采矿系统工程复习.高寒东 (1)

1、1系统是由相互关联、相互制约和相互作用的若干组成部分组成的，具有特定功能的有机整体。2系统的具体特征：（1）整体性；（2）相关性（3）目的性 （4）有序性 （5）动态性（6）环境适应性 3系统的复杂性：（1）构成系统的元素往往是个系统(子系统），系统的多层次性（2）系统涉及的因素往往是多维的；（3）系统是由不同质的要素集合；（4）系统可以是包括人在内的人-机系统。4系统的分类：(1) 按研究对象分类： 实体系统与概念系统，如工程系统、经济系统、教育系统、商业系统、城市系统、军事系统、环境系统、人口系统、社会系统等等。 (2) 从系统形成角度分类：自然系统、人工系统、有人参与的复杂系统。(3)

2、按系统结构分类：集中系统、多级递阶系统和分散系统 (4) 依据系统依赖时间变化分类：静态系统和动态系统。(5) 依据系统复杂性分类：简单系统、复杂系统。(6) 依据系统是否具有不定性进行分类：确定性系统、不确定性系统。(7) 按系统开放性分类：开放系统、封闭系统。（孤立系统、封闭系统和开放系统）。(8) 根据组成系统的于系统数量、种类及关联复杂程度分类：简单系统、巨系统（简单巨系统和复杂巨系统（开放的复杂巨系统）。系统的功能处理或转换（输入、输出）5系统工程是以有人参与的复杂大系统为研究对象，按照一定的目的对系统进行分析与管理，以期达到总体效果最优的理论与方法。6霍尔的“三维结构”指的是，对于

3、所处理的系统问题，从所需要专业知识、处理问题的思维步骤和处理问题的工作程序阶段，即相应称之为“知识维”、“逻辑维”和“时间维”的三维结构的系统工程工作模型。时间维，表示系统工程工作的各个阶段，一般分为七个阶段1）规划阶段 2）拟定方案3）研制阶段4）生产阶段5）安装实验阶段6）运行阶段7）更新阶段逻辑维，亦称思考过程，是指实施系统工程的每一个工作阶段所要经历的步骤（1）摆明问题2）系统指标设计3）系统综合4）系统分析5）系统优化6）决策7）实施计划知识维是指为完成上述各阶段、各步骤的工作所需要的各种专业知识和技术知识。7采矿系统工程是由采矿工程学与系统工程学相结合面形成的一个新的学科分支，已成

4、为系统工程在各行各业中开展较为充分的一大分支。8矿业系统工程的特点：矿山开采的工作地点是不断推移变化的； 随机性很强、复杂多变的人工一自然复合系统； 由多个子系统组成的复杂的人工自然大系统. 9系统模型是把系统的各个构成要素通过适当的分解、筛选、抽象和归纳等工作之后，用某种表现形式描述出来的简明映象。即模型是系统理想化的抽象或简化表示。模型具有以下三个持征：现实性；易处理性；适应性10系统建模的主要方法：推理法，实验法，统计分析法，混合法，类似法 11模型的作用：模型比实际系统容易操作；要实现模拟分析，就必须建立模型；可以用最少的时间和费用可靠地开发最优的系统；有些系统很难或根本就不能用以做试

5、验；通过灵敏度分析，可以看出哪些要素对系统的影响更大；了解系统结构、研究系统特征、预测未来趋势、评价方案12建模原则(要求）：1）客观性2）简明性3）准确性4）通用性5）适应性6）标准化13构造模型的基本步骤：1）明确系统目的和要求2）建立语言模型3）弄清系统中的主要因素及相互关系4）系统环境产生的约束条件5）确定模型细构6）估计模型参数7）模型修正1. r（h）称为变异函数，只与连接增量的向量h有关，而与点x的位置无关。由上式也可知道r（h）的定义： （7-3）变异函数有以下特点： r（h）间接地反映了矿床中品位变化的规律，说明了间距为h的两点的品位之差； r（h）与间距h有关，一般说来h越

6、大，r（h）也越大； r（h）有方向性，不同方向的r（h）是不相同的。不同的矿床具有不同的变异函数，其中常见的变异函数是下述的球状模型： （7-4）式中，C和C0为常数，其中C0称为块金效应；2.变异函数与协方差之间的关系:r（h）=C（0）-C（h） 3.正规化：一般将取样数据看做某一点的值，这种点数据实际上是不存在的。点变量以体积平均量来表示，即称为正规化。4. 各向同性：当矿床各个方向的变异函数均相同时称为各向同性，而大多数矿床是各向异性的。为了从有限的变异函数中得到任一方向的变异函数，需要对各向异性做一些处理，称为各向异性的套合。二1区域化变量：在一定空间范围内既有随机性又有结构性的变

