采矿系统工程 (加强版)

采矿系统工程习题库一、系统的特征与复杂性（修改版）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。系统的具体特征：整体性；相关性；目的性；有序性；动态性；环境适应性。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。系统工程的特点：①系统工程不是某一类系统的工程技术，而是研究各种系统的普遍规律的一门学问。②系统工程具有多学科综合性的特点，是现代自然科学发展高度综合的产物。③系统工程从整个系统的最优出发，首先确定整体的目标，然后决定各元素所必须的性能，并利用各元亲间的巧妙联系和协调运转来实现总体目标。二、霍尔的“三维结构”指的是：对于所处理的系统问题，从所需要专业知识、处理问题的思维步骤和处理问题的工作程序阶段，即相应称之为“知识维”、“逻辑维”和“时间维”的三维结构的系统工程工作模型时间维分为七个阶段：规划阶段；拟定方案；研制阶段；生产阶段；安装实验阶段；运行阶段；更新阶段逻辑维分为七个步骤：摆明问题；系统指标设计；系统综合；系统分析；系统优化；决策；实施计划知识维：指为完成上述各阶段、各步骤的工作所需要的各种专业知识和技术知识。除了包含系统的专门知识外，还包括跨学科的知识三、矿业系统工程的特点(1)矿山开采的工作地点是不断推移变化的，所以矿业系统工程的对象系统是一个时序变化的系统，具有更大的综合性和复杂性。(2)矿业系统工程研究和处理的系统是一个随机性很强、复杂多变的人工一自然复合系统。因此，要综合运用处理随机性和模糊性问题的定量和定性方法，处理这个特殊的人工一自然系统问题。(3)矿山开发受到内外部环境多种因素的影响，同时又涉及一系列其他部门。仅矿山内部来说，它又是一个庞大的由多个子系统组成的复杂的人工一自然大系统。要解决的是一些复杂的多目标、多方案的系统决策问题。单纯依靠定量的数学方法来处理矿业系统问题是难能有效的。四、系统工程技术系统工程的主要内容：系统分析、系统设计、系统模型化、系统的最优化、系统的组织管理、系统评价、系统预测与决策等。系统工程的基本任务：是研究系统模型化、系统优化和系统评价。系统工程技术:为了实现和完成系统目标及任务，系统工程的活动应按着其方法论的思想、方法和程序，运用一定的具体方法和手段.常用的系统工程技术有：系统辨识技术、系统组织管理技术、系统模型化技术、系统优化技术、系统评价技术、系统预测技术、大系统的分解协调技术、系统决策技术。五、系统模型的定义、特征、作用、系统建模的主要方法及步骤定义：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特征：1）模型是现实世界的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。作用：（1）模型比实际系统容易操作，尤其是一些参数值的改变在模型中操作比实体系统中操作要容易一些。（2）对系统中难以定量的主要因素，需要进行模拟分析，而要实现模拟分析，就必须建立模型。（3）可以用最少的时间和费用可靠地开发最优的系统。（4）有些系统很难或根本就不能用以做试验，如生态系统，只有通过建立模型才能解决这个困难。（5）通过灵敏度分析，可以看出哪些要素对系统的影响更大，以便对系统的行为进行控制。（6）便于了解系统的整体结构；便于研究系统的特征；便于预测未来的趋势；便于对方案进行评价。主要方法：（1）推理法（2）实验法（3）统计分析法（4）混合法（5）类似法步骤：(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。第一章矿床模型及矿床资源条件可开发性评价一、变异函数的类型：①抛物线型②线性型③间断型④随机型二、变异函数的理论模型：（1）球状模型（2）指数模型（3）高斯模型三、克里金法对地质参数估值，有以下明显优点：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。3、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。四、矿床模型的建立方法1、地质界限法：确定矿区内地质界限的位置，以便圈定矿床，建立矿床模型，缺点：只能描述矿体轮廓，不能描述矿体内部的变化。适用范围：埋藏条件简单、矿石品种单一、质量波动不大的矿床，也可做为复杂矿床的辅助方法。2、多边形法：利用钻孔资料来做为地质参数。在相邻两个钻孔的连线上做垂直平分线，这样构成了若干个多边形，每个多边形中都有一个钻孔，这个钻孔的资料就作为该多边形范围内的地质参数。缺点：误差大。3、三角形法：利用钻孔资料的算术平均值做为地质参数。以相邻两个钻孔之间的连线构成若干个以钻孔点位顶点的三角形，并以顶点钻孔资料的算术平均值作为该三角形范围内的地质参数。也可在三角形内部用线性插值法格网格或块段的地质参数。缺点：误差大。4、距离加权法：此法以点的估计值做为块段的地质参数，考虑到被估块段地质参数与周围取样点参数有一定的联系，而且认为这种联系与其距离的n次方成反比。缺点：尽管距离加权法比的两种方法有所改进，但仍存在一些问题．如距被估块段多远的钻孔应该参与计算？仅以距离为权来计算合理吗？估值的可靠性有多大？这些问题距离加权法不能给予明确的答复。