采矿工程毕业设计外文翻译.doc

I本科毕业设计外文翻译外文译文题目地下矿山开采设计成本优化网络模型学院:专业:学号:学生姓名:指导教师:日期:武汉科技大学本科毕业设计外文翻译IANetworkModeltoOptimiseCostinUndergroundMineDesignM.Brazil1,D.H.Lee2,J.H.Rubinstein2,D.A.Thomas1,J.F.Weng1,N.C.Wormald21.DepartmentofElectrical&ElectronicEngineering,TheUniversityofMelbourne,Victoria3010,Australia2.DepartmentofMathematics&Statistics,TheUniversityofMelbourne,Victoria3010,AustraliaTransactionsoftheSouthAfricanInstituteofElectricalEngineers2002,vol.93,no2,pp.97-103地下矿山开采设计成本优化网络模型M.Brazil1,D.H.Lee2,J.H.Rubinstein2,D.A.Thomas1,J.F.Weng1,N.C.Wormald21.澳大利亚维多利亚3010号墨尔本大学电工与电子工程系2.澳大利亚维多利亚3010号墨尔本大学数学与统计学系南非电子工程师协会译文集，2002，第93卷，第2篇，97-103武汉科技大学本科毕业设计外文翻译1摘要本文探讨了在矿山开采设计中如何使开采和运输成本最优的问题。文中主要探讨了在为采矿提供通道的竖井、斜坡道等中产生的成本，并为地下矿山开采网络优化问题建立加权网络模型。在控制变量（优化过程变量）和运行参量已经给定的情况下，讨论在什么情况下成本函数是凸函数。1概述地下矿山开采通常通过斜坡道和水平运输巷道提升矿石。这些斜坡道和水平运输巷道服务于整个矿体。对于埋藏较深的矿体可能再需要一个或多个竖井。一般情况下，这些坡道坡度不超过1:8。这两种巷道的建造费用及相关的运输成本是整个矿山成本的关键组成部分。因此，在设计的斜坡道和水平运输巷道时，使这些费用降到最低，能够对矿山的经济效益和可行性产生重大影响，但这一理论几乎没有得到非常系统的研究。我们研究这个矿井设计问题的目的是要建立一个数学模型，并使这个模型能够体现实际开采网络的最显着的特点。找到这个模型的最佳设计方案就能够为开采网络设计提供极佳的基础，从而使之达到最高的效益。我们提出的梯度约束网络理论的基本做法如参考文献2和3所述，这种做法仍然在进行深入研究。另一篇论文1概述了我们在运用这一理论时的一般的法，并提出了一些实际研究案例。本文介绍了一种最新的模型并描述它某些具体属性。2矿山设计优化在矿物产业竞争如此激烈的市场环境下，减少开采成本是矿山开发者和经营者面临的一个非常严峻的问题。在露天矿开采中已经存在高效的优化设计方案，并已成功的应用于商业软件系统。然而，地下矿山开采系统优化问题却了解的很少。最优的地下矿山采矿系统优化方案，必须考虑到(1)采矿方法的选择和运营效率（回采、掘进、矿房和矿柱）；(2)矿体经济合理开采境界的划分（例如，采场形态和界限）；(3)地下开采需要为采矿提供通道并从采场运输矿石（通常以斜坡道、平巷、竖井等的结合为主）；(4)通风及其他辅助设施；(5)通过永久构筑物运输、回填的工作效率，矿石损失等。武汉科技大学本科毕业设计外文翻译2全部这些因素都要在整体优化方案中考虑到。本文我们着重讨论因素(3)，我们称之为地下开采网络。(3)与(4)、(5)结合构成本设计模型中开采期的总成本或计算其他工程造价的依据。