1、问题的提出
目前，采矿工业比较发达的国家露天矿开采的比重约占80%以上，在露天矿的设备投资中，运输设备投资几乎占50%，有的矿山高达2/3，运输成本占总成本的比值高达50%左右。
随着露天矿开采深度的增加，传统的铁路运输和汽车运输因运距的增大和采场内提升定线困难，运输效率显著下降，完成相同运量所需用的设备数量大大增加，运输成本也因之明显提高。间断一连续工艺系统以胶带运输取代传统的轮式运输的提升功能，有力地消除了露天矿采深和运距增大在经济上的不利影响。
深凹露天矿采用间断连续运输工艺，有60%～70%的矿岩是用间断连续工艺输送到地表的，这样汽车运输量大大减少，可使汽车道路等级降低，汽车道路基建费用、维护费用等大大减少。实践表明，在深凹露天矿应用间断一连续工艺系统和传统的间断工艺相比，运输成本可降低30%，电耗降低25%，劳动生产率提高50%。由于它具有令人瞩目的经济效果，在深凹露天矿扩大间断一连续工艺系统应用的势头正方兴未艾。在我国，大孤山铁矿、东鞍山铁矿、石人沟铁矿和南芬铁矿己应用了这种工艺系统。
早期的间断一连续工艺系统普遍应用固定式转载站。固定式转载站的
破碎机安装在集运水平以下的地下峒室内，开挖峒室、构筑基础等建安工程量大、施工期长，特别是随着矿山工程的延深，工作面距集运水平越来越远，汽车运距增大而降低了经济上的优势。
破碎机站是实现间断一连续工艺的枢纽。为保持间断一连续工艺的技术经济优势，当矿岩的集运距离增大到某种程度后，把原来的破碎机站移到新址，缩短矿岩集运距离，从而产生了半固定破碎转载站。
半固定式破碎转载站每次搬迁的垂直距离称为破碎站的移设步距。移设步距是根据汽车运输成本、胶带运输机运输成本以及摊销到单位矿岩上的移设破碎转载站的费用之和最小的原则来确定的。
移设步距视矿山的具体条件不同而变化，一般取60～90m。国内外许多专家曾对此进行了研究，并给出了各自的求解公式。由于这些公式对矿山的具体条件缺乏考虑，因此，如果仅凭一两个公式计算出来的最优移设步距，在实际生产中都很难实现其最优效果。我们对这个问题进行了新的研究。
2、技术路线
确定间断一连续工艺破碎机转载站合理移设步距，在理论上可抽象为物料集运点优化问题，很多人很容易直接联想到采用求重心的方法，认为物料重心即是集运最佳位置。这种方法在运输线路为直线的情况下是有效的，而且能简便地确定出集运点的准确位置，然而露天矿运输线路是不规则的曲线，它随露天矿开采台阶坡线而弯曲，这样使得物料各集散点较原来集散点在方向和距离上都有不同程度的偏移，所以理论重心不再是实际重心。又因为线路是不规则的，所以实际重心也无法直接求得，因此重心法不适用。
本文运用计算机模拟技术和系统工程优化理论，对矿山运输系统进行整体的模拟，优化破碎机转载站的移设周期和移设步距。
技术路线是：根据进度计划所确定的各年度矿岩采剥量、集散点位置的的基础上，构建各年度运输系统网络模型，利用图论最短路算法求取矿山运输最小折合运输功（折合成同种运输设备，如汽车的运输功），来模拟破碎站在各年度不移设和移设到各台阶水平的方案，使个方案处于最佳状态；利用经济模型计算各移设方案较同年度不移设方案的经济赢利，以赢利最多为原则；根据采场空间位置准备的实际情况，优选出最佳方案；再对选定方案进行详细设计，输出工程图纸和设计报表。
3、破碎机转载站移设步距优化模拟
3.1矿山运输系统网络模型
本研究采用了系统工程网络分析法，首先必须建立矿山运输系统网络模型，对矿山运输系统网络自动拓扑。
由于矿山运输路线是无向的，所以网络图采用无向图的模式。
