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1、收稿日期:2009-04-25作者简介:王忠萍(1956-),女,辽宁抚顺人,高级工程师,1982年毕业于新疆工学院(现新疆大学),现任新疆煤炭设计院有限公司机选专业技术委员会主任,从事设计审查工作。长距离带式输送机线路优化设计方法 摘 要:长距离带式输送机线路优化设计方法,不仅可解决参数和方案的优化问题,而且克服了传统设计仅进行几个方案比较的局限性,把复杂的多变量的长距离带式输送机线路的工程问题,归结于定量化寻优的过程。关键词:长距离带式输送机;线路;优化设计 中图分类号:T D 528 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2009)08-0012-03通常长距离带式输送机线路是根
2、据设计人员积累的经验来进行设计。设计线路是否合理主要取决于设计人员的技术水平和经验。为此,代之以新的优化方法寻求最低的经济投入费用,在满足给定的各种约束条件下,从一系列众多可行的方案中寻找出一个最优的方案。长距离带式输送机线路优化主要取决于两方面优化设计:首先是平面优化设计和空间线路优化设计;其次是在确定的线路上的纵断面优化设计。由于纵断面优化设计涉及到的因素相对简单些,又是解决平面和空间线形优化设计首先遇到的问题,因此,长距离带式输送机线路优化重点主要集中到纵断面优化方面。1长距离带式输送机线路纵断面优化长距离带式输送机线路选择的目的,就是要在线路起点与终点间选出一条全面符合建设要求的线路路
3、径。路径的选择应对线路运行、安全、经济、合理、施工方便等因素进行全面考虑、综合比较。选线方案合理与否直接影响设计的质量。在选线中除满足带式输送机本身的特性要求外,需组织各专业进行方案比较,包括:交通运输条件、施工、运行条件、地形、地质条件、线路投资等的方面的技术经济合理性。在长距离带式输送机线路中,在高低山区地形复杂地段,为保证带式输送机的基本运行条件,往往需布置若干个栈桥、隧道、涵洞、挖方、填方段等。由于长距离带式输送机线路除带式输送机设备本身影响总费用外,栈桥、隧道、涵洞、挖方、填方段等工程是影响总费用的重要因素,因此可将长距离带式输送机线路的布置归结为在栈桥、隧道、涵洞、挖方、填方段等主
4、要影响因素下,寻求带式输送机线路投资的总费用最小方案。设栈桥、隧道、涵洞、挖方、填方段的长度分别为 X1、X2,Xn,要求 X1、X2,Xn必须满足下列约束条件。a11X1+a12X2+a1jXj+a1nXn b1Ai 1x1+ai2X2+aijX4+ai nXn biAm 1X1+am 2X2+am jX4+am nXn bnX1,X2,Xn 0式中n 线路应设置的各种路径段种类;m 物理特性种数;ai j 物理特性值;bi 物理特性值的限制界限。又令 cj为线路应设置的各种路径段的费用,且使目标函数(线路总建设费用)c1X1+c2X2+cnXn的值最小,由此数学模型可以看出,这是一个正整数
5、的规划问题。例如在新疆某工程长距离带式输送机线路方案设计中,地形起伏较大,处于高低山草场区,总设计思路为低架栈桥、少挖土方、少占草场及征地,高山区段采取穿隧道方式、以满足带式输送机运行布置要求。其带式输送机线路布置示意图见图 1。从图 1可看出:在该长距离带式输送机线路工程中,以输送线路为基点,设栈桥、挖土方段、隧道、填土方段线路长分别为 L1、L2、L3、L4。限定栈桥最大高度为 Z1=28m(栈桥过高将增大设计和施工难度,单位投资大于隧道的费用值);限定挖土方高度小于 Z2=25m(控制挖土方高度,以降低施工难度,单位投资小于隧道的费用值);当挖土方高度大于 Z2=25m,采用隧道方式(提
