采矿系统工程.docx

1、 系统的内涵，基本特征及复杂性 内涵：系统是由相互关联、相互制约、相互作用的若干部分组成的具有特定功能的有机整体。基本特征：系统是由元素所组成的，元素间相互影响、相互作用、相互依赖所构成的元素关系，由元素及元素间关系构成的整体具有特定的功能。复杂性：构成系统的元素往往是个系统(子系统），系统的多层次性；系统涉及的因素往往是多维的；系统是由不同质的要素集合而成的；系统可以是包括人在内的人-机系统。2、霍尔三维结构展示系统工程各项工作内容的三维（时间维、逻辑维、知识维）结构图。3、 采矿系统工程的概念及形成与标志概念：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，采矿系统工程是根据采矿工程内在规律和基本原理，以系统论和现代数学方法研究和解决采矿工程综合优化问题的采矿工程学科分支。形成与标志：采矿工程学与系统工程学的结合，是从50年代运筹学用于采矿业的研究开始的。随着计算机技术的迅速发展，60年代将运筹学原理与计算机技术综合应用于矿业研究的批成果涌现出来，使采矿系统工程作为个新兴学科逐渐形成，并得到蓬勃发展。4、 系统模型的内涵及基本特征及其作用内涵：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，是实际系统的代替物，它描述了现实世界的某些主要特点。基本特征：模型是现实世界的一部分的抽象或模仿；模型是由那些与分析的问题有关的因素所构成；模型表明了有关因素之间的逻辑关系或定量关系。作用：我们可以把一个极其复杂、变幻莫测的现场实际系统，抽象提炼成一个简明扼要、反应系统实质的模型。我们可以利用这种数学模型进行大量的实验研究工作。这种试验在现实系统中往往需要耗费大量的人力物力，甚至是难以实现的；而利用模型，则可集中精力于重要环节、重要参数之间的关系上，设计出不同的方案进行运算对比分析，并可对未来的发展作出预测，或为该系统的改造提出可循依据。5、 建立模型的步骤步骤：明确系统的目的和要求，即明确系统要解决的问题是什么；建定语言模型，即用准确精炼的语言对系统进行描述；将系统分解为若干子系统，弄清系统中的主要因素及其相互关系；明确系统的外部环境，系统环境产生的约束条件；确定模型细构；估计模型中的参数，用数量表示系统中的因果关系；检验模型与现实情况的差异，根据检验结果，对模型做必要的修正。6、 区域化变量的含义及特征含义：在一定空间范围内既有随机性又有结构性的变量，区域化变量只能用随机函数来进行研究。特征：结构性：受到同一成因作用而产生的(即服从一定的规律)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。7、 变异函数的形式及计算定义为两点间随机变量增量z(x1)-z(x2)的方差，写作:2r(x1,x2)=Varz(x1)-z(x2)；而函数r(x1,x2)称为半变异函数。8、 变异函数的理论模型（1） 球状模型：（2） 指数模型：r(h) = C1exp(h/a)（3） 高斯模型：r(h) = C1exp(h2 /a2)9、 结构分析的一般步骤步骤：区域化变量的选取及计算域的确定；钻孔样品组合；实验变异函数方向性的确定及数据空间构形；实验变异函数的建立；理论变异函数的拟合及各向异性的套合。10、 半变异函数的手工拟合的一般步骤步骤：按实验值找出稳定的基台值C+C0; 将接近纵轴的若干点连成直线；由上述直线与纵轴的交点可得到块金效应值C0，该直线与基台线相交则可得2/3a,由此可推得变程a值；利用上述C, C0,a等值得出理论半变异函数，绘出理论曲线，并检验其与实验数据的拟合程度，必要时可做反复修改调整。11、 克里金法估值克里金法：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。估值公式：克里金方程组： 鉴于“屏蔽效应”等现象：在选择估计邻域时应考虑样品点分布的各向均匀性。一般是将估计邻域的空间按不同方位划分成若干个空间域，在每个域中选择距离最近的一两个样品点参与估值。克里金法对地质参数估值优点： 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。 能定量给出计算精度，即计算克里金方差，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。12、 矿床地质模型含义，建立方法，优缺点含义：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，用以存储多种地质信息，这种模型称之为矿床模型。建立方法：距离加权法，地质统计学方法，地质界限法，人工神经网络法。简评：以上诸法中，虽然地质统计学方法是理论上最严密使用中最有效的，但是面对具体的矿床条件，仍可因地制宜从诸法中悬着合适的方法。在一定条件下，诸法差异并非是绝对的。13、 煤层地质条件开采工艺性评价内容及过程内容：评价范围从小到大的顺序由煤层块段的评价，煤层评价到矿井评价，评价的性质包括依据地质勘探报告资料的评价和依据生产地质资料的评价。过程：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，进行指标量化；分矿区搜集评价样本，建立评价指标数据库；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指标，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的选择；分矿区评价可靠性分析；工作面生产技术指标预测。