东北大学采矿工程毕业论文

采矿工程毕业设计论文

采矿工程是一个国家的重要产业,采矿工程直接关系到国家资源、能源的正常供应和使用安全。以下是专门为你收集整理的采矿工程毕业设计论文，供参考阅读！

采矿工程方法优化研究

【摘要】采矿工程中的许多方法都是可以优化的，比如采矿工程中的开拓系统和采矿方法。这些方法优化问题，由于决策变量众多，并且不同情况的所起的作用不同，导致多数问题都是复杂的非线性化问题，不仅如此变量之间的联系有时很难用确切的数学模型或者数学表达式表达出来。因此我们考虑到可以利用计算机技术和人工智能的技术来实现采矿工程中方法的优化问题，比如遗传算法，神经网络等，本文从上述几种技术角度，结合实际例子探讨了采矿工程方法的优化问题。

【关键词】采矿工程;优化;采矿方法

采矿工程中的许多问题的决策和方法的优化，都是多决策变量问题。以往对这种问题的处理方式都是采用单一变量法，即采用固定其他变量使其值保持不变，通过变化某一变量来探索这一变量对目标函数或目标问题结果的影响，从而找出最优解。虽然这种方式大大简化了这种多变量问题的求解方式，但是它忽略了各个变量之间的相互关系，以及他们之间的相互作用对最终结果的影响，因此所得的结果并不是真正的最优值。为了求得真正的最优解，需要同时改变各决策变量，探索他们在这种情况下和目标的关系以及的对目标结果的影响，从而找出综合最优值。

1、优化方法

遗传算法的定义

遗传算法是一种自适应优化的方法。这种方法基于生物进化的原理，它模拟了生物进化的步骤，将繁殖、杂交、变异、竞争和选择等概念引入到算法中。[1]通过对一组可行解的维持和重新组合，在多决策变量共同作用的条件下，改进可行解的移动轨迹曲线，最终使它趋向最优解。这种方式是模拟生物适应外界环境的遗传变异机理，克服了传统的单决策变量法容易导致的局部极值的缺点，是一种全局优化算法。

神经网络的定义

人脑思维方式的一大特点就是：通过多个神经元之间的同时的相互作用来动态完成信息的处理。人工神经网络就是模拟人脑思维的这种方式，通过计算机来完成一个非线性的动力学系统，可以实现信息的分布式存储和并行协同处理。

遗传算法与神经网络协同优化

由于采矿工程的问题很难用一个显式来表示，所以我们可以利用人工神经网络强大的非线性映射能力建立决策变量和目标函数的关系，实现对问题的显式化，然后用遗传算法对这个目标函数的决策变量进行搜索和寻优，搜索到后就输入之前已经建模好的神经网络，网络将自动进行学习和匹配，从而我们可以计算出目标函数对该组决策变量的适应性，然后根据适应性进行遗传变异操作，反复多次后即可寻得最优解。

2、优化实例

遗传算法在矿石品位优化中的应用

遗传算法是由原始数据，模拟优胜劣汰的方式通过反复迭代获得最优解，在这里实质上是随机生成一组矿石品位，利用自适应的技术调整品位，经过反复迭代计算，逐步逼近最优解。

(1)编码：用定长字符代表遗传中的基因，在这里表示某种特定品位，编码顺序依次为边界品位、最小工业品位、原矿品位和精矿品位。[2]

(2)初始群体：每次迭代的初始群体由上一次迭代生成，第一次的初始群体随机生成，每个群体包含的个体数确定。

(3)适应度：自然界中的适应度是生物个体对自然界的适应程度，适应度大，那么它存活下来的可能性就大。类似的这里的适应度是衡量个体优劣的指标，可以驱动遗传算法的优化，本例中的适应度取不同品位的矿石所能取得的净现值。

(4)复制和交换：根据达尔文进化论，适应性强的个体容易生存下来，那么他们的有利性征就被保留了，同样的不利性征就被淘汰了，适应性强的个体他们的后代跟他们的相似度会比较高，在遗传算法中可以用复制来代表这一部分;交换就是指上一代多个个体的部分基因相互置换产生新个体。