7、量。结构性：受到同一成因作用而产生的(即服从一定的规律，相关性或连续性) 。随机性：由于种种客观原因的影响，每一点的参数值又是随机的。2结构分析的一般步骤1）区域化变量的选取及计算域的确定；2）钻孔样品组合；3）实验变异函数方向性的确定及数据空间构形；4）实验变异函数的建立；5）理论变异函数的拟合及各向异性的套合。（原理）克里金法是以地质统计学为理论根据，用被估块段附近(或内部)样品的线性组合，对块段进行最佳无偏的估值计算。优点： 可提供最佳无偏的内插估计。这里“最佳”意味着可获得最小估计方差。用克里金法估值的精确性，业经许多矿床应用实例的对比分析所证实。 能定量池给出计算精度，即计算克里金方

8、差，作为衡量估计误差的尺度。可用以判断勘探取样网格的合理性，为钻孔布置方案的优化提供理论根据。 用运筹学结合计算机技术方法进行矿山工程分析计算，要求建立一种以网格或块段为单元的数学模型，用以储存多种地质信息，这种数学模型称之为矿床模型矿床模型的建立方法：1、地质界限法，实质确定矿区内地质界限的位置，以便圈定矿床，建立矿床模型； 缺点：只能描述矿体轮廓，不能描述矿体内部的变化（如矿石的密度变化、矿石品位等质量的变化等等）。适用范围：埋藏条件简单、矿石品种单一、质量波动不大的矿床，也可做为复杂矿床的辅助方法。2多边形法（人工神经网络），实质：利用钻孔资料来做为地质参数。缺点：误差大。3、三角形法，

9、实质：利用钻孔资料的算术平均值做为地质参数。缺点：误差大。4、距离加权法（地质统计学），此法以点的估计值做为块段的地质参数，考虑到被估块段地质参数与周围取样点参数有一定的联系，而且认为这种联系与其距离的n次方成反比。资源评价是指矿床赋存条件的定量化评价，其评价结果为采矿工艺方法选择、开采的可靠性提供决策的依据，更广义的资源评价是指矿床开发条件的综合评价，除了矿床赋存条件外，还应包括矿床所处的地理环境、社会环境方面的一些因素，即矿床内外部开发条件的总和决定着资源开发的方法、过程和效果，可以概括为一个基本的逻辑模型：综合评价步骤：在煤层地质条件因素影响开采效果的大量典型调查基础上建立评价因素结构，

10、进行指标量化；分矿区搜集评价样本，建立评价指数数据库；构造评价因素隶属函数并进行煤层开采工艺水平的模糊模式识别；构造基于模糊多元分析理论的因素权重分析模型；建立煤层开采工艺性模糊综合评价模型，分别进行采前评价和采后评价；煤层开采工艺水平判据分析，应用于回采工艺方式选择；分矿区评价可靠性分析；工作面生产技术指标预测。 煤层地质条件开采工艺性评价内容及过程三1采区设计优化的目的：在各种可供选择的定性方案和定量参数中选取最优方案和参数。2采区设计内容包括两个方面，一是选择采煤方法、采区机械设备；二是确定巷道布置系统及其主要参数。以采区巷道布置及其主要参数选择为核心的采区设计优化内容有：采区类型、采准

11、巷道的数目和位置、联络巷道形式、采区走向和倾斜角度、采煤工作面长度和区段数目、同时生产的工作面数目和采区生产能力等。3优化步骤：确定优化准则，采用单指标或多指标；编制专用的或通用的技术经济数学模型，或者利用已有的模型；编制专用模型时确定技术上可行的巷道布置方案，利用已有的通用模型时根据煤层条件，在可供选择的方案集合中初选技术可行方案；确定进行优化的主要参数和各项参数取值的上下界、间隔数值；搜集整理所需要的基础数据，包括技术条件、煤层自燃条件和经济指标单价；上机运行，输出优化结果；对输出的结果进行加工整理分析，如有异常现象，检查所输入的原始数据，修改后转到再进行一次，直到结果令人满意为止。4采区

