欄水電廠施工石材從優(yōu)預(yù)設(shè)抉擇剖析

　　1. 1砂石料場(chǎng)顎式粉碎機(jī)優(yōu)選的意義

　　砂石料場(chǎng)的規(guī)劃選擇是混凝土壩施工組織懸掛輸送鏈設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，工程造價(jià)在很大程度上取決于骨料成本，而骨料成本又取決于料場(chǎng)選擇及相應(yīng)的加工方案的優(yōu)劣。

　　1. 2砂石料場(chǎng)DJ大傾角皮帶輸送帶優(yōu)選的現(xiàn)狀

　　料場(chǎng)選擇要受到產(chǎn)地位置、自然條件、骨料級(jí)配、儲(chǔ)量、質(zhì)量以及開采、運(yùn)輸條件和加工設(shè)備等諸多因素限制，不銹鋼輸送帶同時(shí)又須滿足工程的骨料數(shù)量、質(zhì)量、級(jí)配及生產(chǎn)強(qiáng)度等要求，并要求成品骨料成本較低。

　　施工中不同工期對(duì)骨料需求量、級(jí)配、質(zhì)量的要求也各不相同，骨料產(chǎn)地實(shí)際開采情況與前期勘測(cè)情況也會(huì)存在差異，需要一個(gè)較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法在施工中修改與調(diào)整料源。基于以上2點(diǎn)，需要一個(gè)適合對(duì)輥破碎機(jī)水電站工程砂石料場(chǎng)優(yōu)選設(shè)計(jì)的方法。

　篩分機(jī)械　1. 3研究方法

　　確定開采量、運(yùn)輸量、棄料量以及骨料開采加工破碎的主要工藝流程后，運(yùn)用系統(tǒng)分析方法對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化選擇，可以在比較廣的范圍內(nèi)尋求較SZZ自定中心振動(dòng)篩優(yōu)的方案，得到多種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)各種制約因素給出定量的分析意見(jiàn)，為方案比較和決策提供豐富信息。

　　2料場(chǎng)優(yōu)選系給料機(jī)統(tǒng)的建立與原始數(shù)據(jù)的采用

　　2. 1料場(chǎng)優(yōu)選系統(tǒng)破碎機(jī)的建立

　　根據(jù)水電三次元振動(dòng)篩工程實(shí)際施工條件，通常情況下料場(chǎng)優(yōu)選系統(tǒng)包括3種類型的料場(chǎng)。

大傾角皮帶機(jī)　　（1）天然砂礫石料場(chǎng)

　　一般工程所在地附近大多有天然砂石料場(chǎng)可以利用。按其產(chǎn)地位置分為陸上料場(chǎng)、河灘料場(chǎng)、河心水下料場(chǎng)3類。天然砂礫石料場(chǎng)在進(jìn)行優(yōu)選時(shí)主要目的是選定具體制砂機(jī)設(shè)備料場(chǎng)并確定其開采量，一般在料場(chǎng)優(yōu)選系統(tǒng)中作為工程的主要備選料場(chǎng)。

　?。?）開挖石碴斗式鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)料的利用

　　水電工程壩基或地下工程開挖時(shí)，常有大量石碴皮帶運(yùn)輸機(jī)要棄置。其中往往有相當(dāng)一部分是質(zhì)量符合要求的新鮮塊石，可用作人工骨料的原料。利用棄碴加工成人工骨料，一般成本較低，還可避免占用大片棄碴場(chǎng)地，因此在料場(chǎng)選擇時(shí)，棄碴應(yīng)作為一個(gè)重要的料源加以研究。

給料設(shè)備　?。?）人工砂石料

　　濕抗壓強(qiáng)度在40 MPa以上的致密塊狀巖石一般均可作為人工骨料的原料。在大中型工程中，如果主要骨料用料點(diǎn)附近無(wú)規(guī)模相當(dāng)?shù)奶烊簧笆蠄?chǎng)時(shí)，應(yīng)考慮人工骨料方案，人工骨料方案在料場(chǎng)優(yōu)選中一般是作為獨(dú)立分系統(tǒng)考慮的。料場(chǎng)優(yōu)選系統(tǒng)建立時(shí)，將人工骨料方案與天然骨料為主的方案作為平行獨(dú)立的2組方案分別予以考慮，最后再加以比較，這樣可以簡(jiǎn)化優(yōu)選模型，同時(shí)也適合設(shè)計(jì)工作的一般程序，可得到幾組方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為決策提供論據(jù)。