(5)突变：遗传算法中产生新个体的又一手段，通过求补运算完成。

(6)终止条件：遗传算法是迭代运算，在迭代到符合某一要求时停止，一般都是当群体的平均适应度或最大适应度变化平稳时，迭代终止。

采矿工程优化实例

本处选择山东莱芜铁矿施工时的填充材料刚度与采场结构参数的优化问题来说明一下神经网络和遗传算法的具体应用。

山东莱芜铁矿谷家台矿区矿体赋存于大理岩与闪长岩的.接触带中，上部为第四系和第三系所覆盖，全部为隐伏矿体，矿脉地理结构十分复杂。[3]上部有河流流过，虽然河流和矿带之间有第三系的红板岩，但是由于局部天窗的分布，导致水层和第四系砂砾石层和灰岩层接触，隔水效果不好。由于灰岩层的含水性，导致这部分成为承压含水层。复杂的地质背景给开矿带来了巨大的难度，为了实现不改河、不疏干、不搬迁、不塌陷、不还水的“五不”方针，最终决定的开矿方案是采用矿体近顶板大理岩注浆补漏堵水措施与阶段空场嗣后胶结充填采矿方法相结合的综合治水方案。制约这一方案顺利实施的两个重要因素就是充填材料刚度与采场结构参数的优选问题。

设矿房宽度为Bf，填充体刚度为EC，бt为上盘出现的最大拉应力。推测得出：从安全性角度考虑，矿房宽度Bf越小，填充体刚度EC越大，则上盘出现的拉应力越小，施工越可靠;从经济型角度考虑，矿房宽度越大，填充刚度越小越经济，可以看出两者是相对的，我们要在这之间找一个最佳匹配值。使得上盘出现的拉应力小于但又接近于大理岩的抗拉强度。

先通过神经网络建立决策量Bf、EC和目标бt的映射关系，然后用遗传算法搜索最佳匹配，得到结果Bf=，EC=，бt=，最后进行的结果的合理性验证，表明这个结果是令人满意的。

3、结论

作为现阶段比较先进的计算智能和人工智能技术，遗传算法和神经网络着重于通过迭代算法和非线性映射来求得问题的最优解。由于绝大多数矿场的复杂条件导致采矿工程中的许多问题和方法的决策存在众多的决策变量，并且多数变量和目标量的关系都是非线性的，这些特点使得遗传算法和神经网络等现代先进智能技术能很好的运用到采矿工程的优化中去，通过文章研究和实例证明，对于采矿工程的方法优化，遗传算法和神经网络能起到很好的效果，随着这些技术的进步，他们将会为采矿工程的优化方面提供更有力的帮助。

参考文献

[1]李云，刘霁.神经网络与主元分析在采矿工程中的应用[J].中南林业科技大学学报，2010，30(6)：140-146.

[2]张磊，柴海福.浅谈人工神经网络在采矿工程中的应用[J].学术探讨，2008，(6)：172.

[3]刘加东，陆文，路洪斌.浅谈采矿方法的优化选择[J].IM&P化工矿物与加工，2009，(1)：25：27.