D.H.Lee最早对建立三维网络系统模拟矿山基建投资的问题进行了研究，并提了初步的思路。Brazil等人分析了这种模型被限制在一个垂直平面上时的一些具体性质。三维受约束的斯坦纳树的一些性质我们已经在参考文献3中进行了论述。在下面的部分中我们将详细描述解决地下矿山开采网络问题的方法。需要指出的是因为其他因素也会影响网络模型总成本，所以网络优化的功能不仅仅是使网络长度最短，还要使成本降到最低。3开采网络模型把数学公式应用到诸如矿山开采这一类实际问题中的关键在于建立包括设计的关键特征在内的数学模型，并保持精确性和易处理性。我们将地下矿山开采网络设计构造为加权网络模型。在构造的模型中，将矿山基建和运营费用降到最低等同于将与其对应的加权网络总成本降到最低。3.1模型说明构造模型的目的是将给定了矿山开采计划的矿山的开拓、运营总成本降到最低。这里假定总成本是基建和运输成本以一定比例的结合。(1)基本假设和成本如下所示：1)运营成本有别于运输成本，从多个开采网络中选择最优方案时，运营成本假定是不变的；2)网络模型中假定每个节点连同节点的通过量都已经给定；3)假设在矿山可能有竖井。竖井位置已经给定；竖井深度为可变量。深度可变的竖井中间可能还有分支点。同斜坡道一样，我们将竖井或分支节点之间的竖井视为一个链；4)连接体中的开拓、运输费用已知。开拓费用常表示为每米巷道掘进总成本和一个定值的和的形式。运输费用常用元/吨*米计算，并随着坡度的不同而改变。(2)控制变量（用于优化过程的变量）开采网络的结构和节点位置都是可变的，因此主要控制变量有：1)开采网络的结构；2)开采网络图中链的节点位置。武汉科技大学本科毕业设计外文翻译3(3)约束条件网络模型会考虑一下关键的约束条件，这些都是地下开采设计所特有的1)斜坡道和平巷必须连通，并且认为坡度为最大允许坡度m，m的值取决于采矿设备规格，通常取1:9到1:7；2)如果有竖井，那么竖井必须竖直；3)斜坡道、平巷之间的最小空间间隔取决于岩石状态和安全因素。(4)原理解决方案应全面描述能使指定的成本降到最低的控制变量1)网络中竖井、斜坡道、平巷的布局，链中插入点的位置，运输线路和运量；2)最优方案的估计成本；3)模型对设计方案变化的敏感程度、运营数据或成本数据。3.2模型的数学表达一般来说，模型中约束条件越多就越难达到彻底的优化。事实上对于某些特别的设计问题来说，约束条件比其他因素显得更加重要。因此我们可以参照某些关键的约束条件建立模型再结合其他次要的约束条件调整模型，使之达到最佳。类似的，也不是所有的控制变量都是同等重要的。在这个问题上他们有两种截然不同的类型：结构控制变量和节点位置控制变量。其中，前者的控制能力是有限的，因为对于一个给定节点的网络图来说，其结构形式是有限的。后者则是一个无限的约束，因为在不违反约束条件的情况下节点位置是任意的。由此可以得出，要建立一种有限的数学算法，关键在于优化给定网络结构的节点位置。这就变为了一个局部优化问题。通过对所有可能的网络结构的计算和评价而找到整体最优方案。在某些这种方法不能适用的情况下可以通过假设解决。在这里我们将每一条链视为一条斜坡道或竖井的一部分，并用数学公式描述这个问题。同时我们假设对于斜坡道，约束条件只有它的坡度。换言之，每个斜坡道都有其最大允许坡度，m，且m是一个给定的正实数。此外，假设竖井的平面位置是已知的，但竖井上每一个分叉点（斜坡道和竖井的交汇点）的位置是可变的。模型中其他的链和约束条件并不能显著的改变本问题的数学表达，故在此不作论述.对于此种情况，我们设定成本系数最小从而评价设计网络的最小成本。我们要建立每米斜坡道和竖井的成本表达式，从而建立这个问题的数学模型。