計(jì)劃指標(biāo)和任務(wù)的完成，生產(chǎn)過程的組織、實(shí)施是通過采、運(yùn)、排，尤其是對運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)配來進(jìn)行的。運(yùn)輸系統(tǒng)是否合理，將直接影響著露天礦整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。人工計(jì)算由于不易實(shí)時(shí)掌握工程發(fā)展和排卸點(diǎn)的生產(chǎn)情況，在生產(chǎn)中盲目性較大，往往造成運(yùn)距增加，很難保證采排量的合理搭配，不利于設(shè)備效率發(fā)揮，不便于生產(chǎn)管理，制約著露天礦經(jīng)濟(jì)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(yùn)輸系統(tǒng)的模擬等方面進(jìn)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(zhǔn)則與算法。運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化是采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的產(chǎn)物，實(shí)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(fèi)用，強(qiáng)化礦山管理效率，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益的一種非常成功和行之有效的先進(jìn)技術(shù)。

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

1.1 運(yùn)輸系統(tǒng)模型的建立

對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行模擬，主要是對其路線系統(tǒng)和采、運(yùn)、排設(shè)備的模擬。線路系統(tǒng)表征了整個(gè)露天礦的狀態(tài)和相互關(guān)系。利用網(wǎng)絡(luò)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(yùn)輸線路系統(tǒng)劃分成段簡化后，恰好構(gòu)成一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

②利用網(wǎng)絡(luò)方法來模擬運(yùn)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(luò)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(luò)系統(tǒng)后，可以很方便地求算任何兩相關(guān)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))間的最短路徑，將其結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，模擬時(shí)可隨時(shí)調(diào)用；

④由于從某一工作面到某一排卸點(diǎn)的路徑很多，卡車應(yīng)該走一條距離較短的最優(yōu)路徑，當(dāng)線路系統(tǒng)較復(fù)雜時(shí)，用人工方法很難作到，而用網(wǎng)絡(luò)方法，問題較易解決。以露天礦采剝排計(jì)劃平面圖為基礎(chǔ)，對其運(yùn)輸線路系統(tǒng)進(jìn)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(gè)區(qū)段之間的銜接點(diǎn)即是節(jié)點(diǎn)。將劃分成區(qū)段并簡化后的線路系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別編號，并形成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息庫。線路節(jié)點(diǎn)即為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有以下屬性：節(jié)點(diǎn)標(biāo)號、坐標(biāo)值、坡度、轉(zhuǎn)彎半徑、與其相連的接點(diǎn)標(biāo)號、節(jié)點(diǎn)屬性等。其中坡度以三維坐標(biāo)Z坐標(biāo)體現(xiàn)。把工作面和卸載點(diǎn)看作節(jié)點(diǎn)，與線路基本網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一編號。經(jīng)研究對比認(rèn)為，中小型機(jī)投資大，要求運(yùn)行環(huán)境及成本高，維護(hù)、維修較困難，因此選用了微機(jī)網(wǎng)方案。

建立微機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)需要：節(jié)點(diǎn)號、節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)(X，Y，Z)、節(jié)點(diǎn)的分類屬性：0、一般節(jié)點(diǎn)；1、交叉節(jié)點(diǎn)；2、采煤點(diǎn)；3、采巖點(diǎn)；4、卸煤點(diǎn)；5、排土點(diǎn)，同時(shí)需要相鄰節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號及兩個(gè)節(jié)點(diǎn)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(luò)系統(tǒng)。

用節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)間路段長度時(shí)，計(jì)算方法見圖1：

圖1 線路段長度計(jì)算示意圖

AB為直線路時(shí)：

AB為彎道時(shí)：

1.2 最優(yōu)路徑選擇

根據(jù)古蓮河露天煤礦山的實(shí)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)圖可知，其具有以下特點(diǎn)：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(yùn)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(shí)，只要給出卡車運(yùn)行的出發(fā)點(diǎn)和目的點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號，按照節(jié)點(diǎn)的相互連接關(guān)系，計(jì)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(yùn)輸線路分段進(jìn)行節(jié)點(diǎn)標(biāo)號，并將其相應(yīng)信息處存放在一節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫中，對于一節(jié)點(diǎn)主要有節(jié)點(diǎn)標(biāo)號、坐標(biāo)值、轉(zhuǎn)彎半徑、與其相連的接點(diǎn)標(biāo)號、節(jié)點(diǎn)屬性等要素，相連接節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)為有向性，該數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)有向性為采點(diǎn)到排卸點(diǎn)。同時(shí)引入另一與源節(jié)點(diǎn)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(shí)數(shù)據(jù)庫。計(jì)算時(shí)，先沿一條路徑進(jìn)行計(jì)算得到一路徑值，后對出現(xiàn)的分支路徑進(jìn)行計(jì)算并得到其路徑值，進(jìn)行比較兩值，取其較小者，同時(shí)改變分支節(jié)點(diǎn)屬性，使其在同一路徑計(jì)算中不再搜索已搜索分支點(diǎn)以后路徑節(jié)點(diǎn)。通過反復(fù)計(jì)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(jì)劃已確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。但由于有多個(gè)煤巖采掘工作面和排卸點(diǎn)，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(gè)采掘面的物料應(yīng)運(yùn)往哪一個(gè)排卸點(diǎn)進(jìn)行排卸，這是一個(gè)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(gè)露天礦的綜合加權(quán)運(yùn)距最短，其運(yùn)費(fèi)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(chǔ)數(shù)據(jù)的收集、分析

計(jì)算機(jī)模擬露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)，能否真正反映實(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確是一個(gè)重要因素。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是否具有代表性，對標(biāo)定和搜集到的數(shù)據(jù)是否進(jìn)行合理的分析和處理，能否正確地應(yīng)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(chǔ)數(shù)據(jù)的收集、分析與整理工作是一項(xiàng)工作量較大的工作。該基礎(chǔ)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(luò)認(rèn)為任一起始點(diǎn)發(fā)出的路徑所形成的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行節(jié)點(diǎn)編號。

應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行露天煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化是露天礦提高經(jīng)濟(jì)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(shí)、準(zhǔn)確的計(jì)算出合理的采、運(yùn)、排關(guān)系，排卸點(diǎn)多的特點(diǎn)，可以提高設(shè)備效率，縮短綜合運(yùn)距，提高全礦的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃產(chǎn)量的均衡控制。

[1]蘇靖，劉勝富等.露天礦卡車調(diào)度理論的系統(tǒng)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)1997.1

[2]葉義成、陳付生.我國深凹露天鐵礦運(yùn)輸工藝技術(shù)發(fā)展方向的探討 [J].武漢鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，18（03）.

[3]大型露天礦運(yùn)輸汽車需要量的估算[J].礦業(yè)快報(bào)，2000（02）.

[4]露天礦大型運(yùn)輸汽車的應(yīng)用[J」，世界采礦快報(bào)，1999，15（07）.

[5]孫承菊露天礦的汽車箕斗聯(lián)合運(yùn)輸方法[J].礦業(yè)動態(tài)，2004（07）.

[6]徐志遠(yuǎn)、林宏志露天礦汽車運(yùn)輸事故原因分析及解決對策[J].煤礦安全,2000，31（10）.

[7]白潤才.露天礦卡車自動化實(shí)時(shí)調(diào)度決策支持系統(tǒng)[A].遼寧省教育廳重點(diǎn)研究本論文[C].2000.12

[8]白潤才.露天礦卡車自動化實(shí)時(shí)調(diào)度優(yōu)化決策系統(tǒng)的構(gòu)成 [J].遼寧工程技術(shù)大學(xué).2001.20(1)