　?。?）優(yōu)選系統(tǒng)的擬定

　　按照上述3種料源初步擬定的骨料方案通常在工程實(shí)際中有如下幾種：

　　1）全部骨料用天然骨料；2）全部骨料用天然骨料與石碴混合使用；3）全部用人工骨料；4）大壩用人工骨料，地下工程用石碴人工骨料。

　　2. 2原始數(shù)據(jù)的采用

　　料場(chǎng)優(yōu)選模型中所采用的主要原始數(shù)據(jù)一般應(yīng)包含下列幾組：①混凝土工程量及混凝土(混凝土攪拌運(yùn)輸車的主要部件說(shuō)明)對(duì)粗細(xì)骨料的需求量；②料場(chǎng)的基建費(fèi)及占地賠償費(fèi)；③加工廠的基建費(fèi)及占地賠償費(fèi)；④不同骨料的水泥差價(jià)；⑤各天然料場(chǎng)表土清理費(fèi)及排水費(fèi)用攤銷；⑥骨料篩洗加工費(fèi)及碎石單價(jià)的擬定；⑦破碎設(shè)備及排礦粒度特性曲線；⑧運(yùn)輸方式及運(yùn)輸單價(jià)；⑨骨料加工各工序的損耗系數(shù)；⑩成品骨料的棄料費(fèi)。

　　第①項(xiàng)根據(jù)工程的實(shí)際情況確定，第②，③項(xiàng)計(jì)算出總價(jià)進(jìn)入優(yōu)選系統(tǒng)對(duì)比，第④，⑤，⑥，⑧，⑩項(xiàng)分?jǐn)側(cè)氤善饭橇蠁蝺r(jià)，第⑦，⑨項(xiàng)是擬定工藝流程、計(jì)算骨料單價(jià)的基本數(shù)據(jù)。

　　3骨料加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算

　　3. 1系統(tǒng)處理能力

　　進(jìn)行料場(chǎng)優(yōu)化選擇首先需要計(jì)算砂石加工系統(tǒng)的規(guī)模，系統(tǒng)處理能力按下式計(jì)算。

　　Qh= Qm y×A×< （1-γ） /η1+γ/η2> /MN

　　式中：Q h為砂石加工系統(tǒng)小時(shí)處理能力，t/h；Q m y為混凝土高峰月平均澆筑強(qiáng)度，m3 /月；M為月工作天數(shù)，d/月；N為日工作小時(shí)數(shù)，h/d；A為每立方米混凝土的骨料用量，t/m3；γ為砂率；η1為粗骨料的加工成品率；η2為細(xì)骨料的加工成品率。

　　3. 2主要破碎設(shè)備選擇、排礦特性曲線

　　人工骨料一般的加工工藝中都選用粗碎、中碎、細(xì)碎和制砂四大工序，各級(jí)破碎機(jī)都有最佳開口。

　　級(jí)配的調(diào)整依靠中碎、細(xì)碎等工序中的閉路循環(huán)。

　　破碎設(shè)備可參照國(guó)內(nèi)常用設(shè)備，如顎式、旋回、圓錐破碎機(jī)等，各類型破碎機(jī)排礦特性曲線按粒度特性方程進(jìn)行計(jì)算。

　　Y = AzK式中：Y為篩下物的累計(jì)含量，以小數(shù)計(jì)； z為相對(duì)粒徑， z = d /e； d為篩孔尺寸，mm；e為破碎機(jī)的排料口開度，mm； A， K為粒度特性值，見(jiàn)1.

