煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)各行業(yè)都發(fā)生了巨大的改變，其中尤為煤礦行業(yè)的發(fā)展最為驚人。煤礦行業(yè)做為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展中必不可少的力量，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)目標(biāo)都是十分重要的。隨著近幾年來(lái)煤礦事業(yè)的發(fā)展，使其無(wú)論在開(kāi)采技術(shù)還是設(shè)備管理等方面都取得了較大的進(jìn)步。下面就一起針對(duì)本文所提出的論題對(duì)煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的分析與探討。

【關(guān)鍵詞】煤礦；機(jī)械裝備；優(yōu)化設(shè)計(jì)

煤礦行業(yè)主要是對(duì)我國(guó)的自然可利用資源進(jìn)行開(kāi)采，以滿足人類(lèi)的發(fā)展需求為最終目的行業(yè)。在煤礦行業(yè)發(fā)展中，機(jī)械是必不可少的組成部分。因此，如何加強(qiáng)對(duì)煤礦開(kāi)采機(jī)械的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，已經(jīng)成為了當(dāng)前煤礦行業(yè)最為重視的事情，也是必須要徹底解決的事情。

1、煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備的重要性

煤炭資源一直是我國(guó)的最為重要的生產(chǎn)資源。在我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，煤炭在我國(guó)的消費(fèi)市場(chǎng)中占首要位置。據(jù)相關(guān)的資料調(diào)查顯示，就2010年一年間，煤炭在我國(guó)的總消費(fèi)量就高達(dá)29.66億噸，占全國(guó)一次性消費(fèi)能源總量的66%，按這種開(kāi)采的速度和消費(fèi)情況來(lái)看，我國(guó)剩余的煤炭資源還可供開(kāi)采100年以上。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展及企業(yè)對(duì)煤炭資源的需求，我國(guó)近幾年來(lái)成立了多個(gè)大型的煤炭開(kāi)采基地。但同時(shí)，由于煤炭開(kāi)采過(guò)程中機(jī)械設(shè)備問(wèn)題，使在煤炭開(kāi)采過(guò)程中受傷或死亡的人數(shù)也在逐年遞增，這主要是由于在煤炭開(kāi)采過(guò)程中機(jī)械設(shè)備跟不上時(shí)代的發(fā)展需求所至，據(jù)國(guó)內(nèi)不完全資料數(shù)據(jù)顯示表明，每年因煤礦機(jī)械裝備所造成的傷亡人數(shù)占整體煤礦開(kāi)采中傷亡人數(shù)的百分之七十左右。對(duì)于這種情況而言，隨著煤炭開(kāi)采事業(yè)的發(fā)展，負(fù)責(zé)人員也在不斷地總結(jié)著經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，對(duì)煤礦技術(shù)機(jī)械裝備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合也做出了一系列的改革措施，煤礦技術(shù)機(jī)械裝備的好壞直接影響著整個(gè)煤礦開(kāi)采施工工程是否可以順利完工，也直接影響著施工人員的生命安全。因此，對(duì)煤礦機(jī)械進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化是煤礦事業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

除此之外，煤礦技術(shù)中機(jī)械是屬于一種大范圍的分類(lèi)，是煤礦技術(shù)中不可或缺的一個(gè)重要的組成部分。由于煤礦技術(shù)不同于其它的開(kāi)采技術(shù)，因此煤礦機(jī)械裝備的各類(lèi)特征也是不同于其它開(kāi)采裝備的。隨著我國(guó)煤礦事業(yè)的發(fā)展，使國(guó)內(nèi)每年開(kāi)采出的煤炭總數(shù)量都在不斷增加。至2012年底，我國(guó)煤炭開(kāi)采總數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了32億。由此可見(jiàn)，煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備的重要性。

