基于AutoCAD的三维立体模型系统在矿山的应用

开采环境三维可视化技术是数字化矿山关键技术的基础,其形成的软件系统更是地质、测量专业技术人员实施作业的重要技术平台。分别从采场现状模型动态修改、排土场现状模型动态修改、矿体实体模型动态修改、岩性实体模型动态修改、块体品位模型动态修改、矿量与品位计算等方面介绍了基于Auto CAD软件的三维立体模型系统在矿山中的应用,为矿山制定开采规划以及优化开采方案提供参考。     

基于Clifford代数的露天矿山路径优化算法

露天矿山路径优化问题是指在满足特定物理和经济约束之下,搜索最佳运输线路的组合优化问题,对于降低矿山运营成本具有重要的现实意义。但目前常规的露天矿山路径优化算法,主要从静态的道路有向图网络优化出发,无法实现大规模时变动态网络的高效分析和优化决策。本文以扎哈淖尔露天矿为例,将欧式空间内经典的有向图网络分析方法扩展至Clifford代数空间,建立了节点、有向边以及路径的统一表达,提出了路径几何拓扑连通性和标量约束指标的计算方法,实现了几何拓扑计算和数值最优化求解问题的分离;针对传统静态网络分析方法无法动态表达系统能耗变化的问题,建立了基于时变运输功最小化的路径优化模型,并结合行驶阻力特征给出了时变阻力的计算方法;研究了因路面频繁碾压破坏和周期性维护而导致的滚动阻力系数周期性时变效应,并提出计算时变滚动阻力系数的方法;最后为进一步提高算法收敛效率,提出了两组推论和一组数值计算优化策略对遗传算法的数值计算进行了改进。经多次仿真实验验证,算法能快速收敛于全局最优解,说明了算法对于解决矿山实际路径优化问题可行且有效。其次,几何代数化方法的引入也为传统路径优化问题求解提供了一种有效实现拓扑关系计算和数值计算解耦的新方法,弥补了静态网络无法实现时变动态网络分析的不足,为提高露天矿运输系统大规模路网模型的快速效率,提供了一种全新的求解思路。     

大型露天矿境界动态优化研究——以西澳Weld Range铁矿为例

为实现露天矿经济境界优化,研究了基于境界动态优化分析软件Whittle的露天矿境界优化方法。针对中钢澳洲中西矿业公司Weld Range铁矿,采用Surpac矿业软件建立矿山钻孔数据库、矿体模型和块段模型,根据定义的经济模型及露天境界优化参数,利用L-G图论理论方法,借助Whittle软件生成Weld Range铁矿在不同条件下、不同生产规模的最优开采境界。结果表明,Whittle软件可实现高质量批量境界的快速生成,用于矿山各种境界方案的动态经济指标计算,实现露天矿山开采境界的快速准确优化。     

露天矿山运输调度系统粒子群优化

结合露天矿山运输调度系统实际,考虑到计划产量、生产能力、质量要求和运输过程等方面的约束,建立了一个通用性较强的露天矿山运输调度系统模型。该调度模型以总的运营成本最低为目标函数,采用惩罚函数法把诸多约束条件化为无约束,构建优化系统中粒子群算法的适应度函数。通过引入自适应变异程序对粒子群算法进行改进,避免算法过早收敛,提高了收敛效果。运用改进后的自适应变异粒子群算法对露天矿山运输调度系统模型优化求解,并采用Matlab软件对求解过程进行仿真,研究结果表明该算法能够快速得到当前班次的车辆调度的满意方案,提高了露天矿山运输调度的效率,进而提高露天矿山生产率,为数字化矿山建设提供一定参考。     

基于DIMINE软件的某矿三维建模与储量估算

建立矿体三维可视化模型有助于矿山工作者了解矿体空间赋存状态,基于矿体三维模型进行资源储量估算是准确掌握矿体储量信息的重要手段。借助DIMINE数字矿山软件平台对某矿床的勘探数据进行分析处理,建立了该矿矿区三维可视化模型并估算其资源储量。结果表明：基于DIMINE软件对该矿床进行三维建模和储量估算,操作简便,结果可靠。计算结果为科学评估矿山资源及开采环境提供了理论依据,为矿山开采全生命周期的数字化设计、优化和管理提供了数据基础。     

分布式矿震监测系统的震源定位优化研究

针对矿山地震给我国的煤炭行业带来了巨大经济损失和人员伤亡的现状,提出了分布式矿震监测系统模型。对分布式系统作出分析,给出分布式矿震监测系统的设计方案、系统模型和实现方法。提出了使用GA算法对震源定位非线性求解进行优化,针对传感器网格位置完成基于卡尔曼滤波的RSSI测距模型和定位模型优化。可以提高计算效率和精度,及时、准确、高效地预测矿山微地震发生的位置和危害性,在一定程度上降低了煤矿灾害对人员和财产的损害。     

