基于图论学的露天开采境界优化算法研究及程序设计

论文摘要

露天境界优化是露天矿开采设计和生产过程控制的重要内容。露天矿优化设计的数值方法按计算精度可以分为严密法和试探法两大类,前者求解精确,后者运算简捷。传统手工法和浮动圆锥法属于试探法,设计计算工作量大,无法全面考虑资源开采技术及经济条件指标等因素对境界优化的影响,很难得到合理的最终开采境界。LG图论法属于严密法,理论上有严格的证明,是目前公认的接近真实境界的结果。本文基于图论学的基本概念和定理,在对三维环境下露天境界优化技术的研究现状、发展趋势和存在问题进行分析的基础上,重点对LG算法在计算机中执行的几个关键技术进行了研究,解决了程序中实行该算法的核心问题。并采用矿山的实际数据和参数,用LG算法在三维环境下进行境界优化,用最终的境界进行经济效益分析。主要研究工作及成果如下:1、在查阅大量文献的基础上对露天境界优化技术现状、发展趋势及存在的问题进行了系统分析研究。2、按照图论理论中“图”的概念,确定了计算机中的数据结构和存储方式,即采用树形结构,链接表存储方法。3、最终边坡角是境界优化的约束条件之一,本文分析了露天矿边坡破坏的主要方式和最终边坡角稳定性分析方法。4、露天矿经济合理性是开采的主要依据,本文对比了以往手工方法计算剥采比确定境界和计算机中建立数学经济模型方法,分析了各自的优缺点。5、根据LG理论写出了计算机可执行的算法。解决了算法中核心问题:复杂边坡角的情况下形成初始图;有向图的遍历搜索方法;如何计算顶点的权值;如何判断弧的类型;如何形成正则树。6、用实际数据对应用LG理论产生的境界进行经济效益分析。通过本次研究,解决了执行算法过程中的实际问题。采用LG图论法能快速、准确的优化出某铜矿最佳露天开采境界,极大的提高了矿山工作者的工作效率,是矿山数字化发展的技术保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源与背景
• 1.2 研究的现状及发展趋势
• 1.2.1 图论学的发展及研究现状
• 1.2.2 露天开采境界优化研究现状
• 1.2.3 存在的问题以及解决方法
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 本章小节
• 第二章 图的基本概念及应用
• 2.1 图的概念
• 2.2 图的存储
• 2.2.1 数组表示法
• 2.2.2 邻接表
• 2.3 本章小结
• 第三章 树及其应用
• 3.1 树的运算和存储
• 3.1.1 树的基本运算
• 3.1.2 树的存储
• 3.2 二叉树的存储和遍历
• 3.2.1 二叉树的存储
• 3.2.2 二叉树遍历
• 3.2.3 树与二叉树的转换
• 3.3 本章小结
• 第四章 露天矿优化的几何约束
• 4.1 边坡稳定性分析概述
• 4.1.1 露天矿边坡工程的发展概况
• 4.1.2 岩质边坡变形破坏类型
• 4.1.3 影响边坡工程稳定性的主要因素
• 4.2 边坡稳定分析的主要方法
• 4.2.1 极限平衡方法
• 4.2.2 有限元分析方法
• 4.2.3 可靠性分析方法
• 4.3 本章小结
• 第五章 露天矿经济合理性分析
• 5.1 概述
• 5.2 经济合理剥采比
• 5.3 手工法确定最终开采境界
• 5.3.1 基本原理
• 5.3.2 应用线段比法与面积比法确定最终开采境界
• 5.3.3 应用品位-剥采比关系设计最终境界
• 5.4 计算机优化方法中的价值模型
• 5.4.1 地质数据库
• 5.4.2 样品数据基本统计和变异性分析
• 5.4.3 地质实体模型和块段模型赋值
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于图论的LG法的核心算法及程序设计
• 6.1 露天开采境界优化算法研究现状
• 6.2 初始图的形成
• 6.3 数据遍历优化
• 6.3.1 连通图的深度优先搜索遍历
• 6.3.2 连通图的广度优先搜索遍历
• 6.3.3 LG图论法中有向图搜索遍历
• 6.4 LERCHS-GROSSMANN图论法（LG图论法）算法过程
• 6.4.1 基本概念
• 6.4.2 树的正则化
• 6.4.3 图论法境界优化定理及算法
• 6.3 本章小结
• 第七章 露天境界优化实例分析
• 7.1 某铜矿露天境界优化参数的确定
• 7.2 实际露天开采境界的确定
• 7.3.1 确定底部开采水平
• 7.3.2 露天矿设计参数设置
• 7.3.3 露天坑实体化
• 7.3 本章小结
• 第八章 全文结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附:攻读学位期间参与课题及论文发表情况