第二章矿田开采境界与产量规模的优化一、矿山产量规模的影响因素：市场需求、资源条件、技术条件、经济条件、其他条件二、优化矿山产量规模的主要方法（六条准则）（1）泰勒准则；（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；（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。三、规模经济理论与经济规模规模经济：是经济活动中的一种规律性现象，规模经济是指建设项目在一定的范围内扩大生产规模而使单位生产成本下降获得的利益，合理确定矿山的产量规模实质上是进行规模经济评价。经济规模：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。合理确定矿山的产量规模实质上是进行规模经济评价。四、井田划分方案要满足的基本要求：1、以影响开拓巷道布置的落差大的断层、地质构造、河流湖泊作为井田境界；2、考虑地形、地貌、地物的实际情况；3、力求同一井田内德煤层开采条件相近；4、井田走向长度与井型相适应；5、有足够的可采储量；6、初期浅部井田与后期深部井田的分界线。五、井型方案的校核（矿井服务年限的计算、三个方面进行校核）对已经划定的井田，可采储量Z是已知的定值，则矿井服务年限：从以下几个方面进行校核：①满足设计规范对矿井最低服务年限的要求②按采区一水平正常接替所需的年限校核同时生产的采区数目③井型的标准化0.3Mt/a,0.45Mt/a,0.6Mt/a,0.9Mt/a,1.2Mt/a,1.5Mt/a,1.8Mt/a,2.4Mt/a,3.0Mt/a,4.0Mt/a,5.0Mt/a第三章矿井开采设计综合优化一、采区设计优化的目的内容设计优化的目的：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采区设计内容：包括两个方面，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。001.3~1.5kNkNZTA0min,3~415~20QTNNN采区设计优化内容：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二、矿井优化的内容：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、矿井设计能力第四章矿区开发规划优化一、矿区规划的主要内容1、分析矿区自然、地质、资源、技术、生产经营和经济特点；2、分析各矿井生产发展的技术可能性和经济合理性；3、论证新井建设和生产矿井改扩建的必要性和合理性；4、选择矿井的开采工艺方式和机械化水平；5、确定矿区的矿井布局及井田划分；6、规划煤的洗选与加工；7、论证并确定矿区建设规模与建设顺序；8、规划矿区的多种经营和环境保护；9、矿区建设的经济分析；10、预测规划期内矿区主要技术经济指标的逐年变动值。二、评价指标矿区规模和产量、矿区经济效益、矿区的社会效益、矿区基本建设投资、矿区生产的机械化水平、矿区全员效率第五章矿山开采工艺选择一、影响露天开采工艺选择的因素:（1）界面特征：界面系指松软物料层、岩石层和有用矿物层的上下界面；（2）物料性质：主要包括开采物料的切割阻力、承载能力和含水性；（3）赋存状态：为了较准确地描述开采物料的结构特征，对各个研究层的不同的物料组分按其构成比例、对工艺影响程度的大小分为主采层和辅助层；（4）运排条件：包括采场深度、平面尺寸、内外排比例、拍土运输距离等指标；（5）剥采强度：指松软物料层、岩石层和有用矿物层的年剥采量；（6）气候条件：包括年平均降水量、冻结天数、最大冻结深度等，反映气候对设备作业的影响程度二、采煤工艺及其设备的优选的评价指标及影响因素评价指标：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。指标主要有：1）采煤工作面单产水平，t/d；2）工作面工人效率，t/工；3）工作面吨煤成本，元/t；4）设备投资，万元；5）生产的可靠性影响因素：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。第六章矿山生产系统分析与优化一、什么是均匀随机数？怎样产生均匀随机数？均匀随机数：是指服从均匀分布的随机变量。为了模拟工作的方便，一般使用[0，1]区间的均匀随机数。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。二、怎么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。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近似抽样：这种方法一般用于分布函数的计算式无法求出的情况。三、定时步长法与事件步长法的概念及特点1、定时步长法：是以等长的时间间隔Δt把整个模拟过程划分为许多步。从所拟定的初始状态开始，逐个时间间隔，通过模拟各项活动，来描述系统内各个实体及其特征的发展变化，并记录此时间间隔内的所需信息数据，如此下去直到模拟时间结束。特点是定时推进模拟时钟2、事件步长法：指系统中某项活动的开始或结束。事件步长法是按照系统中依次发生的事件来推进模拟时钟的，即从所有事件中选取最近事件优先处理。所谓最近事件是指在所有事件中，此事件距离当前时刻最短，换句话说，从特定时刻算起该事件将最先发生。采用这种方法时，模拟时间间隔