基于仿真的矿山生产计划优化研究与工程应用

煤矿生产是由采掘、洗选和装车运输等多个环节组成的复杂生产流程。针对矿山企业实际生产过程中调度参数优化问题,根据矿山生产任务和实际生产情况,以矿山资源消耗最小为优化目标,以采场地质因素、企业销售订单和各环节生产能力为约束条件建立多目标优化模型。通过构建矿山生产流程仿真平台和生产参数优化实现模型求解,最终利用生产调度实现生产资源的最优化配置。结果表明,基于仿真的生产计划优化方法能够较好地应用于生产实践。     

Whittle在露天矿开采境界优化中的应用

介绍Whittle软件的优化原理及操作流程,并结合某矿山具体情况,通过SURPAC软件创建了矿床地质块体模型,将基础参数赋值后的块体模型导入Whittle软件,利用Whittle所具有的批量境界快速生成、开采方案的快速排产规划及经济效益核算等工具进行不同开采境界方案下的经济效益综合对比,最终实现了矿山开采境界的动态优化。实践表明,基于Whittle软件的境界优化方法具有高效、快捷的优点,减少了矿山境界优化工作量,为露天矿山开采境界的高效优化提供了便捷的方法。     

基于蚁群算法和Petri网的井下有轨运输调度优化

为解决地下矿山有轨运输调度问题,将Petri网理论引入矿山井下有轨运输调度优化中,结合蚁群算法思想,建立基于蚁群算法的赋时Petri网模型,并将蚁群系统算法机制改进后用于Petri网模型的分析,在模型中加入了根据地下矿山有轨运输系统改进过的时间戳状态类,使模型能够更好地处理运行过程中信息素、启发式因子等,优化参数与时间、状态之间的关系,建立了优化计算的详细步骤,简化了计算。并用计算实例验证了优化方法的有效性。     

基于免疫算法的三道庄露天矿车辆调度优化

分析露天矿车辆调度问题,建立求解矿山车辆调度问题的数学模型。矿山车辆调度问题实际上属于NP完全问题,建立多目标优化模型来求解,即解决总运量最小问题。最后,通过免疫算法在三道庄露天矿车辆调度优化中的应用实例表明,本算法可以快速求得优化解,是求解车辆调度问题的一种有效算法。     

露天矿计划阶段内离散块体物料运距预测算法

矿岩运距是衡量露天矿山卡车运输经济性的重要指标之一,但多年因受运输系统复杂、多变等多种综合因素限制,在进度计划编制期间进行逐条带的运距计算问题一直并未得到有效解决。特别是需要进行离散化的物料规划时,传统逐阶段的运距量测方法无法对离散块体进行逐个推估。因此,为有效解决计划阶段内离散块体物料运距计算问题,根据露天矿外排土场出入口选址及排土运输干线相对固定等空间特征,将非线性预测理论、因子分析法等技术方法应用于实际的矿山优化问题中,研究了排土场计划阶段内块体运距波动变化的主要控制因素;结合外排土场内运距波动变化的影响要素,提出了采用加权最小二乘支持向量机技术(WLS-SVM)拟合非线性运距曲线的预测算法,并对权向量、核参数等主观经验指标进行了动态修正,以实现对计划阶段内(两阶段工程位置间的)离散块体物料过程运距的时变预测;最终,利用拟合出的时变曲线,实现两连续工程位置间逐个物料块体运距的高效计算。实验结果表明:预测算法的误差期望分别为:训练集0. 93 m,测试集0. 84 m,且在实验中表现出模型精度易受样本规模影响的特性,且当样本规模N90时,可控制绝对误差水平稳定在0. 8%～1. 2%。结论表明:试图应用非线性预测理论处理计划阶段内缺乏时变路网条件的运距预测问题是可行的,提出的算法模型对解决计划阶段内的逐块体运距赋值问题具有现实有效性。常规的露天矿山运输优化问题其优化目标和特征参数之间往往存在紧密耦合关系,无法直接应用特定的优化、规划模型进行计算求解,尝试采用全新的解耦思想和求解思路对于有效解决露天矿山运输优化问题是十分有益的,也应该是今后露天矿山系统工程学科研究的热点问题之一。     

露天矿车流路网均衡分配模型

露天矿传统车流规划以路径最短为基础,没有考虑路段通过能力和路段拥挤程度,车流规划结果存在超过路段通过能力的隐患。为了解决这一问题,以Wardrop均衡原理为理论依据,综合考虑路段车流、路段通过能力的影响,引入综合路阻理念,建立了露天矿车流路网均衡分配模型,实现了在传统车流规划结果基础上对路段车流进行再次优化。实验结果表明,路网均衡分配模型在不考虑路段综合路阻时,其分配结果与传统车流规划一致;当考虑综合路阻时,各路段的车流行驶总时间最小,有效避免了路段拥堵,实现了对卡车调度进一步优化,证明本模型具有更强的通用性和实用性。     