2、煤礦機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國(guó)的煤礦資源分為露天煤礦和井下煤礦兩種，因此，開(kāi)采機(jī)械也分為露天機(jī)械和井下機(jī)械兩種。據(jù)國(guó)內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)表明，至十一五以來(lái)，我國(guó)煤礦技術(shù)中機(jī)械的需求量達(dá)50萬(wàn)臺(tái)，總投資量超過(guò)了950億元。其中，應(yīng)要求新增的機(jī)械數(shù)量達(dá)23萬(wàn)臺(tái)，總投資量達(dá)650億元。而煤礦機(jī)械中需要結(jié)構(gòu)優(yōu)化與更新的設(shè)備超出了一半以上，所需投入資金達(dá)250億元。截至2012年底，國(guó)家針對(duì)115家煤礦機(jī)械使用情況進(jìn)行了調(diào)查，數(shù)據(jù)表明，在這115家煤礦開(kāi)采企業(yè)中，至2008年底機(jī)械更新及結(jié)構(gòu)優(yōu)化所投入的資金額達(dá)650億元，所產(chǎn)出的直接收入高達(dá)780多億元。至2012年底，用于煤礦機(jī)械裝備更換與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的資金已高達(dá)860億元，所產(chǎn)出的直接收益高達(dá)1100億元。就我國(guó)煤礦資源調(diào)查結(jié)果表明，我國(guó)煤礦資源將來(lái)還有500多億元的可開(kāi)發(fā)利用空間，而開(kāi)采設(shè)備也將逐漸由傳統(tǒng)的中小型開(kāi)采機(jī)械裝備向大型煤礦機(jī)械開(kāi)采裝備演變。

另外，隨著我國(guó)國(guó)務(wù)院所出臺(tái)的關(guān)于《加快振興裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)》方針政策的提出，提高煤礦持術(shù)中機(jī)械設(shè)計(jì)的運(yùn)行能力以及綜合性指標(biāo)已經(jīng)成為了煤礦事業(yè)發(fā)展中的重中之重。同時(shí)我國(guó)就機(jī)械設(shè)備優(yōu)化提出了末來(lái)的發(fā)展方向，即：大型設(shè)計(jì)的使用率要達(dá)到全國(guó)煤礦機(jī)械使用率的百分這九十八以上。也就是說(shuō)，我國(guó)的煤礦技術(shù)中機(jī)械的使用率已經(jīng)成為了煤礦開(kāi)采事業(yè)發(fā)展好壞的重要標(biāo)志。

3、煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備目前存在的問(wèn)題

目前我國(guó)煤礦開(kāi)采分為露天開(kāi)采及井下開(kāi)采兩種。露天煤礦開(kāi)采中所需要的機(jī)械裝備相對(duì)較為簡(jiǎn)單，主要有機(jī)械式挖掘機(jī)、連續(xù)挖掘機(jī)、大型皮帶輸送機(jī)以及大型非公路礦用車(chē)等。而井下煤礦開(kāi)采中，所需的機(jī)械設(shè)備就相對(duì)較為復(fù)雜，即：輸送設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、開(kāi)采設(shè)備以及巷道掘進(jìn)設(shè)備、巷道支護(hù)設(shè)備、瓦斯探放設(shè)備等。雖然兩種煤礦開(kāi)采中所需的機(jī)械設(shè)備不同，但均存在著相同的設(shè)備問(wèn)題。煤礦技術(shù)中機(jī)械設(shè)備所最常出現(xiàn)的問(wèn)題就是局部最優(yōu)點(diǎn)增多現(xiàn)象。如圖一所示：

從圖中可以看出，二維連續(xù)變量是不存在任何約束性?xún)?yōu)化問(wèn)題的，而在其內(nèi)部?jī)H有一個(gè)最高局部?jī)?yōu)化點(diǎn)X3，如果在此基礎(chǔ)上將連續(xù)變量進(jìn)行整型離散化處理，則可以得出圖二及圖三所示的情況，如圖：

從圖中分別可以看出，當(dāng)整型離散后的圖形為圖二所示時(shí)，則內(nèi)部?jī)H產(chǎn)生一個(gè)最高型離散點(diǎn)X3，而當(dāng)整型離散后的圖形為圖三所示時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)相等數(shù)值的最高型離散點(diǎn)X31、X32，由此結(jié)論可以分析出，機(jī)械內(nèi)部產(chǎn)生局部高型離散最優(yōu)點(diǎn)增多現(xiàn)象。

