基于差异进化算法的铲运机造型研究

论文摘要

在无底柱分段崩落采矿法中,铲运机由于其具有出矿效率高、机动灵活、多用性等优点而被广泛采用。各个矿山在铲运机选型上都会考虑到其采矿结构参数、次崩矿量、产量和经济效益等因素,但长期以来,对铲运机选型都没有量化的计算方法,通常都是采用类比法或套用国内外矿山的实例。因此,探求铲运机选型和相关因素之间的关系是一项非常有意义的工作,它可以为决策者和矿山在铲运机选型上提供科学的依据。本文利用离散的带边界条件约束处理的差异进化算法、对备选方案进行寻优、从而得到最优的铲运机选型。铲运机的优化选型必须考虑出矿效率,出矿成本,工程投资,设备投资等经济和技术指标,实质上是多目标的决策问题。本文针对我国主要采用无底柱分段崩落法的矿山的实际情况,进行铲运机斗容分别为2m3、3m3、4m3、5m3、6m3 5个方案的模拟开采,通过模拟开采,每个方案得到出矿总费用、出矿效率和设备投资三项经济指标数据,建立起离散差异进化算法的待优化矩阵,然后根据矿山对出矿总费用、出矿效率和设备投资等经济指标的关注程度,确定权重矩阵,最后将待优化矩阵和权重矩阵带入到离散差异进化算法仿真程序中,进行仿真运算,得出最优解,进而帮助决策者进行决策。利用该方法,对采用无底柱分段崩落法的矿山回采设备选型进行研究,得出如下结论：当平均运距一定时,进路间距为10m,应该选择斗容为4m3的铲运机；进路间距为15m至20m,应该选择斗容为5m3的铲运机；而且,随着平均运距的增大和进路间距的增大,采用5m3斗容的铲运机的优势也越明显。在以上研究的基础上,我们对所有开采方案和所有型号铲运机组成的集合进行优化,当运距为100m,分段高度为20m,进路间距为20m时,5m3的铲运机可以实现矿山出矿效率的最大化和出矿总费用的最小化的一个最优的平衡。这样的选择,一方面避免了大斗容铲运机所带来的矿山工程投资的增加,也符合当前采矿结构参数大型化,出矿设备大型化的发展趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铲运机的发展及应用现状
• 1.1.1 动力能源和驱动方式的发展
• 1.1.2 铲运机机型的发展
• 1.1.3 自动化程度
• 1.1.4 产品系列化、组合化、专业化
• 1.1.5 人机工程的运用
• 1.2 铲运机的选择的原则
• 1.2.1 铲运机的适用性
• 1.2.2 铲运机的先进性
• 1.2.3 铲运机的安全性
• 1.2.4 铲运机的经济性
• 1.3 研究意义
• 第2章 铲运机选型的目标及影响因素
• 2.1 无底柱分阶段崩落法简介
• 2.1.1 无底柱分阶段崩落法的适用条件
• 2.1.2 无底柱分段崩落法的主要优点
• 2.1.3 无底柱分段崩落法的主要缺点
• 2.2 无底柱分段崩落法的工艺过程
• 2.2.1 无底柱分段崩落法的典型方案
• 2.2.2 合理结构参数及爆破参数的选取
• 2.3 合理铲运机选型的影响因素分析
• 2.4 研究范围的确定
• 2.5 铲运机斗容优化目标的确定
• 第3章 铲运机选型的数学模型及优化算法
• 3.1 铲运机选型的数学模型
• 3.1.1 开采模型的建立
• 3.1.2 出矿效率的计算
• 3.1.3 铲运机出矿费用的计算模型
• 3.1.4 工程费用的数学模型
• 3.1.5 设备购置费用的数学模型
• 3.1.6 铲运机选型的数学模型的确立
• 3.2 优化方法介绍
• 3.2.1 优化问题描述
• 3.2.2 遗传算法简介
• 3.2.3 差异进化算法
• 第4章 工程应用实例
• 4.1 计算基础资料的应用
• 4.1.1 矿块模拟回采参数
• 4.1.2 可选铲运机集
• 4.2 待优化矩阵的确定
• 4.3 权重矩阵的确定
• 4.4 目标函数的确定
• 4.5 优化结果
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