計(jì)算機(jī)模擬法在礦井開采中的應(yīng)用

楊明明

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.同煤大唐塔山煤礦有限公司，山西 大同 037003）

1 礦井生產(chǎn)影響因素及系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)性

在許多復(fù)雜因素（其中有些是隨機(jī)性的因素）的綜合影響下，一些礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的參數(shù)也帶有隨機(jī)性，在礦井生產(chǎn)的某一時(shí)刻，工作面采煤機(jī)是否正常運(yùn)行，井下輸送機(jī)載運(yùn)煤流量的大小，煤倉是否裝滿，列車是否發(fā)出，生產(chǎn)是否發(fā)生故障等，都得隨機(jī)的。我們不能肯定地知道它們是否發(fā)生、出現(xiàn)的特征如何，但經(jīng)過大量系統(tǒng)地觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)，可以找出某一因素影響或事件發(fā)生的統(tǒng)計(jì)規(guī)率，從而獲知某一事件發(fā)生的概率，借助概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論方法來確定它們。

2 開采課題計(jì)算機(jī)模擬的程序和方法

進(jìn)行開采課題計(jì)算機(jī)模擬的程序和方法可概述如下：

1）實(shí)行系統(tǒng)分析。首先應(yīng)分析研究的客觀系統(tǒng)（實(shí)體）。弄清衡量客觀系統(tǒng)的效果指標(biāo)，即評(píng)價(jià)客觀系統(tǒng)達(dá)到目的的目標(biāo)函數(shù)，分析可以變化的因素（可控因素，可控變量）。找出系統(tǒng)活動(dòng)（行為）所遵守的客觀規(guī)則，從而為編制模擬模型確定模擬原則。

2）編制模擬模型根據(jù)實(shí)際客觀系統(tǒng)的目標(biāo)、可控變量和模擬原則來編制模擬模型。與前述經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)模型不同，模擬模型不是以數(shù)學(xué)分析表達(dá)方式的形式出現(xiàn)，而是以表示邏輯關(guān)系與數(shù)值關(guān)系的流程圖（框圖）來表達(dá)的。模擬模型要描述隨著時(shí)間的流逝（模擬時(shí)鐘增加一個(gè)增量），按照系統(tǒng)活動(dòng)所遵守的規(guī)則——模擬原則可控變量的變化、某種事件的發(fā)生、系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，以及它們對(duì)系統(tǒng)行為的影響。根據(jù)問題的性質(zhì)，可以采用不同的方法構(gòu)造出不同的模型。

3）模擬模型的源程序，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，從而獲得所需要的信息。

4）模擬結(jié)果分析。對(duì)模擬所得的信息進(jìn)行分析。對(duì)不同的定性方案或參數(shù)組合不同方案，按選定的技術(shù)最優(yōu)性準(zhǔn)則進(jìn)行比選。

3 編制模擬模型的兩種方法

編制模擬模型可用時(shí)間步長(zhǎng)法、事件表法。

1）時(shí)間步長(zhǎng)法。根據(jù)所確定的模擬原則，對(duì)系統(tǒng)給定的一個(gè)初始狀態(tài)S0，以時(shí)間軸為準(zhǔn)，起始時(shí)刻T：=0，每經(jīng)過一個(gè)單位時(shí)間，即一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次考查，查明可控制變量變化及其對(duì)系統(tǒng)行為的影響，一步一步地進(jìn)行考查，就可得出系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)的變化情況。現(xiàn)以采區(qū)煤倉容量模擬為例，每一個(gè)時(shí)刻采區(qū)煤倉內(nèi)的存煤量Q，決定于該時(shí)刻以前煤倉原有的煤量，上山膠帶輸送機(jī)運(yùn)來的煤量P和列車裝運(yùn)車的煤量q，給定煤倉一個(gè)初始狀態(tài)——原有煤量為Q0，T：=0，每增加一個(gè)單位時(shí)間：T：=T+1，就考查一次來煤量P和卸煤量q，計(jì)算一次當(dāng)時(shí)的煤倉煤量Q，Q=Q0+P-q，不斷進(jìn)行考查，就可獲得煤倉內(nèi)煤量動(dòng)態(tài)變化的信息。時(shí)間步長(zhǎng)法的步長(zhǎng)可取為若干秒、分或時(shí)。視模擬所需的精度要求而定，由于每一步長(zhǎng)相等，此法多用于系統(tǒng)行為在每一步長(zhǎng)中有重復(fù)出現(xiàn)特征的問題。

2）事件表法。由客觀實(shí)際系統(tǒng)，分析系統(tǒng)發(fā)展的狀態(tài)和引起系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件，列出事件表。按照一定的模擬規(guī)則，不斷改變各種事件的狀態(tài)，從中記錄或計(jì)算我們所需的數(shù)據(jù)。首先給定一個(gè)特定狀態(tài)作為初始條件，以此為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行模擬。從事件表中找出最近（當(dāng)前）事件，處理該事件，模擬時(shí)鐘增加一個(gè)增量，而后處理第二個(gè)事件，模擬時(shí)鐘又增加一個(gè)增量，……，在這里，和時(shí)間步長(zhǎng)法不同，模擬時(shí)鐘的增量不是等步長(zhǎng)的，而是由該事件所需的時(shí)間確定。

4 結(jié)論

研究表明，井下生產(chǎn)的一些參數(shù)各服從于某種概率分布。采煤機(jī)開機(jī)（運(yùn)行）時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，采煤機(jī)運(yùn)行速度、生產(chǎn)例行維修時(shí)間、裝車及卸車時(shí)間等服從正態(tài)分布，各類故障大多服從負(fù)指數(shù)分布。在具體礦井條件下，可通過統(tǒng)計(jì)分析，得出相應(yīng)的分布函數(shù)的參數(shù)值，從而提供計(jì)算機(jī)模擬所需的原始數(shù)據(jù)。