12、设计优化模型的编制和优化方法的选择，主要取决于最优化准则及其相应的评价指标的确定，有单目标和多目标两种。最优化准则为一项评价指标时单目标决策比较简单实用，所采用的指标为采区吨煤生产费用最小，其优化方法为非线性规划。5最优化准则取多项评价指标时，所提出的指标可有：采区吨煤生产费用低；采区生产能力大；采区巷道掘进工程量小；采区准备时间短；煤炭资源损失少，采出率高；有利于采区服务年限长；便于生产管理，同时生产的采煤工作面少；采区生产系统安全可靠。6费用包括：采区巷道掘进、维护和煤炭运输三项费用采区通风费用采区车场及硐室的掘进费采区辅助运输费采煤工作面搬移费采煤工作面费用六 1系统模拟或称系统仿真，是

13、通过观测系统结构及其随时间的变化而建立起一个模型并对其求解的一种技术。利用这种模型，可以再现系统的状态及特性。实际上，系统模拟大多用于动态数学模型，用数值方法求解。2产生均匀随机数的方法可大致分为三类：第一类是使用随机数表；第二类是物理方法；第三类是数学方法，用离散分布的随机数来代替伪随机数。产生伪随机数的常用方法： 迭代取中法，方法实质是；任取N位整数作为初始值，将此数经一定的计算，然后截头去尾取其中间的N位所组成的数作为一个随机数，然后继续迭代上述过程，得出一个随机数序列。这里有自乘取中法(中平方法)、乘积取中法等。 移位法，利用数字计算机能够对数字进行前后移位和逻辑运算的特点。 同余法，

14、包括和同余法、乘同余法、混合同余法和组合同余法等。3由均匀随机数产生随机变量： 直接抽样，如果随机变量的概率分布函数F(x)连续，则rF()是0，1上均匀分布的随机变量。 变换抽样，通常利用分布函数的逆变换公式来产生随机变量。有些分布函数难以找到其逆变换式，或虽能找到但极复杂，以致无法计算，这是此法的局限性。 舍选取样，这种方法是按一定的检验条件进行舍选，以得到某种概率分布的随机变量抽样值。此法由于方法灵活、计算简单、使用方便而得到较为广泛的应用。 复合抽样，此法是利用某些容易得到的随机变量值，来组合成所需的随机变量。近似抽样，这种方法一般用于分布函数的计算式无法求出的情况。系统是由若干个相互

15、联系、相互制约的基本元素所组，这些元素又可称为“实体”。实体各具其特性，称为“特征”。能够引起系统发生变化的过程称之为“活动”。“系统状态” 则用来描述某一指定时刻该系统内诸实体、其特征以及各项活动的进展状况。任一引起系统状态发生变化的因素则称为“事件”。按照对时间进程的模拟方法的不同，可分为定时步长法与事件步长法两种基本模拟方法。定时步长法是以等长的时间间隔t 把整个模拟过程划分为许多步。事件步长法是按照系统中依次发生的事件来推进模拟时钟的，区别（适用条件）：定时步长法逻辑简明，使用方便，但由于定时步步推移，往往运算时间较长，而若将模拟时钟推进间隔加大时又会影响计算精度。事件步长法在系统不甚

16、复杂时运算较快，也较准确，但因按依次发生的事件推移模拟时钟，故系统中间运转状态难以清晰表达。矿山生产系统可靠性特点（1）矿山生产系统是一个“人一自然一机器”系统，而不是一般的“人一机”系统。其作业对象是地下自然资源，即使在科学知识及技术都非常发达的今天，人们对矿体的认识仍然是模糊的。“自然”包含的内容较广泛，通常有矿田地质构造、矿体产状、矿物储量及质量、矿岩特性、瓦斯及顶板压力、水文地质、气候条件及矿山环境等。显然，抛开“自然”而把矿山生产系统作为一般的“人一机”系统来研究，其结果将很难与矿山生产实际情况相符。（2）矿山设备的作业条件和环境恶劣，且其作业对象多为坚硬而不规则的物料，耗损大，故障

17、率高，加之设备数量、型号及种类多，调度组织及维修管理困难，故矿山设备及生产系统的可靠性比一般系统低。（3）影响矿山生产系统可靠性的不确定因素多。如尚未查明的地质情况、气候条件、生产与经营管理决策、市场变化等。4）矿山工程项目开发周期长，难以预先进行必要的可靠性实验，而设计方案一经实施就较难变更，大大缩小了可靠性调剂余地。矿山之间差异大，可靠性数据相关性差，很难被直接相互引用，相应地增加了矿山生产系统可靠性分析与设计的难度。（5）构成矿山生产系统的环节或分系统数量较多，特性差异大，系统庞杂，相互间可靠性逻辑关系不容易确定，很难建立一个完整通用的可靠性数学模型来求解系统可靠性。（6）由于矿物的市场