　　1破碎產(chǎn)品典型粒度特性方程中參數(shù)A和K值巖石可碎性旋回破碎機(jī)顎式破碎機(jī)標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)短頭圓錐破碎機(jī)

　　4料場(chǎng)優(yōu)選數(shù)學(xué)模型

　　按照上述天然料、石碴、人工料3種料源，一般可組合出4種骨料方案，對(duì)應(yīng)的方案計(jì)算情況可用統(tǒng)一的混合整數(shù)數(shù)學(xué)模型表示。

　　4.1目標(biāo)函數(shù)

　　料場(chǎng)優(yōu)選的總目標(biāo)是使開采、運(yùn)輸、加工的總費(fèi)用最低，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

　　min F =∑5 i = 1 s i u i +∑3 h = 1 t hυh +∑3 h = 1 t h′υh′+∑5 i = 1 p i x i +∑3 h = 1∑2 l = 1∑6 k = 3 q 1 Y hlk +∑3 h = 1∑5 j = 1 r hj Z hj +∑3 h = 1 r h′Zh′式中： s i為i號(hào)料場(chǎng)的基建費(fèi)用，模型中擬定5個(gè)料場(chǎng)； u i為表示i料場(chǎng)選與不選的整變量， u i = 1表示選用； ui =0表示不選用； i為料場(chǎng)的編號(hào)，規(guī)劃計(jì)算中包括石碴料場(chǎng)； t h為第h號(hào)加工廠的基建費(fèi)； h為加工廠的編號(hào)，模型中擬定3個(gè)加工廠， h = 1，2，3；υh為第h號(hào)加工廠建造與否的整變量，υh = 0表示不建，υh =1表示建廠； t h′為在h號(hào)加工廠增設(shè)破碎工藝的基建費(fèi)；υh′為h號(hào)加工廠設(shè)有破碎工藝與否的整變量，υh′=1表示設(shè)，υh′=0不設(shè)；目標(biāo)函數(shù)前三大項(xiàng)表示與整變量有關(guān)，從第4大項(xiàng)至第7大項(xiàng)與連續(xù)變量有關(guān)。

　　p i為第i號(hào)料場(chǎng)采、運(yùn)、篩、洗的單價(jià)； x i為第i號(hào)料場(chǎng)開采、篩洗加工量； q l為第l級(jí)破碎機(jī)的運(yùn)行單價(jià)， l代表破碎機(jī)的級(jí)別， l = 1代表粗碎， l = 2代表中碎， l =3代表細(xì)碎， q l為石料通過(guò)l級(jí)碎石機(jī)一次發(fā)生的費(fèi)用； Y hlk為第h號(hào)加工廠，第l級(jí)破碎機(jī)破碎k種粒徑骨料的數(shù)量， k = 3代表中石， k = 4代表大石， k =5代表特大石， k = 6代表超徑石； r hj為從h號(hào)加工廠運(yùn)j種骨料到混凝土系統(tǒng)的運(yùn)輸單價(jià)，模型建立時(shí)考慮各級(jí)骨料的運(yùn)輸單價(jià)采用相同的數(shù)值，故只有r h表示。

　　Z hj為從h號(hào)加工廠運(yùn)出的j種骨料數(shù)量， j代表骨料的粒徑， j =1代表砂， j = 2代表小石， j =3代表中石， j = 4代表大石， j = 5代表特大石； r h′為從h加工廠運(yùn)出棄料的單價(jià)； Z h′為從h加工廠運(yùn)出的棄料量。

　　4.2約束方程

　?。?）料場(chǎng)的開采量應(yīng)小于該料場(chǎng)可能獲得的開采量（即儲(chǔ)量）數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

　　x i≤G i u i式中： G i為i號(hào)料場(chǎng)可能獲得的開采量； u i為i料場(chǎng)是否開采的整變量。

　　當(dāng)x i不為零時(shí)， u i就不能為零，此時(shí)u i = 1，目標(biāo)函數(shù)中就要產(chǎn)生i料場(chǎng)的基建費(fèi)；當(dāng)x i = 0時(shí)，從目標(biāo)函數(shù)的最小化要求出發(fā)u i = 0，此時(shí)無(wú)i料場(chǎng)的基建費(fèi)。