6、高隧道上部承压力,降低施工难度,单位投资小于挖土方的费用值);限定填土方高度小于 Z3=5m(控制填土方高度,单位投资小于架栈桥的费用值),并且在该段可考虑根据需要设涵洞。根据以上情况,将长距离带式输送机线路分解为栈桥、隧道、涵洞、挖方、填方段 4种类型,分别建立数学模型。12图 1带式输送机线路断面示意图栈桥、隧道、涵洞、挖方、填方段各段都可看成一个斜率为 k 的直线方程,线路地形纵段忽略地形的细部变化,也可看成一个焦参数为 p 的抛物线方程。将上述情况归结为直线(栈桥、挖土方段、隧道、填土方段直线线路)与抛物线(地形线)关系的数学模型。栈桥、填土方段的关系式为:Y=k X+O M(1)式中
7、k 直线斜率。Y=2p X2(2)式中p 地形抛物线焦参数。隧道、挖土方段的关系式为:Y=k X-O M(3)Y=-2p X2(4)A B=Li=(Xi+1-Xi)2+(yi+1-Yi)2分别将该工程栈桥段、挖土方段、隧道段、填土方段的 k、p 值代入式(1)式(4)即可求得栈桥、挖土方段、隧道、填土方段路径的平均造价分别为 0.76、0.45、0.96、0.24万元/m,要求对线路的投资费用要控制在 10000万元;隧道段无征地费用,而栈桥、挖土方段、填土方段征地及其它平均费用分别为 0.2、0.45、0.4万元/m;要求对线路的该部分费用要控制在 4000万元;设带式输送机本体及带式输送机
8、电控设备在各段线路的平均费用分别为 1.09,1.09,1.1,1.08万元/m,要求对线路设备的投资费用要控制在 15000万元。0.76L1+0.45L2+0.96L3+0.24L4 100001.09L1+1.09L2+1.1L3+1.08L4 150000.2L1+0.45L2+0.4L4 4000L1,L2,LL,L4 0令c1=(0.76+1.09+0.2)L1c2=(0.45+1.09+0.45)L2c3=(0.96+1.1)L3c4=(0.14+1.08+0.4)L4则有目标函数;F(L1,L2,L3,L4)=c1L1+c1L2+c1L3+c1L4最小化。2线路平面和空间的优化
9、设计长距离带式输送线机平面和空间线路布置上当起点和终点之间有不可搬迁、穿越的物群时,长距离带式输送线机需采用多段搭接或水平转弯带式输送线机,两种方式各自优化后,再寻求带式输送机线路投资总费用的优化方案。设长距离带式输送机线路起点坐标为 X1,Y1终点坐标为 Xn,Yn,中间变位 i 个点(i=1,2,n)。如果假定带式输送机按直线距离(水平不转弯)考虑,则由带式输送线路起点到终点的距离 L1=(Xi-X1)2+(Yi-Y1)2,如果要使总距离以最短为目标,则需求 Xi,Yi,使:mi=1(Xi-X1)2+(Yi-Y1)2最小设线路的基建投资费用为 c1元/m;线路设备的投资费用为 c2元/m。
10、则有目标函数:F(Xi,Yi)=c1(Xi,Yi)+c2(Xi,Yi)最小化。如果假定带式输送机按水平转弯考虑,则由带式输送线路起点到终点的水平转弯弧长为 L2=2(X2i+Y2i)t a n-1(X/2Y),如果要使总距离以最短为目标,则需求 Xi,Yi,使:mi=1 2(X2i+Y2i)t a n-1(X/2Y)最小设线路的基建投资费用为 c1元/m;线路设备的投资费用为 c2元/m。则有目标函数;mi n mi=1c1(Xi,Yi)+mi n mi=1c2(Xi,Yi)的值最小。如果考虑带式输送机总运行成本费用最少(Wi线路的运行成本)。则目标函数为;mi n mi=1c1(Xi,Yi)
11、+mi n mi=1Wic2(Xi,Yi)的值最小。两种优化方式比较后,可寻求出带式输送机线路总投资最小的优化方案。3长距离带式输送机线路投资的经济评价经济评价是估算出长距离带式输送机线路投资各方案的经济效果。在提出每个长距离带式输送机线路方案的建议时,不仅要考虑各种条件及国家政策方面的可行性,还要从经济角度上提出决策的依据。虽然经济评价不一定是长距离带式输送机线路投资的唯一依据,但是经济评价是必须进行的,尤其是在方案比较过程要进行多次评价。即使不顾经济上的牺牲非干不可,也要算一算经济帐,看一看在经济上需要付出多大的代价。假定长距离带式输送132009年第 8期 煤炭工程 设计技术 收稿日期:
12、2009-02-03作者简介:张振德(1980-),男,山东莱芜人,2002年毕业于山东科技大学采矿工程系采矿工程专业,现在北京龙软科技发展有限公司负责采矿工程辅助设计系统的研发工作。基于 C o m G I S 的采矿辅助设计系统的设计与实现张振德1,2,毛善君1,熊伟2,刘桥喜2(1.北京大学 地球与空间科学学院,北京100871;2.北京龙软科技发展有限公司,北京100190)摘 要:通过分析采矿设计的业务组成及现有采矿设计系统存在的问题,笔者对采矿辅助设计系统的总体设计和功能设计进行了阐述,并针对数据结构、单元体模型等关键技术进行了探讨。最后,基于 L o n g r u a n G
13、I S 平台实现了采矿辅助设计的各种功能并取得了成功应用。关键词:采矿设计;C o m G I S;数字煤矿;系统设计 中图分类号:T D 672 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2009)08-0014-03目 前,计 算 机在 煤矿 生 产中 得到 了广 泛 的应 用。A u t o C A D作为通用的计算机辅助设计软件,有着强大的绘图及编辑能力,采矿设计部门普遍将其作为首选设计软件。但是,采矿设计部门所依赖的重要图件(采掘工程平面图)以及各种基础数据(煤层、断层、岩性等)都是由地测部门提供。采矿设计与地测关系密切,两者之间存在着千丝万缕的 联 系。专 为 煤 矿 系 统
14、量 身 打 造 的 G I S软 件 L o n g r u a n G I S 已经被 600多对大中型矿井所采用,特别在地测部门,应用尤其广泛。这就形成一个矛盾:以 A u t o C A D为首选设计软件的采矿设计部门与地测部门采用的数据格式不统一,信息共享困难,需要频繁的进行数据格式转换。如果能够在同一平台上开发地测和采矿设计软件,将有利于数据格式的同一和部门之间信息的共享,推动煤矿信息化建设进程。采用 符 合 矿 山 实 际 的 数 据 结 构 和 数 据 模 型,以L o n g r u a n G I S 为平台,开发专用功能,既能弥补 L o n g r u a n G I S
15、没有采矿设计功能的不足,又解决了 A u t o C A D后期修改复杂(图形间缺乏相互关系)的难题,更能充分发挥计算机强大的辅助设计能力,提高部门间信息共享效率,促进煤矿信息化的整体水平迈向更高层次。1系统的设计1.1 系统总体设计参数化制图能够快速生成图形,是减少手工制图工作量的方法之一,且参数化制图与设计工作流程吻合,所以,本系统采用参数化制图方式。机线路投资为 a万元,又知线路、土地、设备、厂区外设施、其它资金等方面的投资共有 n 个项目供选择,若选第 j个项目,则需投资 aj万元,在若干年内可得收益 cj万元,这样可找出怎样对各项目进行投资的才是最合理的方案。Xj=1,若对第 j 个
16、项目(线路)决定投资0,若对第 j 个项目(线路)决定不投资不难看出,X1,X2Xn应满足条件nj=1ajXj 0Xj=0或 1,j=1,2,n由于 Xj=0或 1,等价于 Xj(Xj-1)=0,j=1,2,n,其约束条件可改为:nj=1ajXjXj 0Xj(Xj-1)=0,j=1,2,n对于目标函数,如果只考虑总收益最大,则为:ma xnj=1cjXj如果要求总利率最高,即为:m a x(nj=1cjXj)/(nj=1ajXj)综上所述,在长距离带式输送机线路中应用优化设计方法,不仅可解决参数和方案的优化问题,而且克服了传统设计方面只进行几个方案比较的局限性,把复杂的多变量的长距离带式输送机线路的工程问题,归结于定量化寻优的过程。使设计更加经济、合理。参考文献:1张鄂.机械与工程优化设计 M .北京:科学出版社,2008.2程耿东.工程结构优化设计基础 M .北京:科学出版社,1984.3钱令希.工程结构优化设计 M .北京:水利电力出版社,1983.(责任编辑赵巧芝)14设计技术 煤炭工程 2009年第 8期