18、价格严重扭曲，而矿用原材料及设备价格不断上涨，导致多数矿山企业经济效益不佳，后勤供应保障能力不足。因此，在对矿山生产系统进行可靠性与费用综合权衡时，其合理尺度难以确定。矿山生产系统可靠性研究的主要内容 可靠性数据的采集与统计分析；可靠性量化指标的选取与计算；确定研究方法与手段；建立可靠性数学模型；求解设备或系统环节及整个系统的可靠性；提高矿山生产系统可靠性的方法与途径。维修度则是指在规定的条件下和规定的时间内，使系统或产品保持或恢复到规定的功能的概率。可用度也称为有效度，是指可修复产品或系统，在规定条件下和规定时间内保持其功能的概率。可用度是产品或系统效能的主要参数之一，综合反映了产品或系统的

19、可靠性和维修性，是对可修复产品或系统可工作状态的定量描述。 通常把带有缓冲仓的连续运输系统称作柔性(或软性)生产系统。其主要特点是当仓前环节故障时仓后环节可继续运送仓中的存料，当仓后环节故障时仓前环节可继续往仓中存料，因此在一定时间内整个运输系统并没有故障。即缓冲仓能够减小其前后环节故障对整个运输系统的影响。1.平均故障间隔时间为：可靠度函数为： 故障间隔时间分布函数为：连续开采工艺系统中第i台设备在时间t内的累积故障概率为：概率密度函数为：可靠度函数为：平均故障间隔时间为：2.生产系统的可靠度 连续开采工艺系统中各环节设备之间的可靠性逻辑关系总体上可以用串联模型来描述。如果开采工艺系统由n台

20、设备串联组成，各设备的平均作业时间(故障间隔时间)分别为t1，t2，tn，则系统的平均作业时间为：工艺系统在任意时刻 t 的可靠度为： 系统的故障率为：， 系统的平均故障间隔时间为：系统中任一台设备在任意时刻 t 占所有n台设备发生故障的概率可用下式表示：维修概率密度函数：维修度函数：平均修复时间：七由围岩、支护和环境三个子系统构成的围岩支护系统，它来源于人类改造自然的需要。具体功能是：承受构造应力、自重应力、采动应力、爆破震动等各种载荷及地下水、空气等的作用，保持巷道在服务年限内的安全稳定，以满足通风、行人、运输、排水、铺设管线等要求。巷道围岩支护的特点：（1）围岩支护系统是复合系统2）围岩

21、支护系统是开放子系统3）围岩支护系统是动态系统4）围岩支护系统是灰色系统冲击地压的控制原理及工程实践：因地制宜，选择合理措施，降低应力集中程度，减少顶板压力；采用煤层预注水，改变煤的物理力学性质八编制该项工程计划的基本要求及涉及的主要因素如下:满足相应时期内国内外市场对矿山矿石产量、品种及质量的需求。合理安排采准工程。对于矿井而言主要是实现计划的井巷掘进工程量与采掘比;对于露天矿而言则指剥离及掘沟工程量与期内计划生产剥采比的实现。合理安排矿山工程的开拓延深，以保证采掘(剥)工程的可持续发展。并保证必要的开采储量。保持正常合理的开采参数及开采顺序。充分发挥采掘运输设备的生产能力。尽量节约投资及经

22、营费用，提高计划期内经济效益。1.短期生产计划：指在矿山投入生产后，以年、季、月、旬为时间单位进行矿山生产计划编制的活动。2. 优化采掘剥)工程计划，是相对其优化目标而言的。例如，在上述涉及的诸因素中，如果追求最高经济效益，可能以生产费用最低作为目标函数，其他因素则可作为约束条件，而对于多目标优化决策而言，则可制订出两个以上的优化目标，例如以产量作为第一目标，煤质作为第二指标，等等。在研究方法上可大致划分为以下三类: 数学规划方法。包括线性规划、整数规划(或混合整数规划)、动态规划、目标规划等。 计算机辅助设计或系统模拟方法，属于探索寻优方法。 综合方法。将上述各种优化方法综合应用，以便取长补短，克服解法上的困难。 3网络图的基本参数及计算方法（1）最早开始时间：是在紧前工序的约束下，本工序有可能开始的最早时刻。最早完成时间：是在紧前工序的约束下