　　通過(guò)這一組約束把u i整變量與i料場(chǎng)的x i開采連續(xù)變量及儲(chǔ)量G i相互連系起來(lái)。

　?。?）各加工廠的骨料生產(chǎn)量大于該加工廠的骨料運(yùn)出量骨料生產(chǎn)量包括開采得到的與加工廠生產(chǎn)得到的骨料，同時(shí)扣除加工損耗，表達(dá)式為：

　　∑i∈h a ij x i +∑6 k = j + 1 b kj Y lk -（1 - b j） Y lj≥Z hj式中： a ij為i料場(chǎng)含j種骨料的百分比，如考慮損耗則選用的a ij值應(yīng)小于料場(chǎng)的勘測(cè)值；∑i∈h a ij x i為屬于h加工廠范圍內(nèi)的所有料場(chǎng)開采得到的j種骨料的總和； b kj為破碎k級(jí)石料獲得j級(jí)骨料的百分比（在計(jì)算中未考慮篩分效率的影響） ， b kj值可由破碎機(jī)的排礦口開度及排礦特性曲線中求得； b jj為破碎j種骨料仍可獲得j種骨料數(shù)量，1 - b jj為破碎j種骨料后， j種骨料減少的百分比； Y lj為l級(jí)碎石機(jī)破碎j級(jí)骨料的數(shù)量； Z hj為h加工廠運(yùn)出j種骨料的數(shù)量。

　?。?）各碎石加工廠破碎超徑石的數(shù)量小于該加工廠所能得到的最大值Y hl6≤∑i∈h a i6 x i式中： a i6為i料場(chǎng)含超徑石的百分比； Y h16為h加工廠粗碎機(jī)破超徑石的數(shù)量。

　?。?）各加工廠運(yùn)出骨料之和應(yīng)大于工程對(duì)該級(jí)骨料的需要量∑3 h = 1 Z hj≥D j式中：D j為工程對(duì)j種骨料的總需要量； Z hj為h加工廠運(yùn)出的j種骨料量，在本處需計(jì)算3座加工廠運(yùn)出j種骨料之總和。

　?。?）第h加工廠篩洗量應(yīng)小于屬于該加工廠范圍內(nèi)各料場(chǎng)貯量之和∑i∈h x i≤C hυh式中： C h為h加工廠范圍內(nèi)各料場(chǎng)的總貯量，與約束（ i）相似，當(dāng)采量也就是篩洗量x i不為零時(shí)，υh就不能是零，這時(shí)υh = 1，在目標(biāo)函數(shù)中就會(huì)出現(xiàn)加工廠的基建費(fèi)；當(dāng)∑i∈h x i =0時(shí)，表示該加工廠無(wú)篩洗量，故也就不需要設(shè)置加工廠，υh = 0，目標(biāo)函數(shù)中無(wú)加工廠基建費(fèi)。

　?。?）第h加工廠的破碎量的界限∑K Y hlk≥C h′υh′式中： C h′為h加工廠范圍內(nèi)各料場(chǎng)的礫石總量乘以1.2～1.5求得，因?yàn)橐话闫扑楣に嚦ＴO(shè)計(jì)成閉路，破碎機(jī)實(shí)際通過(guò)的礫石量有可能大于礫石總量； Yhlk為h加工廠各級(jí)破碎量之總和，當(dāng)Y hlk = 0時(shí)，υh′亦應(yīng)為零，當(dāng)Y hlk≠0時(shí)，υh′= 1則在目標(biāo)中出現(xiàn)破碎工藝的基建費(fèi)。

　?。?）第h加工廠廢棄料數(shù)量應(yīng)等于獲得量與運(yùn)出量之差∑5 j = 1∑i a ij x ih +∑5 j = 1∑6 k = j + 1 b kj Y lk -∑6 j = 3（1 - b jj） Y lj -∑5 j = 1 Z hj = Z h′式中：∑5 j = 1∑i a ij x ih為在天然料場(chǎng)中開采到的各級(jí)骨料之總和；∑5 j = 1∑6 k = j + 1 b kj Y lk為在加工廠中破碎各級(jí)骨料后得到的從小石到特大石的總和；∑6 j = 3（1 - b jj） Y lj為破碎各級(jí)骨料的總耗用量；∑5 j = 1 Z hj為h加工廠的總運(yùn)出量； Z h′為h加工廠的棄料量。