模型的控制变量为链与链之间节点的位置。我们已知的是与矿井平面位置和开采网络紧密相关的出口位置。同样我们已知开采网络图的拓扑关系。这些我们可以在模型中表示如下：用N(1)，N(n+k)表示节点，其中包括网络中的已知点（或终点）和交汇点。与竖井进口和斜坡道中的交汇点相对应，在R中，有n个终点N(1)，N(n)是确定的，武汉科技大学本科毕业设计外文翻译4有k个位置待定的可变节点N(n+1)，N(n+k)。我们将第i节点N(i)的x,y,z坐标分别记为ix，iy和iz。拓扑图有两个组成部分，首先拓扑图决定了可变点的数量k，其次是开采网络的边界条件E=(i,j)，E中的每一个元素代表一条由N(i)指向N(j)的弧，弧的方向是背离发点的，或者说，是运输的方向。这两个组成部分足以明确网络图的结构。以上结构如图1所示图1带有8个终点的简单矿山开采网络图其中，8个终点分别为7个分支端点，一个竖井入口。以上网络图中包括11条斜坡道链和3条竖井链。在优化过程中，斜坡道链的4个节点是可以自由移动的，而竖井上的3个节点（斜坡道的竖井入口）只能上下移动，不能横向移动。在优化的开采网络图中，我们假设有以下特性：如果斜坡道两个端点之间的坡度不超过m，那么开采网络图中每一条斜坡道都是直线。或者说，如果它可以表示为一条单调的分段可微的曲线，那么两端点之间的坡度就等于m。在只对开采成本进行优化的时候，最小矿山开采成本是存在的。另有证据表明，在同时计算开采和运输成本的时候，最小矿山开采成本也是存在的。现在，我们可以建立如下模型。在开采网络模型中，我们对斜坡道之间的交汇点位置不加限制。但是计算RE中每条由斜坡道转换的链的成本的时候，计算方法随坡度的不同而变化。根据这些特性，我们假定每条斜坡道端点之间的坡度是不变的。如果给定的对应于斜坡道的链的坡度值不大于m,那么它就是相应斜坡道的坡度。如果相反的，武汉科技大学本科毕业设计外文翻译5某条对应于斜坡道的链的坡度值大于m，那么相应斜坡道的坡度将被限定为m或-m，并要重新计算链的长度。数学表达式如下。对于任何(i,j)RE，令TG(i,j)为N(i)和N(j)之间链的真实坡度，那么，T22Gijjijijizzxxyy，链的坡度G(i,j)定义如下：TTTmGmGi,=mGmGj当时当时其他如果链对应的是笔直斜坡道的长度而不是其简单几何长度EL(i,j)，并且TG(i,j)|>m，那么可以把斜坡道视为曲折或螺旋形的。因为坡度是恒定的（此处为m或-m），可以得出，该曲线的长度可以由N(i)和N(j)之间的垂直位移得出。并且曲线的长度与曲线的形状无关，因此链L(i,j)的长度可以表示为：T2(,)G(i,j)mL(,)1EjiLijijzzm当其他现在我们讨论如何用这些函数关系式确定斜坡道链的中成本。在矿山开采周期内有两项主要成本与斜坡道链的成本相关。首先是开凿建造斜坡道的费用。对于任意(i,j)RE，每米成本可以表示为恒量ijd。每条斜坡道链中ijd的值随斜坡道的设计用途不同而变化。矿山开采寿命期内，另外一个与斜坡道链相关的主要成本是运输成本。通过属性（P），每条斜坡道的两端都有恒定的坡度。因此在矿山开采期间，在既定的斜坡道内，每米运输成本与预计通过斜坡道运输的矿量成正比。用ijt表示这个量，单位为吨。显然，这个很定的比例与斜坡道坡度的关系为ijfGi,j（因此，如果一处较陡的斜坡道承担运量较大，那么运送相同的矿量就需要消耗更多的燃料、电力等）总之，我们描述如下令ijd为斜坡道(i,j)的每米开凿成本令ijt为斜坡道(i,j)的估计通过矿量令ijf为描述在斜坡道(i,j)中由N(i)到N(j)运输矿石的运输成本的G(i,j)的函数。