露天礦機(jī)械化排土方案優(yōu)化研究

露天礦機(jī)械化排土方案優(yōu)化研究

0車輛配置的構(gòu)成對(duì)于露天礦來(lái)說(shuō)，采礦處理成本約占礦山總產(chǎn)量的50%以上。而排土工作中比較重要的一環(huán)就是車輛的配置,車輛配置多了,會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失,而且不利于生產(chǎn)效率的提高;車輛配置少了,則使礦山的生產(chǎn)能力不足,直接影響企業(yè)的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。因此,合理的車輛配置對(duì)露天礦排土的生產(chǎn)效率以及露天礦山的經(jīng)濟(jì)效益有著重大的影響。1露天礦開(kāi)采模型的建設(shè)1.1車輛裝土機(jī)fcfs根據(jù)露天礦山經(jīng)驗(yàn),汽車在排土?xí)r到達(dá)裝土點(diǎn)的概率可近視為服從泊松分布,而在裝土點(diǎn)裝土的時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布,假設(shè)在挖土點(diǎn)有c臺(tái)挖土機(jī)進(jìn)行裝土工作,車輛到達(dá)后,進(jìn)入隊(duì)列尾端等待裝土;當(dāng)某一臺(tái)挖土機(jī)空閑時(shí),隊(duì)列中的第一輛車即到該挖土機(jī)接收裝土;裝土完畢后隨即離去,各挖土機(jī)互相獨(dú)立且平均服務(wù)速率大致相同,而且車輛裝土符合先到先服務(wù)(FCFS)的服務(wù)次序,如圖1所示。因此,露天礦排土模型服從[M/M/c]:[∞/∞/FCFS]排隊(duì)模型。1.2系統(tǒng)狀態(tài)生滅過(guò)程現(xiàn)假設(shè)汽車到達(dá)排土點(diǎn)的概率服從參數(shù)為λ的泊松分布,在裝土點(diǎn)裝土的時(shí)間服從μ的負(fù)指數(shù)分布,根據(jù)運(yùn)籌學(xué)知識(shí),容易知道,整個(gè)系統(tǒng)的最大服務(wù)速率為cμ,令:則當(dāng)ρ<1時(shí)系統(tǒng)才不會(huì)排成無(wú)限的隊(duì)列。顯然,若不形成無(wú)限長(zhǎng)的隊(duì)列,則應(yīng)使單位時(shí)間內(nèi)接受挖土機(jī)裝土的汽車數(shù)大于到達(dá)的汽車數(shù),即c>λ/μ。數(shù),即1≤k≤c時(shí),車輛可以在達(dá)到的時(shí)候接受裝土,無(wú)需等待,此時(shí)系統(tǒng)的服務(wù)速率為kμ;當(dāng)系統(tǒng)中到達(dá)的車輛數(shù)k>c時(shí),挖土機(jī)可接受裝土的車輛數(shù)仍為c,其余車輛在隊(duì)列中等待服務(wù),這時(shí)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),其服務(wù)速率為cμ。為了求得系統(tǒng)的狀態(tài)概率,先作出系統(tǒng)的狀態(tài)生滅過(guò)程圖(見(jiàn)圖2)。當(dāng)排土系統(tǒng)中的車輛臺(tái)數(shù)k不大于挖土機(jī)臺(tái)根據(jù)排隊(duì)論知識(shí),可以得到當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為0,即沒(méi)有汽車達(dá)到使所有挖土機(jī)均空閑的概率P0為:當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為n,即當(dāng)汽車到達(dá)了n輛時(shí),概率Pn為:系統(tǒng)中正在等待裝土的汽車數(shù)量,即平均隊(duì)長(zhǎng):系統(tǒng)中正在等待裝土與接受裝土的汽車數(shù)量為:根據(jù)平均隊(duì)長(zhǎng)(等待汽車數(shù)目)最小化可以確定汽車數(shù)量,確定汽車數(shù)量后,則可根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)知識(shí)結(jié)合其它有關(guān)因素在若干個(gè)方案中確定最佳方案。1.3計(jì)算單因素下的總體灰色效果測(cè)度一般而言,車輛配置方案選擇考慮的因素主要有購(gòu)置成本,運(yùn)行成本,排土能力,平均壽命等因素,對(duì)各方案而言,購(gòu)置成本,運(yùn)行成本應(yīng)是越小越好,因此對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)采用下限效果測(cè)度進(jìn)行評(píng)價(jià):對(duì)各方案而言,排土能力,平均壽命應(yīng)是越大越好,因此對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)采用上限效果測(cè)度進(jìn)行評(píng)價(jià):在式(6)、(7)中,Umax,Umin,Ui分別為效果樣本集{Ui}中最大值,最小值以及一般值。