14、 影响矿山产量规模的因素，优化方法和核心问题影响因素：市场需求，资源条件，技术条件，经济条件，其他条件。优化方法：泰勒准则；优化矿山生产能力的准则应使矿山投资取得不低于平均利润率的经济效益，即生产规模能保证矿产开采过程中正、负现金流量贴现值平衡；最小费用法；最佳经济效益规模；优化矿山生产能力和服务年限的目标应使矿石储量的终值最大；矿山最优服务年限或生产能力的确定应使其净现值或内部收益率达到最大。核心问题：建立矿山开采成本与产量规模之间的函数关系，或是收益与规模的函数关系，然后取最优值。15、规模经济与经济规模规模经济：指建设项目在一定范围内扩大生产规模而使单位生产成本下降获得的利益；经济规模：指在产品生产系统各生产要素合理配置的情况下，能取得经济效益的生产规模。区别：规模经济实际上体现了生产规模变动而引起的收益变动的规律性，经济规模不是一个点而是一个范围。15、 采区设计的优化内容和方法内容：一：选择采煤方法、采区机械设备；二：确定采取巷道布置系统及其主要参数。方法：采区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。（1）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最小，优化方法是非线性规划。（2）最优化准则为多项评价指标时，可用8项评价指标中的几项，优化方法有目标规划法和利用德尔菲法得出的综合评价指标。16、 采煤机模拟方法1、 采煤机运行状况：在机械化生产的采煤工作面中，所有工序都是以采煤机运行为核心的，采煤机运行状况代表着采煤工作面生产状况。采煤机的运行状况受工作面地质条件，如煤层厚度、倾角、煤的硬度、夹矸、顶底板性质等。技术条件如工作面长度，设备型号，进刀方式等，以及其他工艺环节的影响。2、 采煤机运行速度：采煤机在生产时间内的运行速度是个连续的随机变量，根据对一些实测资料的统计分析和检验结果，它服从正态分布，其概率密度函数为：3、 采煤机运行和停顿时间：采煤机每次开机运行后，生产的连续运行时间和因故中途停顿时间是随机变量，服从负指数分布规律，分布函数：。由实测资料得出采煤机运行和停顿时间的负指数分布特征值，得到某一时刻连续运行时间t1和间断停顿时间t2. 和。计算机模拟模型：采用最小时间事件步长法，模拟采煤机开动生产和因故停顿两种事件的交替变化，反映工作面出煤情况。17、系统模拟的概念，方法，优缺点概念：系统模拟或称系统仿真，是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。方法：定时步长法；事件步长法。优缺点：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又会影响计算精度。事件步长法在系统不慎复杂时运算较快，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。18、 均匀随机数和随机变量的产生方法均匀随机数：使用随机数表；物理方法；数学方法。产生伪随机数： 迭代取中法； 移位法； 同余法。由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。方法简单，适用广泛 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。19、 采矿系统可靠性的基本特点特点：（1）矿山生产系统是一个“人自然机器”系统，而不是一般的“人机”系统。（2）矿山设备的作业条件和环境恶劣，作业对象多为坚硬而不规则的物料，耗损大，故障率高等，较一般系统的可靠性低（3）影响矿上生产系统可靠性的不确定因素多。未查明的条件多（4）矿山工程项目开发周期长，难以预先进行必要的可靠性试验，而设计方案一经确定较难改变，缩小了可靠性调剂余地。（5）构成矿山生产系统的环节或分系统较多，难以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）由于矿物的市场价格严重扭曲，而矿用原材料和设备价格上涨，经济效益不佳，后期供应能力不足。17、 可靠性状态转移矩阵状态转移是一个随机过程，在进行定量描述时必须必然要系统或设备在各种状态下的概率值。可用度是研究系统在开始工作后，在任意时刻处于工作状态的概率。而马尔科夫过程是具有这样性质的随机过程。把工艺系统中第i台设备在任意时刻（t）0状态记为并约定：设设备故障概率，修复率为，以状态转移概率形式给出的马尔科夫过程如下：首先确定各随机事件的概率分布，并采用马尔可夫随机过程理论建立工作状态向故障状态转移及故障状态向工作状态转移的数学模型。然后，根据工艺系统中设备之间的可靠性逻辑关系，建立相应的系统可靠性数学模型。至此，可以对整个连续开采工艺系统及其设备的可靠度、维修度及有效度进行求解，进而计算其他有关作业参数。18、 柔性生产系统通常把带有缓冲仓的连续运输系统称作柔性生产系统。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。故缓冲仓能够减小其前后环节故障对整个运输系统的影响。22、岩石移动规律的研究方法方法：有理论分析法、实验室研究方法与数值模拟方法。其中，理论分析为实验研究与数值模拟提供了指导，对比较简单的问题通过分析推导可以得到解析解或闭合形式解，但能得到这种解的情况很少。实验研究，现场原位实验与现场测试、实验室的岩石试件实验与相似材料的模拟实验，都是我们逐渐认识工程岩体介质不可缺少的途径。数值方法引入岩石移动规律的研究之后就成为了一种非常有效地研究手段，而且随着计算机及计算技术的发展，数值方法必将越来越显示其重要性。23、巷道围岩支护的特点特点：（1）围岩支护系统是复