.“《采矿学》教材建设”获高等教育国家级教学成果奖二等奖..《采矿学》教材被评为“十二五”省级、国家级规划教材..荣获“资源与土木工程学院2013年度跃升奖”..“《采矿学》教材建设（教材）”获2012年辽宁省普通高等教育本科教学成果一等奖..“矿业类高等工程教育卓越人才培养模式改革与实践”获2012 年辽宁省普通高等教育本科教学成果一等奖..获“2012年辽宁省优秀硕士论文指导教师” ..荣获“资源与土木工程学院2012年度贡献奖”..“《采矿学》教材建设” 获东北大学普通高等教育本科教学成果一等奖..“矿业类高等工程教育卓越人才培养模式改革与实践”获东北大学普通高等教育本科教学成果特等奖..指导的硕士论文“金属露天矿最终境界的经济——生态一体化优化研究”获辽宁省优秀硕士毕业论文..指导的硕士论文“金属露天矿最终境界的经济——生态一体化优化研究”获东北大学优秀硕士毕业论文..入选教育部新世纪优秀人才支持计划..入选辽宁省百千万人才百人层次..东北大学优秀教师..东北大学三八红旗手..“东鞍山露天矿生态包袱研究” 获沈阳市自然科学学术成果一等奖..“本国环境载荷与环境效率研究”获沈阳市自然科学学术成果二等奖..“国家生态压力与生态利用效率研究”获沈阳市自然科学学术成果三等奖..“沈阳市中小学生个人生态足迹分析”获沈阳市自然科学学术成果三等奖..“沈阳市大沈阳经济区构建中的环境压力研究”获沈阳市社科联基金项目成果二等奖..入选辽宁省百千万人才(千人次)..“东鞍山露天矿生态包袱研究”获辽宁省自然科学学术成果一等奖..“本国环境载荷与环境效率研究”获辽宁省自然科学学术成果二等奖..“国家生态压力与生态利用效率研究”获辽宁省自然科学学术成果三等奖..“采矿学课程建设与教学改革实践”获辽宁教学成果一等奖...荣获“2008年度东北大学优秀博士” ..“采矿学国家精品课课程建设与教学改革实践”获东北大学教学成果特等奖..《采矿学》获国家精品课，课程主讲教师、课程建设负责人..“中国环境载荷与环境减压分析”获辽宁省自然科学学术成果一等奖..顾晓薇“环境载荷与环境压强：环境压力指标及应用”获辽宁省自然科学学术成果二等奖..“中国有色行业的生态占用研究”获辽宁省自然科学学术成果三等奖..“本国生态足迹指标的构建及其实证研究”获辽宁省自然科学学术成果三等奖..东北大学青年岗位能手. [1]《采矿学》 (十一五、十二五国家级规划教材) [M].冶金工业出版社，ISBN：978-7-5024-5490-6，，副主编。[2]《可持续发展的环境压力指标及应用》[M].冶金工业出版社，ISBN：7-5024-3848-3，2005.主编。 2014年论文发表[1]Xiao-chuan XU, Xiao-wei GU, Qing WANG, Jian-ping LIU, Jun WANG..Ultimate pit optimization with ecological costs for open pit metal mines[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China中国有色金属学报英文版..（SCI/EI收录）[2]顾晓薇，胥孝川，王青，刘剑平.生产计划优化算法改进[J].东北大学学报（自然科学版），2014，34（10）：（EI收录）.[3]王青，顾晓薇，胥孝川，刘剑平.露天矿整体优化平台及其应用[J].东北大学学报（自然科学版），2014，34（9）：（EI收录）[4]胥孝川，顾晓薇，王青，刘剑平.最终境界优化算法改进[J].东北大学学报（自然科学版），2014，34（8）：（EI收录）[5]王青，顾晓薇，邱景平，孙晓刚。《采矿学》本科专业教材建设改革与实践[J].教育教学论坛，2014，2 (10)：31-33.[6]顾晓薇，邱景平，王青，孙晓刚。采矿工程专业卓越人才培养模式建设与实践[J].教育教学论坛， 2014，4(15)：年论文发表[1]顾晓薇，王青，邱景平，魏德洲。采矿工程专业卓越人才培养模式初探[J].中国科教创新导刊，2013，：[2]顾晓薇，王青，邱景平，魏德洲，王泽红。矿业类高等工程教育卓越人才培养模式改革与实践[J].教育教学论坛，2013,11：ISSN:1674-9324[3]Jun WANG, Qing WANG, Xiao-chuan XU, Xiao-wei on Material Input of Coal Mines Production[C]. (2014) pp 2586-2590, 2014, 838-841: 2586-2590 ISSN：1022-6680（EI收录）[4]顾晓薇，胥孝川，王青，等.露天矿最终境界的经济生态一体化优化研究[J].东北大学学报（自然科学版），2013，34（9）：1347-1351（EI收录）.[5]，， Costs of Open Pit Coal Mining and Their Influence on Ultimate Pit Design[C].WMC's 23rd World Mining Congress & Expo Organizing Committee， Montreal，Quebec，Canada(出版刊物GOSPOD SUROWCAMI MIN)，，8：：0860-0953 (SCI收录)[6]顾晓薇，胥孝川，王青，等.露天煤矿生产计划优化[J].东北大学学报，2013，34（8）：1184-1187.（EI收录）.[7]Xiaochuan XU，Xiaowei GU，Qing Wang，et on Material Input of Raw Coal Production[C].Advanced Materials Research(ICAEES 2013)，Guangzhou，China，，7： ：1022-6680（EI收录）[8]胥孝川，顾晓薇，王青，等.