根據(jù)灰色效果測(cè)度的結(jié)果,建立統(tǒng)計(jì)決策矩陣R:利用決策矩陣,并考慮各指標(biāo)對(duì)方案選擇的影響,對(duì)車輛配置方案進(jìn)行多因素的總體灰色效果測(cè)度。由于各因素對(duì)決策影響程度并不是等同的,因此在決策中不能以算術(shù)平均值求得總體灰色效果測(cè)度,而應(yīng)取加權(quán)平均值。求得總體灰色效果測(cè)度后,根據(jù)最大隸屬度原則,其中測(cè)度值最大的方案即為最優(yōu)方案。2計(jì)算各方案的灰色效果測(cè)度,最終確定單次使用車輛的d某露天礦現(xiàn)有3臺(tái)裝土的挖土機(jī),車輛到達(dá)服從Poisson流,裝土?xí)r間服從負(fù)指數(shù)分布,每臺(tái)挖土機(jī)的平均裝土速率為3.4分/臺(tái)。汽車從排土點(diǎn)到卸土點(diǎn)的平均單程運(yùn)行距離為2.38km,現(xiàn)有4種運(yùn)輸車型可供選擇,其參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)汽車運(yùn)行的平均速度以及從排土點(diǎn)到卸土點(diǎn)的距離,用排隊(duì)論知識(shí)可以解出針對(duì)不同車型其所需要的車輛數(shù)目。以A車型為例:假設(shè)現(xiàn)已購(gòu)得n輛A車,則汽車到達(dá)速率λ為輛/min,挖土機(jī)的平均裝土速率μ為0.29臺(tái)/min。根據(jù)以上條件,可以求得λ/μ=0.34n,ρ=λ/cμ=0.11n。應(yīng)使隊(duì)伍中等待的車輛盡可能少,而且盡可能利用挖土機(jī)的服務(wù)能力,根據(jù)隊(duì)長(zhǎng)公式,隊(duì)長(zhǎng)應(yīng)最小化。對(duì)A車型,代入數(shù)據(jù),就可以求得隊(duì)長(zhǎng)最短、利用率最大時(shí)的n值為9,即n=9。與此類似,對(duì)B、C、D3種車型,求得其隊(duì)長(zhǎng)最短,挖土機(jī)利用率最大時(shí)的n值分別為7,8,8。根據(jù)各車型對(duì)應(yīng)的汽車數(shù)量,可以求得各方案的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo),見(jiàn)表2。對(duì)購(gòu)置成本,單位運(yùn)行成本這兩項(xiàng)指標(biāo)是越小越好,因此采用下限效果測(cè)度;對(duì)排土能力與汽車平均壽命這兩項(xiàng)指標(biāo),采用上限效果測(cè)度。得到對(duì)購(gòu)買A、B、C、D4種車型購(gòu)車方案各指標(biāo)其灰色效果測(cè)度見(jiàn)表3。采用加權(quán)平均法算得各方案的總體灰色效果測(cè)度,根據(jù)德?tīng)柗品ù_定各指標(biāo)權(quán)重:購(gòu)置成本0.27;排土能力0.43;單位運(yùn)行成本0.08;汽車平均壽命0.22,計(jì)算得購(gòu)買A、B、C、D4種車型方案各自總的灰色效果測(cè)度分別為:0.7841,0.8715,0.8744,0.9444。決策時(shí),選擇總體灰色效果測(cè)度值最大的方案為最優(yōu)方案,因此本露天礦選擇購(gòu)買D種車型方案,購(gòu)買數(shù)量為8輛。由各購(gòu)車方案灰色效果測(cè)度折線圖(見(jiàn)圖3)也可以看出,購(gòu)買D車型方案離y=1最近,根據(jù)灰色測(cè)度值的計(jì)算原理,也說(shuō)明購(gòu)D車型方案為該露天礦最佳車輛配置方案。采用D方案后,該露天礦的實(shí)際購(gòu)置成本為260萬(wàn)元,排土能力為14760t/d,單位運(yùn)行成本為4.68元/km,班循環(huán)時(shí)間為10min。實(shí)際效果比預(yù)計(jì)效果略好,這與該礦山的生產(chǎn)過(guò)程中注重成本的節(jié)約與生產(chǎn)效率的提高有一定的關(guān)系。3露天礦排土機(jī)的配置方案選擇模型通過(guò)排隊(duì)論[3~11]建立露天礦排土?xí)r的車輛運(yùn)行模型,以等待車輛(即平均隊(duì)長(zhǎng))最小化為目標(biāo)確定出了汽車合理數(shù)量,結(jié)合汽車價(jià)格,汽車運(yùn)行成本以及平均壽命等因素計(jì)算出各車輛配置方案的購(gòu)置成本、生產(chǎn)能力、單位運(yùn)行成本以及汽車平均壽命。利用灰色系統(tǒng)論的觀點(diǎn)對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行分析,得出總體灰色效果測(cè)度值,以總體灰色效果測(cè)度值最大的方案為選擇方案,建立了一整套完整的露天礦排土?xí)r汽