中国矿业大学采矿系统工程重点

11、系统的内容、基本特征、复杂性系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体。系统工程是：把一有学科分支中的知识有效的组织起来用以解决综合性工程问题的技术。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。三个基本特征，第一，系统是由元素所组成的；第二，元素间相互影响、相互作用、相互依赖所构成的元素关系；第三，由元素及元素间关系构成的整体具有特定的功能。系统的复杂性：（1）构成系统的元素往往是个系统(子系统），系统的多层次性；（2）系统涉及的因素往往是多维的；（3）系统是由不同质的要素集合；（4）系统可以是包括人在内的人-机系统。2、采矿系统工程概念及形成标志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。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。3、系统模型的内涵及基本特征及其作用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，（现实性、易处理性和适应性）模型三个持征：（1）模型是现实世界一部分的抽象或模仿；（2）模型是由那些与分析的问题有关的因素所构成；（3）模型表明了有关因素之间的逻辑关系或定量关系。4、建立构造模型的基本步骤(1)明确系统的目的和要求，即明确系统要解决的问题是什么；(2)建定语言模型，即用准确精炼的语言对系统进行描述；(3)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。(4)明确系统的外部环境，系统环境产生的约束条件；(5)确定模型细构；(6)估计模型中的参数，用数量表示系统中的因果关系；(7)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。5、计算题20-30分：课本P17例子，变异函数模型及分析求解区域化变量——在一定空间范围内既有随机性又有结构性的变量。结构性——受到同一成因作用而产生的(即服从一定的规律，相关性或连续性)。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。区域化变量只能用随机函数来进行研究。（半变异函数的表达形式及计算、变异函数的理论模型、结构分析的基本步骤、版变异函数的手工套合方法）6、克里金法估值的原理、方程、优点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。屏蔽作用：较近的样品屏蔽了较远样品对V的影响克里金方程组克里金方程组的半变异函数表示形式（实质）优点：①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。②能定量池给出计算精度，即计算克里金方差，作为衡量估计误差的尺度。②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。符号意义：被估块段V真实品位为在z（V），估计品位为z*（V），用来估计块段V的n个有效样品的品位为z（xi），拉格朗日乘子，i求满足无偏条件，并使得估计方差最小的一组权系数（克里金法实质）。“屏蔽效应”对策，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。7、矿床地质模型的含义、建立方法、优缺点及计算矿床地质模型既然是沿袭传统的地质图纸二来，其建立也有相应的轨迹可循。早期建立的狂船模型时仍沿用手工计算地质储量时所采用的多边形法或三角形法，以钻孔资料为基础，来推断钻孔周围临区的地质参数。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。8、煤层地质条件开采工艺性评价内容及过程煤层地质条件开采工艺性评价是在寻求地质条件诸因素对开采影响一般规律的基础上，对地质条件优劣程度进行客观评价；在寻求地质条件优劣程度与开采效果一般关系的基础上进行开采效果的预测和辅助技术决策。其实质是从采矿的角度对具体煤层适于开采工艺的程度进行定性分析与定量评价，以此作为开采技术决策、设计规划、生产管理的依据过程：1、煤层地质条件的工艺性评价的模型结构2、评价因素指标的量化3、评价因素隶属函数的构造4、煤层地质条件开采工艺性评价的因素权重5、煤层地质条件开采工艺性综合评价模型6、评价模型应用于综采工作面单产预测9、矿山产量规模的意义、影响因素、确定方法、核心问题、个中区别。矿山产量规模是矿山诸多决策要素中的核心要素之一，合理确定矿山的产量规模直接影响矿山的经济效益、投资规模以及建设速度等。因此，矿山产量规模的优化，应该成为矿山诸多要素中重点优化对象。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：（1）泰勒准则T：矿山经济寿命，Q：境界内矿石储量11(,)(,)1,i1,nnjijijniiCxxCxV11(,)(,)1,i1,nnjijijniirxxrxV2（2）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③最小费用法（或称计算成本法④最佳经济效益规模⑤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⑥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。