露天煤矿最终境界优化实用算法[J].东北大学学报（自然科学版），2013，34（5）：715-718.（EI收录）.[9]王青，胥孝川，顾晓薇，等.成本价格变化对露天矿最终境界的影响[J].东北大学学报（自然科学版），2013，34（5）：712-722.（EI收录）.[10]顾晓薇，胥孝川，王青，等.矿山开采的生态成本[J].东北大学学报（自然科学版），2013，34（4）：594-597.（EI收录）.[11]WANG qing，Xu Xiaochuan，Gu the model of near-level coal deposit [C].The 2nd International Conference on Applied Materials and Electronics Engineering(AMEE2013) ，Hongkong，China，，4：657-662ISSN:1022-6680（EI收录）[12]WANG qing，Xu Xiaochuan，Gu dynamic- programming based model for phase-mining optimization in open-pit metal mines[C].2013AMEE Workshop on Civil Engineering and Materials Science(CEMS 2013)，Hangzhou，China，，1：.（EI收录）2012年论文发表[1]王青，胥孝川，顾晓薇等.金属矿床露天开采的生态足迹和生态成本[J].资源科学, ISSN：1007－7588，2012，34(11)：1-6[2]顾晓薇，胥孝川，王青等.区域经济发展的碳足迹与碳承载力研究[J].东大学报自然科学版, ：1194-1197.（EI收录）[3]Xiaowei Gu, Qing Wang, Pengfei Wang, Xiaochuan Xu，Xiaoxu Wang; MEASURING THE ENVIRONMENTAL STRESS：INDICATORS AND APPLICATION[J].Advances in Environmental Science and Engineering, ISSN：1022-6680; ： 1561-1570.(EI/ISTP收录)2011年论文发表[1]王青，王凤波，顾晓薇等.区域经济的资源环境载荷和效率[J].东大学报自然科学版.2011,32(10)：1488-1491 （EI收录）[2]Qing REVIEW OF THE EVOLUTION OF MINING ENGINEERING CURRICULUM[M].（采矿工程课程设置演化的回顾与评述）”，22nd World Mining Congress,( 22届世界采矿大会).（SCI收录）[3]Xiaowei Gu, Qing Ecological Costs in Evaluating and Planning a Mining Project: 35th Application of Computers and Operations Research in the Minerals Industry(APCOM 2011), Wollongong, , 2011[C].VIC: The AusIMM, 2011。ISBN：-12，547-555[4]Xiaowei Gu, Fengbo Wang, Qing Wang, Pengfei and Environmental pressure and carrying capacity of regional economies[C]//IEEE MACE Mongolia, 2011： ：-8，： 3392-3396（EI收录）[5]Xiaowei Gu, Pengfei Wang, Qing Wang, et Push-back Sequencing Model for Production Planning in Open-pit Coal Mining [C]// CDMMS , : 219-224 ISBN-13:978-3-03785-236-1,: 219-224(EI/ISTP 收录)[6]Xiaowei Gu, Wang , , et Optimization of Final Pit and Production Schedule in Open-pit Coal Mines [C]// IMEM , 2011，Chongqing： ;ISSN:1022-6680, ： 222-229.( EI/ISTP 收录)[7]魏德洲，王青，顾晓薇等.采矿工程专业创新型人才培养教学体系建设与实践[J].教育教学论坛..[8]魏德洲，王青，任凤玉等.矿业类研究型人才培养教学体系研究与实践[J].教育教学论坛..[9]王凤波, 顾晓薇, 王 青, 胥孝川.沈阳市经济发展的环境压力[J].东北大学学报( 自然科学版),2011，32(9)：1352-1355（EI收录）[10]冯民，顾晓薇，王青等.沈阳市固态垃圾排放的生态足迹与强度[J].东北大学学报( 自然科学版),2011，32（1）:133-144（EI收录）2010年论文发表[1]顾晓薇，王青等.矿区经济系统的生态可持续性动态分析[J].东大学报自然科学版.2010,31(12)：1777-1782 （EI收录）[2]顾晓薇，王青等.露天金属矿境界优化实用算法[J].金属矿山.ISSN1001-1250， （6-9）.