网络图由若干顶点和边组成，顶点用“标号”来区分，边的属性用“权”来表示。我们把矿岩集散点、斜坡道中点、转载站看作图的顶点，连接所有能沟通线路的顶点，用运距或折合运距给权赋值。该网络图是建立在矿山特定空间环境上的，为了给三维可视设计组织空间数据，因此我们在建立网络拓扑关系时，还要反映矿山不同时期台阶空间位置发展的情况。网络顶点位置需要采用矿山真实坐标，首先提取矿山采掘进度计划每年度年末图的数据，再对矿山空间进行空间信息分布处理、几何分析、空间定位／转换，实现矿山空间数据特征描述、空间比较，最终完成复杂的矿山高维数理动态解析建模过程。
3.2矿山运输系统经济模型
经济模型是考虑破碎机转载站移设的基础条件，在此模型中主要考虑以下几个内容：
(l)移站设备投资折旧：破碎机、胶带机投资折旧；
(2)移设费、建安工程费；
(3)由于使用胶带机，减少汽车数量节约投资；
(4)汽车和胶带机运费；
(5)由于原方案和移设方案矿岩都要经过原站，因此经济模型内容只比较到原站位置，以后运营费认为相等，破碎费也不参加比较�？笊皆耸浣鲇米钚≡耸涔醋魑勘旰遣缓鲜实摹Ｔ耸涔ψ钚�，并不意味着运营费最小，因此，我们把所有运输设备都折合成同种设备（如汽车），考虑一个设备折合系数，这时的运输功称作折合运输功。
3.4 系统模拟
解算系统的最小折合运输功，可以采用最短路法。在运筹学中，解算最短路的方法很多，常用的有线性规划、动态规划和图论网络分析法。
动态规划求最短路是采用多阶段进行决策，由终点逐阶段向始点方向寻找，它首先必须把系统划分为若干阶段，前后阶段是不可逆的过程。由于矿山运输网络中，顶点与顶点间的无向性，决定了不能划分阶段，因此不采用动态规划法。线性规划是解决最短路的通用方法，但结算过程变量太多，通过一次次迭代，最后求出最短路，算法复杂费时。
我们采用图论中无向图最短路Dij kstra法求解，该方法不仅能求出网络的最短路，同时可以采用反向追踪法，求出各矿岩集散点的运输路径，从而可以为我们的系统模拟提供最佳算法。
整个最短路求解过程构成了系统模拟的主过程，可以模拟出矿山运输系统各种移设方案的全过程，并计算出各方案的赢利指标。
3.5系统模拟三维可视化
系统模拟三维可视化是建立一个三维的、动态的、可视化的景观，来代替二维图形。它需要构建一个集成化的数据库，重点解决数据库的逻辑关系，这个数据库能管理矢量数据、数字高程模型。建造多种层次、细节丰富的三维虚拟矿山模型，可以选择任一角度，观看每个方案任一范围内的场景，形象直观地展现本系统各中方案的外观、结构和功能。
3.6选取合理方案
根据模拟出的各移设方案赢利指标，以赢利最大为原则，考虑矿山该年度该台阶能否准备出设站空间的情况，优选出一个最合理的移设方案，确定在哪一年度、哪个水平进行移设。这时，移设步距等于原破碎站所处水平标高减去选取方案台阶水平标高。
3.7设计最终方案
根据选定方案的年度和移设步距，在该年度的计划图上相应台阶选择合理位置。由于破碎机站及胶带机运输线路都设在靠帮非工作帮上，因此需要调整进度计划，为新站址和布置胶带机运输线路准备空间。
重新构造该方案的运输网络拓扑模型，计算方案经济指标，最后进行技术经济评价，完成整个系统优化。
4、结论
间断一连续工艺系统，在我国金属露天矿中的应用还处在发展完善时期，效果并不十分理想。现在研究该系统中处于枢纽地位的破碎机转载站移设优化问题，采用现代技术手段，探索其内在联系及其规律，不仅具有典型和普遍的理论价值，而且在实际生产活动中有着很高的经济意义。
本文成果应用于大孤山铁矿东西端井二期工程，取得良好的效果。
相关矿山机械设备：
1、
圆锥破碎机
2、
雷蒙磨粉机
3、
颚式破碎机
