基于混合Petri網(wǎng)的礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)建模與仿真.pdf

1、煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的地位決定了煤炭工業(yè)的發(fā)展在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有舉足輕重的作用。目前我國(guó)煤炭企業(yè)的物流成本高，效率低，安全可靠性差。而煤炭生產(chǎn)物流是煤炭企業(yè)物流的重要組成部分，是礦井生產(chǎn)的大動(dòng)脈，煤炭生產(chǎn)物流在很大程度上決定了煤炭成本、產(chǎn)量以及生產(chǎn)效率。其中主物流是從井下采煤工作面至地面的整個(gè)過程的煤流，其物流量大，安全要求高，是煤炭生產(chǎn)物流的核心和關(guān)鍵，并且具有相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)輸和貯存系統(tǒng)，在礦井生產(chǎn)物流管理活動(dòng)中具有極為重要的

2、地位。因此，應(yīng)用現(xiàn)代物流管理理論與計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，研究礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，辨識(shí)系統(tǒng)中的瓶頸環(huán)節(jié)，規(guī)劃或優(yōu)化礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)，對(duì)降低礦井生產(chǎn)成本、提高礦井生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率、保障礦井安全生產(chǎn)，提升企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力有著極其重要的實(shí)際意義。
　　 根據(jù)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)分析，界定了礦井生產(chǎn)物流系統(tǒng)的內(nèi)涵，將礦井生產(chǎn)物流系統(tǒng)分為主物流系統(tǒng)和輔助物流系統(tǒng)，提出了礦井生產(chǎn)主物流是將井下開采出的煤炭從工作面經(jīng)采區(qū)、大巷等運(yùn)至地面煤倉(cāng)的過程

3、，主物流系統(tǒng)由工作面生產(chǎn)系統(tǒng)、采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)、大巷運(yùn)輸系統(tǒng)及主井運(yùn)輸系統(tǒng)和井下煤倉(cāng)等構(gòu)成。根據(jù)煤礦生產(chǎn)工作方式和環(huán)境條件得出了礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)是一個(gè)混雜的物流系統(tǒng)，其混雜性主要表現(xiàn)在:物流設(shè)施設(shè)備的多樣性與混雜性、物流過程混雜性、物流系統(tǒng)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的混雜性、物流系統(tǒng)空間的混雜性、物流作業(yè)的混雜性。根據(jù)分層遞階建模思想和礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，按照混雜遞階型結(jié)構(gòu)把礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)分為整體結(jié)構(gòu)層、功能層、過程層和設(shè)備層。根據(jù)礦井生產(chǎn)主物

4、流系統(tǒng)連續(xù)動(dòng)態(tài)行為和離散動(dòng)態(tài)行為方式及系統(tǒng)作業(yè)流程，提出了礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型及其混合Petri網(wǎng)表示方法。
　　 根據(jù)礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系，將礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)劃分為工作面生產(chǎn)系統(tǒng)、井下煤倉(cāng)貯運(yùn)系統(tǒng)、間斷性運(yùn)輸系統(tǒng)和連續(xù)性運(yùn)輸系統(tǒng)四大功能模塊，并由此構(gòu)建了礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)流程全結(jié)構(gòu)HPN模型。礦井生產(chǎn)主物流流程全結(jié)構(gòu)HPN模型由工作面生產(chǎn)過程HPN模型、連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型、采區(qū)軌道運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模

5、型、箕斗提升系統(tǒng)HPN模型和井下煤倉(cāng)貯運(yùn)系統(tǒng)的HPN模型構(gòu)成。工作面生產(chǎn)過程HPN模型包括無故障狀態(tài)綜采面主物流HPN模型和綜采面隨機(jī)狀態(tài)HPN模型;連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型包括單臺(tái)輸送機(jī)輸送煤流的HPN模型、多機(jī)串聯(lián)的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型、多支匯流的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型;采區(qū)軌道運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型包括單采區(qū)軌道運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型、基于多采區(qū)軌道資源競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系與派車原則的多采區(qū)服務(wù)的礦車軌道運(yùn)輸系統(tǒng)模型;井下煤倉(cāng)貯運(yùn)系統(tǒng)的HPN模型包括

6、“連續(xù)運(yùn)輸+煤倉(cāng)+連續(xù)運(yùn)輸”、“連續(xù)運(yùn)輸+煤倉(cāng)+間斷運(yùn)輸”、“間斷運(yùn)輸+煤倉(cāng)+連續(xù)運(yùn)輸”、“間斷運(yùn)輸+煤倉(cāng)+間斷運(yùn)輸”四種煤倉(cāng)貯運(yùn)系統(tǒng)的混合Petri網(wǎng)模型。
　　 提出了礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)環(huán)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)環(huán)節(jié)間安全高效運(yùn)行機(jī)制。根據(jù)無故障狀態(tài)綜采面生產(chǎn)過程HPN模型得出單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的煤流q(t)是一個(gè)連續(xù)與間斷交替分布、兼有離散-連續(xù)的變化;根據(jù)綜采面隨機(jī)工作狀態(tài)HPN模型得出了生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程及系統(tǒng)有效度、穩(wěn)態(tài)故障率

7、;根據(jù)單臺(tái)輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型得出了單臺(tái)運(yùn)輸系統(tǒng)的有效度及運(yùn)輸能力，根據(jù)多機(jī)串聯(lián)運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型得出了串聯(lián)運(yùn)輸系統(tǒng)的日產(chǎn)能力Q=q低Ast，根據(jù)多支匯流的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型，得出了煤流關(guān)系第i段的進(jìn)煤量等于兩支流的煤流量之和，即qi(t+1)=qi-1(t)+q(t);根據(jù)單采區(qū)軌道運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型、多采區(qū)服務(wù)的軌道運(yùn)輸系統(tǒng)HPN模型和箕斗提升系統(tǒng)HPN模型，得出了礦車調(diào)度與箕斗提升過程中系統(tǒng)變量的使能激發(fā)規(guī)則;根據(jù)井下煤倉(cāng)

8、貯運(yùn)系統(tǒng)HPN模型，得出了煤倉(cāng)與倉(cāng)前、倉(cāng)后運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系及煤倉(cāng)煤量動(dòng)態(tài)變化過程。
　　 結(jié)合平煤十礦礦井生產(chǎn)主物流系統(tǒng)實(shí)例進(jìn)行了HPN模型仿真應(yīng)用，辨識(shí)了其瓶頸環(huán)節(jié)為戊組東翼采區(qū)大巷運(yùn)輸系統(tǒng)、戊組煤主井井底煤倉(cāng)緩沖運(yùn)輸系統(tǒng)、己組煤大斜井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)。針對(duì)瓶頸環(huán)節(jié)提出了針對(duì)性的解決措施，對(duì)改善系統(tǒng)效果進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明:井下大巷運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化，并下主物流系統(tǒng)運(yùn)輸能力由270萬t/a提升到310萬t/a，系統(tǒng)環(huán)節(jié)匹配更加