[3]Xiaowei Gu, phase-mining optimization in open-pit metal mines[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China中国有色金属学报英文版.（10）： 1974-1980.（SCI\EI收录）[4]王青，顾晓薇等.采矿学课程建设与教学改革研究[J].重庆大学学报..第16卷：71-75.[5]Xiaowei Gu, QingWang, Daozhong Chu, Bin cutoff grade optimization in underground metal mining[J].Journal of Central South University of Technology 中南大学学报英文版.(3)：492-497.（SCI\EI收录）[6]顾晓薇，王青等.贾家堡铁矿露天开采境界优化实践[J].金属矿山.ISSN1001-1250， （28-31）.[7]张波，王青，顾晓薇.中国生态足迹的趋势预测及情景模拟分析[J].东大学报自然科学版ISSN1005-3026, （4）：576-5802009年论文发表[1]顾晓薇，王青，冯民等.沈阳市大气污染物排放的综合环境压力[J].东大学报自然科学版ISSN1005-3026,（6）:885-889.（EI收录）[2]顾晓薇，王青，冯民等.沈阳市生态城市建设中的生态压力[J].生态学杂志ISSN1000-4890,（5）：943-950.[3]冯民，顾晓薇，王青等.沈阳市可持续发展的生态资源占有核算与分析[J].东大学报自然科学版ISSN1005-3026,（2）：291-294..（EI收录）[4]郑友毅，王青，顾晓薇.露天煤矿开采计划的整体动态优化[J].煤炭学报ISSN0253-9993,.（EI收录）[5]初道中，王青.边界品位的动态优化模型及算法[J].金属矿山ISSN1001-1250，[6]初道中，王青.关于边界品位影响因素的探讨[J].黄金ISSN1001-1277，[7]孙晓刚，王青等.用煤矸石制备烧结多孔饰面砖[J].金属矿山ISSN1001-1250 , 年论文发表[1], & dynamic optimization method for determining cutoff grades in underground mines [M].21 world mining congress (),2008,9.地下矿边界品位确定的动态优化方法[M].21届世界采矿大会.(ISTP收录)[2]Xiaowei Gu, QingWang, Youyi Zheng, Shu optimization of final pit limit and production schedule in surface coal mines[M].seventeenth international symposium on mine planning & equipment selection ( ),2008,10.露天煤矿最终境界与开采计划同时优化[M].17届国际采矿计划与设备选型学术大会.(ISTP收录)[3], , et of the componential method for ecological footprint calculation of a Chinese university campus [J].Ecological Indicators,2008,(8): 75～78.（SCI、EI收录）[4]李广军，王青，顾晓薇，刘建兴.生态足迹对比分析与研究—以深圳和苏州为例，东北大学学报（自然科学版），2008，（1） .（EI收录）[5]郑友毅，王青，胡伯，顾晓薇.沈阳市物质投入分析， 东北大学学报（自然科学版），2008，（10） .（EI收录）[6]孙鹏，王青，刘建兴，顾晓薇.沈阳市交通生态足迹的分解效应，东北大学学报（自然科学版），2008，（02） .（EI收录）[7]孙鹏，王青，刘建兴，顾晓薇，李广军.沈阳市交通生态足迹的时间序列分析，资源科学，2008，（06），，[8]王军，刘建兴，张素珸，王青，顾晓薇,李广军.沈阳市皇姑区中小学生家庭生态足迹，生态学杂志，2008,27（4）：657-660[9]张继文，王青.闭合排队网络的扩展求和算法及其应用，煤炭学报，2008，（11），，.（EI收录）[10]初道忠，王青，郑怀昌.边界品位的动态规划优化方法及其应用，中国矿业，2008，（09），Vol117，.[11]刘浩，王青，宋阳，李广军，李连德.基于能值分析的区域循环经济研究—以辽宁省为例，资源科学，2008，（02），，.[12]张继文，王青.考虑阻塞时破碎站的整体运行特性研究，金属矿山，总第384期2008年第6期[13]刘浩，王青，李秀娟，宋阳，李广军.辽宁省生态经济系统能值分析，应用生态学报，2008年3月第19卷第3期[14]刘浩，王青，李广军，宋阳，李连德.辽宁省循环经济发展水平的能值评估，生态学杂志，2008，27（2）：245-249[15]张继文，王青.排队论模型中不同时间概率分布的计算精度问题，煤炭工程，2008年第4期[16]于宏民，王青，俞雪飞，刘建兴.中国钢铁行业的生态足迹，东北大学学报（自然科学版），2008，（06） .（EI收录）[17]李连德，王青，刘浩，宋阳.中国国内一次能源供应多样性计算与分析，东北大学学报（自然科学版），2008，（04） ，.（EI收录）[18]刘建兴，王青，孙鹏，顾晓薇， 李广军.中国1990~2004年生态足迹动态变化效应，东北大学自然科学学报，2008，（1），，.（EI收录）