规模经济是指建设项目在一定范围内扩大生产规模而是单位生产成本下降获得的利益；经济规模是指在产品生产系统个生产要素合理配置的情况下，能取得经济效益的声场规模。规模经济体现了生产（经济）规模变动引起的收益变动的规律性，而经济规模不是一个点，而是一个范围。10、矿井储量、矿山产量规模及服务年限的合理匹配原则：（1）圈定的矿井储量能使相应产量规模的经济效益达到或接近最优值。（2）能使开采范围适合于露天矿最优工作线长度的优化结果；对矿井，应考虑井田尺寸的优化要求；（3）矿井储量与服务年限的匹配接近主要固定资产折旧年限的最小公倍数火气整数倍。11、采区设计优化内容及方法（vip）目的：在各种可供选择的定性方案和定量参数中选取最优方案和参数。内容，一是选择采煤方法、采区机械设备；二是确定巷道布置系统及其主要参数。（以采区巷道布置及其主要参数选择为核心的采区设计优化内容有：采区类型、采准巷道的数目和位置、联络巷道形式、采区走向和倾斜角度、采煤工作面长度和区段数目、同时生产的工作面数目和采区生产能力等。）优化方法：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。12、矿井设计优化内容和方法（1）井田开拓方式与井筒位置（2）巷道网络的最优断面和开拓系统（3）矿井通风系统（4）井田采区划分（5）采区巷道布置系统及主要参数（6）矿井设计能力矿区概念、矿区规划模型的评价指标矿区是由若干个矿井或露天矿组成的具有较大规模的矿产资源生产基地。评价指标：（1）矿区规模和产量（2）矿区经济效益（3）矿区的社会效益（4）矿区基本建设投资（5）矿区生产的机械化水平（6）矿区全员效率13、采煤机的模拟方法（vip）采煤机生产过程的计算模拟分析初始时，为工作面生产班的开始时间，令模拟时间为零，采煤机处于工作面的一端，检查有无可以开始的工序，当实施该工序所需的全部条件均已具备时，该工序即可以开始。然后根据此工序进行速度或持续完成所需的时间（确定型或随机型），随机型的变量值用随机数发生器确定，根据分布函数生成相应的随机变量值，计算其结束时间（结束时间=现在时间+持续时间）。（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。（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：V：采煤机生产时的运行速度，u：运行速度均值，：运行速度的标准值。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，它服从正态分布。i：（0,1）区间的均匀分布随机数。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，俯冲负指数分布规律，分布函数：()1tFte。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12和，得到某一时刻连续运行时间t1和间断停顿时间t2.111t=-ln/和222t=-ln/。（4）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。（模拟的初始状态定位工作面生产班的开始时间，采煤机停在工作面下端，然后有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，在下一班至给定班数。一双筒采煤机上下往复割煤，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。开发通用的模拟模型和程序，还需要有更为细致的描述各种作业方式、工作制度等项内容。）14、系统模拟的基本概念、均匀随机数和随机变量产生的方法。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。随机变量概率分布函数的统计检验为了进行系统模拟，建立能够再现系统内部客观规律的模型，并用以分析与预见系统中的问题，首先必须深人系统的客观实践，收集有关的资料信息，并做加工处理。其中一项重要工作就是各项随机变量分布规律的统计检验。（1）产生均匀随机数的方法：第一类是使用随机数表。第二类是物理方法。第三类是数学方法，用离散分布的随机数来代替——伪随机数。22212vufve6123iivu40.510.2TQ3产生伪随机数的常用方法：①迭代取中法，方法实质是；任取N位整数作为初始值，将此数经一定的计算，然后截头去尾取其中间的N位所组成的数作为一个随机数，然后继续迭代上述过程，得出一个随机数序列。②移位法，利用数字计算机能够对数字进行前后移位和逻辑运算。③同余法，包括和同余法、乘同余法、混合同余法和组合同余法等（2）由均匀随机数产生随机变量①直接抽样，如果随机变量η的概率分布函数F(x)连续，则r＝F(η)是[0，1]上均匀分布的随机变量。方法简单，适用广泛②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。③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。④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。⑤近似抽