矿业大学-采矿系统工程-第五章.ppt

第五章矿山开采工艺选择,第二节矿井开采方法选择,一、采煤机生产过程的计算模拟分析,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。,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：,根据已知的正态分布特征值，可以用下式得出某一时刻的采煤机运行速度v，使它服从正态分布。,采煤机非生产时间的运行速度，如空行下放、变换位置方向时，通常取为定值。,3、采煤机运行和停顿时间,采煤机固定的停顿时间有交接班时间、计划检修时间、非生产班时间等均为定值，取决于所规定的工作制度和作业计划安排。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，则是随机变量。实测结果表明，它是服从负指数分布规律，其分布函数为：,根据实测资料统计分析得出采煤机运行和停顿时间服从负指数分布特征值，采用逆变换法产生服从负指数分布的随机数，便可以通过如下的公式计算，得到某一时刻的连续运行时间t1，间断停顿时间t2。,4、计算机模拟模型,以采煤机运行为主体的工作面生产状况模拟，适于采用最小时间事件步长法，即模拟采煤机开动生产和因故停顿两种事件的交替变化，用以反映工作面出煤情况。模拟的初始状态为工作面生产班的开始事件，采煤机停在工作面下端，然后由交接班时间的固定停顿，采煤机开始运行，发生故障停机，故障消除后再次运行等，直至一班时间结束，进入下一班，直至给定的班数模拟完毕。,以双滚筒采煤机上下往复进行割煤，采用斜切进刀方式，斜切进刀时间取为定值的计算机模拟模型为例，表达其模拟进行过程的计算机程序框图。利用上述模拟程序，可以在给定的条件下得出每班的煤炭产量进刀数、推进度、开机停机时间和开机率。经过若干个班的模拟，可以得出平均的班产量、日产量、日进度、开机率等。,二、采煤工艺及其设备的优选,对具体矿井的某一煤层，可能有若干种可供选择的采煤工艺和设备，需要综合分析生产条件和可能带来的技术经济效果，从中选取最优方案。评价和选择采煤工艺及其设备，按多项指标综合优化的准则，所选用的指标主要有：,1评价指标,采煤工作面单产水平，t/d；工作面工人效率，t/工；工作面吨煤成本，元/t；设备投资，万元；生产的可靠性,2建立采煤设备数据库,各种采煤工艺对应不同煤层条件和采煤方法，都开发研制了一系列多种型号的不同设备，尤其是综采设备的类型与组合种类较多。这些与采煤工艺相配合的设备选型便构成了多种可供选择的方案。作为通用的采煤工艺及其设备优选模型，首先需要建造可供选择的采煤设备数据库。,采煤设备数据库的建造是以广泛搜集整理现有厂家生产的设备为基础，按采煤机、输送机、支架等主要设备配套加工组成各种方案；存储各方案的主要设备型号、性能、主要参数、适用条件和设备价格。其实质是构造出采煤设备选择的通用的原始方案集。,3可行方案集,影响采煤工艺及其设备选择的主要因素有：开采煤层厚度及厚度变动范围，煤层倾角、煤的硬度、夹矸层厚度、硫铁矿含量、顶板类别、底板类别、断层等地质构造、瓦斯涌出量、涌水量。,采煤机运行状况模拟框图,建立采煤设备数据库，构造原始方案集依据所给出的煤层地质条件，通过技术可行性判别，形成可行方案集对每个可行方案，在不同的工作面长度条件下进行计算机模拟分析，从中得出该方案下的合理工作面长度和相对应的工作面单产、效率、开机率对每个可行方案计算采煤工作面成本，并对原始方案集数据库中提取设备投资利用多目标决策方案计算可行方案的综合评价指标，并按综合指标的高低排序输出前三名方案的具体内容,4优选步骤和方法,采煤工艺及其设备优化模型结构框图,三、采煤方法选择的决策支持系统,决策支持系统（DSS）是面对结构化程度不高的问题，把模型或分析技术与传统的数据存取技术及检索技术结合起来，开发出易于为非计算机专业人员以交互会话方式使用的计算机程序，用于支持决策者进行决策，为其提供最优决策和不同决策时各项结构。决策支持系统构成上的基本特征为三库（数据库、模型库、方法库）一体化。,1内容与结构,采煤方法包括：采煤工艺、设备和回采巷道布置，相互关联为一体的两项内容。以缓倾斜煤层采煤方法选择决策支持系统的开发为例，其中的采煤工艺、设备选择的建模、数据和方法。,决策支持系统结构图,2回采巷道布置方式的选择,（1）回采巷道布置的类别（2）巷道围岩稳定性分类与支护方式确定（3）回采巷道布置的经济评价（4）回采巷道布置评选过程,回采巷道布置评选过程框图,3模型库,模型库的作用是存储辅助决策所需要的各种模型，主要有：,双滚筒采煤机工作面产量模拟模型单滚筒采煤机工作面产量模拟模型刨煤机工作面产量模拟放顶煤工作面模拟模型,4数据库数据库中存储决策支持系统运行时所需要的各类数据，数据库管理系统负责管理、维护和使用各类数据，其操作功能应便于存放、修改、查询和检索。数据库内容：,煤层地质条件数据机炮采技术性决策指标和权重数据采煤设备型号参数数据模拟模型所需的参数数据回采巷道围岩稳定性分析指标数据回采巷道布置经济评价所需的基础指标放顶煤开采与分层开采经济比较数据综合性评价各指标的权重,5方法库,机采形式与设备的选型放顶煤开采与分层开采的比较回采巷道围岩稳定性分类回采方向与区段平巷