另外，如圖四所示產(chǎn)生的二維約束優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，并且其內(nèi)部變量為連續(xù)變量時(shí)，則僅有一個(gè)局部最優(yōu)點(diǎn)D產(chǎn)生。如果此時(shí)將連續(xù)變量整合為整型離散化模式，則會(huì)產(chǎn)生三個(gè)不同數(shù)值的局部最優(yōu)點(diǎn)，即：A、B、C三點(diǎn)。則此時(shí)可以判定局部最優(yōu)點(diǎn)增多現(xiàn)象。同時(shí)，由二維優(yōu)化點(diǎn)問(wèn)題可以得出結(jié)論，即三維及三維以上優(yōu)化問(wèn)題存在著優(yōu)化點(diǎn)增多現(xiàn)象，也就是說(shuō)，將連續(xù)變量進(jìn)行離散處理后，再對(duì)離散空間內(nèi)的約束混合性問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化處理，則會(huì)產(chǎn)生局部?jī)?yōu)化點(diǎn)增多現(xiàn)象。如圖：

4、煤礦技術(shù)中機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

煤礦技術(shù)中機(jī)械的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于煤礦開(kāi)采的安全性是十分重要的。因此，煤礦開(kāi)采部門(mén)相關(guān)人員經(jīng)過(guò)多年的工作經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合先進(jìn)的設(shè)備優(yōu)化方案對(duì)煤礦機(jī)械裝備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

針對(duì)于上述機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化點(diǎn)增多現(xiàn)象，首先從某點(diǎn)（X點(diǎn)）沿AF方向進(jìn)行搜索出界后得可行區(qū)域內(nèi)邊界點(diǎn)B時(shí)，首先選取AF方向在虛擬約束邊界g（X）=0在B點(diǎn)的切平面上投影響方向S為搜索方向進(jìn)行搜索。如果沿S方向進(jìn)行搜索得到新點(diǎn)在S區(qū)域內(nèi)，即：F（X）小于B，時(shí)，則可以繼續(xù)沿該方向進(jìn)行搜索。但如果當(dāng)F（X）大于B時(shí)，則可以判定出B點(diǎn)為局部最優(yōu)點(diǎn)，并同時(shí)將B點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。而后將X點(diǎn)做為起始點(diǎn)再次重新進(jìn)行搜索。如果當(dāng)沿AF方向進(jìn)行搜索后仍然回到了起始位置上，由視起始點(diǎn)為收劍點(diǎn)，該搜索程序完成。

另外，如果從X點(diǎn)沿AF方向搜索一步出界時(shí)，則AF在該虛擬約束邊界X點(diǎn)切平面上的投影方向S搜索一步得到的新點(diǎn)又出其它邊界時(shí)，則沿AF在新邊界點(diǎn)AF點(diǎn)切面上的投影方向搜索一步。也就是說(shuō)，如果搜索得到了一個(gè)新點(diǎn)在可行區(qū)域內(nèi)，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)值下降時(shí)，則繼續(xù)沿著該方向進(jìn)行搜索。反之則回到起始點(diǎn)重新進(jìn)行搜索。而如果得到的新的搜索點(diǎn)有其它新的約束邊界出現(xiàn)時(shí)，則仍然要沿AF點(diǎn)在新的虛擬邊界切平面上的投影方向進(jìn)行搜索。如果在搜索中出現(xiàn)了上述邊界情況之一時(shí)，則可以判定X點(diǎn)為死點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述可知，煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)提高設(shè)備的使用年限以及設(shè)備的運(yùn)行安全都是十分重要的。因此，在機(jī)械設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要針對(duì)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行合理的改正與設(shè)計(jì)，從而保證機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效性，提高整個(gè)機(jī)械的運(yùn)行能力。

參考文獻(xiàn)

[1]馬忠誠(chéng).煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].科技風(fēng)，2014，（5）：51-51.

[2]黃福盛.煤礦技術(shù)中機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2013，32（1）：15-17.

[3]孫大鵬，趙文靜.煤礦機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2013，（12）：13-13，14.