用优化方法设计矿井多级机战通风网络系统.pdf

∀ ∃ 4 4么‘。5为节点的集合刀一。, , 4夕动为弧的集合 叭 , 句 分别表示≅ 的节点与弧 记。为;的节点数 , 。刀为呀中弧的个数 若 Α为; 中包含的独立 回路数 , 则 Α 一 , 若 “, 与 ’‘关联,’‘为“, 的终点, 乙 ∃ , 若 ‘, 与 ‘不关联 进而可构成独立 回路矩阵1 Φ 其中 1Γ一4Α ‘, 5 。只二 , 若弧 ; Φ〔1 ‘ 且弧的方向与回路方向一残 一 , 若 灼任及 , 弧的方向与回路方向相反 ∃ , 若 ;, 百1 ‘ 4 6 5 Η ‘Η 一一 者 碑 办 刀‘为组成第弓条回路的弧的集合 、 将刀中各元素按余树在前 , 树枝在后 的次序排列 , 可将基本关联矩阵 分块为 一∀ 二 , 抽 ∀ ∃ 对应上式排列 , 独立回路矩阵 中巷道总数 因巷 道风量 Ι , 只有Α ≅拿 气 , −0一9/ ∃灯 一 上凡Α ≅ 心十鱼 几 ∀ ΒΑ肠Α 粤 吸 ΒΧ ‘ −汽 十 尸。 令 , 卫伟孟 灿户 Δ 5‘∗ 5刀 十− Α 5几 将∀ 7 代入∀器 , 则可求得∀9Α 的表示式 . 二‘ 。 ’Ε Φ 气二尸Φ 一 气一ΓΗ 上 二 刀‘ 饰‘ 必 , ∀9∃ 其中系数 尸山 、 , 5 , , 5 , 几 , 尸几由拟合 求得 我们对所用风机进行拟合时 , 发现风机的叶片安装角口一起拟合误差较大 , 因而 ∀ 9 ∃ 式的结果是在口取定值时得到的 系数5山 , 尸 随Α ‘值变化 期 用优化方法设计矿井多级机站通风网络系统 三 、 实例解算与分析 我们将上述通风优化模型具体应用于梅山铁矿北部采区 它是一个后探明的独立矿体 , 仅在 一6∃ ∃ 米与 一9 ∃ 米水平与南部采区相通 , 但两个采矿分层 都在 一 9 ∃ 米水平以上 , 虽 在矿体走向两侧开 凿有一对通风天井 , 但由于矿井主回风水平在 一 9∃ 米 , 风路大量短路 , 依靠主扇通风很难使上部分层得到所需要的新风 鸟院多级机站组承担并设计了该矿的多 级机站通风方案 , 进行工业性试验 , 取得了较好的效果 本文在此基础上用优化方法进行设 计 , 得到能耗更小的设计方案 现将模型与解算情况说明如下 梅山矿北 采区优 化模 型的规模 在该矿巷道网络中 , 节点数。 一7 巷道4弧5数目 。 三哩竺竺生止竺竺兰一止竺翌竺 Τ 5 二里三 二 竺 兰 Η 一竺兰兰一二竺竺兰 一一兰一一一吧翌坐 Τ Η 二翌旦 竺一卜 二竺竺兰 卜 二兰兰乙 二黑犯 二竺 竺兰 一兰二一 二卫 二 卫 兰 圣 三 些兰止里翌兰一卜立兰丝训止坐竺兰 卜 兰竺竺 一卜竺竺兰 一兰一一卜 竺竺兰 竺 兰一 二翌竺兰 一 宾竺竺 一二 竺翌生卜翌竺生Τ阵尘竺兰 Υ Υ“ ‘ 。 ∃ϑ ∃6ϑ6 7 。 7ϑ 工93 3 一 ϑ 6ϑ 9ϑ Η 一 89 “3787 38 6 一68 3 ϑ9 上述 拟合结果只适用于 系统中使用的ςΖ 一9 ∃ 型轴流通风机 八个叶片角度∃ ‘为整 数 变量且只能取上述五个值 , 计算时用坐标轮换法 在约束条件中 , 由于 一9 ∃ 米水平以上有三个采矿作业分段 , 每个分段的需风量均按 习 8米Ε Ν秒设计 , 斜坡道仔 865的需风量为 ∀米叮秒 因此465 、 475与4 哟变为 Ι,Ρ 8 , 歹 6 , 6 7 , 盯 Ι ‘Ρ ∃ , 唇 , 6 ,⋯ , ∀ Ι ,Ρ ∀ , 了 一36 4Ι Β Ι 7Β Ι,ΒΙ 。, 5Ν了 。 Ι , Ρϑ∃多 而4 ∀ 5与495式可根据网络与风机数据写 出 , 不再赘述 7 解法步 骤 用乘子 法将非线性规划问题 黔 Φ间 , ∗一 训斌劝 一∃ , ≅ 4 。Ρ∃ , 创 , , [ 体 Σ , “科 的求解问题化为 必4 二 入 , 力的无约束极小问题 , 运筹学杂志 ∀ 卷 。。、 , , 5 一Φ 4二5一 全 入∴‘伽5十答觉,矛4劝 ‘ 翻 “ Β 去全 ] ΩΕ ⊥4 ∃ , 为一场间5 _ , 一研 ‘夕 求 ⎯五⎯ 必4 二 入 , 下5的计算步骤如下 取初始点 二4 5 , 初始乘子与罚参数 入山 , 飞 , 给定误差 ∀Ρ , 正 以 。卜 5 为初始点 , 解Ω远必4 。, 入向 , 汽5 , 得 。向 令犷 Β5 入七,一艺办‘4 ,少55, “夕 , 砂Β 5 二α ⎯ 。] ∃ , 犷 ,一 人夕 , 加4 ’ 55〕 , 了‘Σ 职 / 欲乳 9佗若 客 ∴‘4。“,Β 鑫 〔 “ ⎯ 4。4“ “,,, ‘犷 ,Ν ”,, ’[ ‘, 则 停止 , 二向 为最优解 否则 , 积希Β , 转6 ∃ 在6 中 , 无约束优化方法采用 0 β ; 共扼方向法 , 一维搜索用Ο ; ; 吕刃方法 在7 中 计算时适当修正乘子值 , 以加速收敛 二 结 论 上述问题我们在微机4 1χ ; ; 0ΝδΘ , 带协理器5上进行解算 , 得到的最优方案比原设计 方案的能耗下降了6 7 良多 , 经济效益是明显的 , 使通风系统的设计向前推进了一步 据 我 们所知 , 这是首次用优化方法对矿井通风系统进行设计 但由于数学模型中整数变量较多 , 对于大型问题 , 计算量将猛增 , 需要采取新的措施与算法以减少计算量 参 考文 献 〔 〕 沈元伟 , 井下多级机站局阻的研究 , 马矿院研究生论文 , ∀ 3 7 【6」 席少霖 、赵凤洽, 最优化计算方法 , 上海科学技术出版社 , 公 ∀7 【7〕马仲蕃 、魏权令、赖炎连, 数学规划讲义 , 中国人民大学出版 社 , ∀ 〔 盛 Ο χ 希梅尔布劳 , 4张义类等译5 , 实用非线性规划 , 科学出版社 , 路