边界品位的动态规划优化模型及算法

在分析边界品位优化现有方法存在问题的基础上,提出边界品位动态规划优化模型以及算法步骤。该模型考虑矿体的开采顺序和矿床不同区段的品位分布,实现了地下开采边界品位在时间和空间上的动态结合。基于建立的数学模型,开发了相应的计算机应用系统,并在非洲某铜矿进行了应用。     

露天矿排土规划计算机方法及其应用

利用优化理论和ＣＡＤ技术,建立了从排土场位置确定、排土设备选型、货流优化分配到排土场合理工作参数确定等排土规划的计算机方法。应用于海南铁矿排土规划,可节省运输费２０％。     

某露天铜矿全境界开采规划优化

基于数字矿床模型中的块体模型,在给定的境界内,利用锥体排除法产生一系列地质最优开采体,建立动态规划模型,以净现值最大为目标函数,应用动态规划法对最优开采体进行动态排序,就可以找到最优开采路径作为最优开采方案。将上述方法应用于某露天矿,得出矿区的最佳开采年限为15 a,并给出了每年的开采区域、采矿量、剥岩量以及年末的累积净现值。     

某露天矿汽车转汽车—胶带排岩运输系统最佳时空衔接研究

我国大中型冶金露天矿山都已进入中后期开采，逐渐由浅部转入深部，并且大多数的开拓运输方式都以汽车运输为主，将面临着运距长、汽车效率低下、运营成本高等相关问题，制约着矿山企业的发展。为探讨某露天矿汽车转汽车—胶带排岩运输系统最佳时空衔接，结合国内某大型露天矿排岩运输系统的现状，根据矿山企业已经编制好的排岩进度计划，建立2种运输系统年排岩运营成本模型，借鉴类似矿山胶带运输系统的排岩成本，算出2种排岩运输系统的排岩成本，然后利用有无项目对比的方法，建立增量投资盈利指标数学模型，分别求出每种情况的增量投资盈利指标，将所得数据列于同一表格并通过对比找出增量投资盈利指标最大值，该最大值点就是所求的汽车转汽车—胶带排岩运输系统最佳时空衔接点。     

Evaluation and applications of empirical approaches and numerical modeling of an underground limestone quarry with room and pillar design

The deepening of marble quarries with rich CaCO₃ based marble reserves in Turkey brings along multiple problems. The steep and high slopes due to deep open pit geometry, the transportation distance within the pit, problems in transportation, narrowing down the active working area while going deeper and complexity in organization are just a few of the mentioned problems. The room and pillar method -an underground mining method- with ease of production and transportation is set in motion in marble quarries to resolve the problems encountered in deep open pit mining and the difficulties of selective production due to the pit geometry. A limestone quarry in Antalya-Finike vicinity in southern Turkey applying both open pit and room and pillar methods is investigated by numerical modeling and empirical formulas. The realized situation is interpreted and compared to the data gathered by empirical formulas and the results of numerical analysis. The necessity to resize the pillars is revealed as a result of field works, laboratory and modeling studies in the light of the geometry and observed deformations in room ceilings and pillars.     

露天矿剥采比动态存储优化的应用

为寻求矿山开采的总效益，运用计算机仿真模型和动态存储优化相结合的方法，确定出矿山赋采期内总剥离费用最小的衡生产剥采比，并所开发的软件进行了南芬露天矿的剥采比优化。结果表明效果显著，具有应用前景。     

矿井通风网络优化调节问题的非线性规划解法

建立了以风机能耗和调节设施耗为目标函数，以矿井通风网络节点风量平衡方程，回路风压平衡方程，分支可调性，风量和调节量上下限等为约束方程的非线性规划数学模型，用于求解各种矿井通风网络优化调节问题。选择了目前最为有效的算法之一的约束变尺度法来求解该数学模型，用Ｃ语言编制了在Ｗｉｎｄｏｗｓ下运行的计算机软件，该软件具有算法先进，收敛速度快，可靠性好，适用性广和使用方便等优点。通过示例说明该软件适用于求解各     

采用运输时空模型优选半移动破碎站移设方案

为解决采用半连续开拓运输工艺的深凹露天矿的半移动破碎站移设问题,提出了基于运输时空模型的优选算法。在采剥进度计划的基础上,通过枚举各种可能移设方案并计算可比最小总体费用,选择经济性最佳的方案,达到优化生产运输组织、降低矿山生产运输成本的目的。根据研究结论编制半移动破碎站移设方案设计系统,提高了同类工程设计的精度与效率。