计算机模拟法在矿井开采中的应用

杨明明

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.同煤大唐塔山煤矿有限公司，山西 大同 037003）

1 矿井生产影响因素及系统参数的随机性

在许多复杂因素（其中有些是随机性的因素）的综合影响下，一些矿井生产系统的参数也带有随机性，在矿井生产的某一时刻，工作面采煤机是否正常运行，井下输送机载运煤流量的大小，煤仓是否装满，列车是否发出，生产是否发生故障等，都得随机的。我们不能肯定地知道它们是否发生、出现的特征如何，但经过大量系统地观测与统计，可以找出某一因素影响或事件发生的统计规率，从而获知某一事件发生的概率，借助概率论与数理统计的理论方法来确定它们。

2 开采课题计算机模拟的程序和方法

进行开采课题计算机模拟的程序和方法可概述如下：

1）实行系统分析。首先应分析研究的客观系统（实体）。弄清衡量客观系统的效果指标，即评价客观系统达到目的的目标函数，分析可以变化的因素（可控因素，可控变量）。找出系统活动（行为）所遵守的客观规则，从而为编制模拟模型确定模拟原则。

2）编制模拟模型根据实际客观系统的目标、可控变量和模拟原则来编制模拟模型。与前述经济数学模型不同，模拟模型不是以数学分析表达方式的形式出现，而是以表示逻辑关系与数值关系的流程图（框图）来表达的。模拟模型要描述随着时间的流逝（模拟时钟增加一个增量），按照系统活动所遵守的规则——模拟原则可控变量的变化、某种事件的发生、系统状态的转移，以及它们对系统行为的影响。根据问题的性质，可以采用不同的方法构造出不同的模型。

3）模拟模型的源程序，并在计算机上实现，从而获得所需要的信息。

4）模拟结果分析。对模拟所得的信息进行分析。对不同的定性方案或参数组合不同方案，按选定的技术最优性准则进行比选。

3 编制模拟模型的两种方法

编制模拟模型可用时间步长法、事件表法。

1）时间步长法。根据所确定的模拟原则，对系统给定的一个初始状态S0，以时间轴为准，起始时刻T：=0，每经过一个单位时间，即一个时间步长，就对系统进行一次考查，查明可控制变量变化及其对系统行为的影响，一步一步地进行考查，就可得出系统参数和状态的变化情况。现以采区煤仓容量模拟为例，每一个时刻采区煤仓内的存煤量Q，决定于该时刻以前煤仓原有的煤量，上山胶带输送机运来的煤量P和列车装运车的煤量q，给定煤仓一个初始状态——原有煤量为Q0，T：=0，每增加一个单位时间：T：=T+1，就考查一次来煤量P和卸煤量q，计算一次当时的煤仓煤量Q，Q=Q0+P-q，不断进行考查，就可获得煤仓内煤量动态变化的信息。时间步长法的步长可取为若干秒、分或时。视模拟所需的精度要求而定，由于每一步长相等，此法多用于系统行为在每一步长中有重复出现特征的问题。

2）事件表法。由客观实际系统，分析系统发展的状态和引起系统状态转移的事件，列出事件表。按照一定的模拟规则，不断改变各种事件的状态，从中记录或计算我们所需的数据。首先给定一个特定状态作为初始条件，以此为出发点进行模拟。从事件表中找出最近（当前）事件，处理该事件，模拟时钟增加一个增量，而后处理第二个事件，模拟时钟又增加一个增量，……，在这里，和时间步长法不同，模拟时钟的增量不是等步长的，而是由该事件所需的时间确定。

4 结论

研究表明，井下生产的一些参数各服从于某种概率分布。采煤机开机（运行）时间服从负指数分布，采煤机运行速度、生产例行维修时间、装车及卸车时间等服从正态分布，各类故障大多服从负指数分布。在具体矿井条件下，可通过统计分析，得出相应的分布函数的参数值，从而提供计算机模拟所需的原始数据。