古蓮河露天煤礦運輸系統優化研究

曹忠清

（大興安嶺古蓮河露天煤礦，黑龍江 大興安嶺 165308）

露天礦是一個以采掘為中心，以運輸為紐帶的大型生產系統。生產計劃指標和任務的完成，生產過程的組織、實施是通過采、運、排，尤其是對運輸系統的實時調配來進行的。運輸系統是否合理，將直接影響著露天礦整個生產系統的生產效率和經濟效益。人工計算由于不易實時掌握工程發展和排卸點的生產情況，在生產中盲目性較大，往往造成運距增加，很難保證采排量的合理搭配，不利于設備效率發揮，不便于生產管理，制約著露天礦經濟效益的提高。于是我從理論研究上入手來探討這一問題，在化調度方法，車流規劃，運輸系統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，綜合調度方法，等一系列優化調度準則與算法。運輸系統優化是采用現代計算機技術與實際生產相結合的產物，實踐證明，它是提高礦山生產能力，節省投資和生產成本費用，強化礦山管理效率，提高礦山經濟效益的一種非常成功和行之有效的先進技術。

1 運輸系統優化模型及貨流規劃模型的構造

1.1 運輸系統模型的建立

對露天礦運輸系統進行模擬，主要是對其路線系統和采、運、排設備的模擬。線路系統表征了整個露天礦的狀態和相互關系。利用網絡系統建立線路系統的模型的主要的原因：

①把模擬露天礦運輸線路系統劃分成段簡化后，恰好構成一網絡系統；

②利用網絡方法來模擬運輸系統可以大大提高其通用性。如果線路系統發生變化或需修改，只須把網絡數據庫中的數據加以修改即可，無須修改源程序

③建立網絡系統后，可以很方便地求算任何兩相關點(節點)間的最短路徑，將其結果存入數據庫中，模擬時可隨時調用；

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路徑，當線路系統較復雜時，用人工方法很難作到，而用網絡方法，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段，每個區段之間的銜接點即是節點。將劃分成區段并簡化后的線路系統的各個節點分別編號，并形成網絡節點信息庫。線路節點即為網絡的節點，每個節點都有以下屬性：節點標號、坐標值、坡度、轉彎半徑、與其相連的接點標號、節點屬性等。其中坡度以三維坐標Z坐標體現。把工作面和卸載點看作節點，與線路基本網絡的節點統一編號。經研究對比認為，中小型機投資大，要求運行環境及成本高，維護、維修較困難，因此選用了微機網方案。

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

用節點坐標計算兩節點間路段長度時，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 最優路徑選擇

根據古蓮河露天煤礦山的實際運輸網絡圖可知，其具有以下特點：圖中無自環；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圖簡化為一種“樹”形簡圖，且該圖表現為有向性。求解最優路徑時，只要給出卡車運行的出發點和目的點的節點號，按照節點的相互連接關系，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點標號，并將其相應信息處存放在一節點數據庫中，對于一節點主要有節點標號、坐標值、轉彎半徑、與其相連的接點標號、節點屬性等要素，相連接節點表現為有向性，該數據庫節點有向性為采點到排卸點。同時引入另一與源節點信息數據庫結構完全相同的空數據庫，把源數據讀入臨時數據庫。計算時，先沿一條路徑進行計算得到一路徑值，后對出現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點。通過反復計算并比較各路徑值，最后得到最優路徑。

1.3 煤巖物料流分配模型的構造

模擬雖然是在采剝、排產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運距最短，其運費最低。用如圖2所示的線性規劃法分配煤巖物料流量。

2 基礎數據的收集、分析

計算機模擬露天礦運輸系統，能否真正反映實際情況，除與模型的可靠性及所選系統的合理性有關外，所用基礎數據是否準確是一個重要因素。基礎數據是否具有代表性，對標定和搜集到的數據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果的可靠性。因此，基礎數據的收集、分析與整理工作是一項工作量較大的工作。該基礎數據主要指與線路相關的數據，這些數據來源于現場，并加以分析整理而得。為了簡化網絡認為任一起始點發出的路徑所形成的網絡結構為二叉樹，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點編號。

應用計算機進行露天煤礦運輸系統的優化是露天礦提高經濟效益的重要途徑。該系統不但減輕了技術人員的工作量，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，提高全礦的產量，實現計劃產量的均衡控制。

[1]蘇靖，劉勝富等.露天礦卡車調度理論的系統研究[J].煤炭學報1997.1

[2]葉義成、陳付生.我國深凹露天鐵礦運輸工藝技術發展方向的探討 [J].武漢鋼鐵學院學報，1995，18（03）.

[3]大型露天礦運輸汽車需要量的估算[J].礦業快報，2000（02）.

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

[5]孫承菊露天礦的汽車箕斗聯合運輸方法[J].礦業動態，2004（07）.

[6]徐志遠、林宏志露天礦汽車運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時調度決策支持系統[A].遼寧省教育廳重點研究本論文[C].2000.12

[8]白潤才.露天礦卡車自動化實時調度優化決策系統的構成 [J].遼寧工程技術大學.2001.20(1)