　?。?）規(guī)劃總費(fèi)用的限界這一約束是由分枝限界法本身提出來(lái)的附加約束。有了它可以縮小尋優(yōu)的范圍，加快尋優(yōu)的速度。

　　其表達(dá)式如下：

　　∑i s i u i +∑h t hυh +∑h t h′υh′+∑h∑l∑k q l Y hlk +∑h∑j r hj Z hj +∑h r h′Z h′≥F′

　　式中： F′為目標(biāo)的限界，其它各項(xiàng)與目標(biāo)函數(shù)的各項(xiàng)相同，在計(jì)算開始時(shí)估計(jì)一個(gè)可能的目標(biāo)值F 1′作為起始限界，隨著迭代尋優(yōu)計(jì)算，用得到的比F 1′為優(yōu)的解值替代已陳舊的限界，從而縮小尋優(yōu)范圍，凡是超過(guò)目標(biāo)限界F I′的均認(rèn)為不可行。

　　F I′即為第I次所得到的最優(yōu)解，直到尋優(yōu)完畢，如果再?zèng)]有比FI′更好的解存在， F I′即為最優(yōu)解。

　　上述模型中各方程式均為線性的，變量中有整變量也有連續(xù)變量，故模型為一混合整數(shù)規(guī)劃模型。

　　4.3增廣矩陣

　　A的編制為了使整個(gè)模型表達(dá)清楚，通常把目標(biāo)函數(shù)及約束方程中諸變量的系數(shù)及常數(shù)項(xiàng)排列成一個(gè)增廣矩陣，簡(jiǎn)稱A矩陣。

　　A矩陣以變量的順序?yàn)榱行颍约s束方程的順序?yàn)樾行?，整變量排在列序的前面，目?biāo)限界約束排在所有行的最后，設(shè)有n個(gè)變量，則n +1列填計(jì)算符， n +2列填約束方程的常數(shù)項(xiàng)。設(shè)有m個(gè)約束方程， m + 1行為目標(biāo)函數(shù)行， A矩陣的總?cè)萘繛椋╩ +1） （N +2）個(gè)。

　　4.4數(shù)學(xué)模型解算方法

　　數(shù)學(xué)模型建立后，需要選用一個(gè)合適的解算方法。分枝限界法是利用計(jì)算機(jī)解整數(shù)規(guī)劃及混合整數(shù)規(guī)劃的常用方法。其基本步驟包括松弛、分枝、隱去。所謂松弛即先不考慮整變量的整數(shù)約束，使原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線性規(guī)劃問(wèn)題求解。當(dāng)松弛以后問(wèn)題的解不滿足整數(shù)約束時(shí)，則在已取得的最優(yōu)解附近取整，產(chǎn)生分枝，進(jìn)行尋優(yōu)的搜索。理論上應(yīng)將所有整變量可能取值的分枝搜索遍才可得到問(wèn)題的最優(yōu)解，但在實(shí)際問(wèn)題中由于整變量的個(gè)數(shù)很多，取值的范圍又廣，分枝數(shù)目往往很大，就是利用計(jì)算機(jī)也難以逐個(gè)枚舉。故必須建立隱去（剪枝）的法則，當(dāng)某一分枝的松弛問(wèn)題無(wú)解時(shí)，則可隱去該分枝以下的所有分枝，是第1個(gè)隱支法則。某分枝不可行時(shí)，隱去其外側(cè)的所有分枝是第2個(gè)隱去法則。采用隱去法可大大縮減分枝的數(shù)目，縮小尋優(yōu)搜索的范圍，加快尋優(yōu)計(jì)算的速度。

　　5總結(jié)

　　用系統(tǒng)分析方法對(duì)砂石料場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)選研究，可得到較好的結(jié)果，并提高了規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量與速度，可在比較廣的范圍內(nèi)尋求較優(yōu)的方案，得到多種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

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