Đối Với Nhóm Các Phương Pháp, Thuật Toán Trong Nước Sử Dụng Để Tính Toán

- Ước lượng số ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ trong các kế hoạch khai thác ngắn hạn và dài hạn;

- Ước lượng và so sánh năng suất khi sử dụng phương pháp vận tải khác nhau để lựa chọn dung tích gàu xúc hợp lý và tối ưu hóa công tác xúc bốc;

- Phân tích độ nhạy trong tiêu chuẩn thiết kế đường để đánh giá tầm quan trọng của công tác bảo dưỡng tuyến đường;

- Ước lượng tiêu hao nhiên liệu;

- Xác định chi phí và giá trị của hợp đồng vận chuyển (sử dụng phương pháp chiết khấu dòng tiền);

- Tối ưu hóa số lượng ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ để xác định số lượng ôtô dư thừa hoặc còn thiếu cho mỏ;

- Phân tích sự thay đổi chiều dài tuyến đường, có thể tự động mô phỏng cho một số biến. Ví dụ, khi cung độ vận tải thay đổi, ôtô thay đổi, máy xúc thay đổi,…;

- Tối ưu hóa dung tích gàu xúc, năng suất của máy xúc, ôtô và số lượng thiết bị;

- So sánh kết quả tính toán để kiểm tra mối quan hệ giữa các biến trong việc tính toán như các cự ly vận chuyển so với năng suất, cự ly vận chuyển so với số lượng ôtô phục vụ cho mỏ.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 217 trang tài liệu này.

Hình 2.14 minh họa cấu trúc dữ liệu của phần mềm TALPAC bao gồm 5 thành phần chính: loại vật liệu, số ca làm việc và số giờ làm việc trong 1 ca, loại máy xúc, loại ôtô, chu kỳ vận tải. Việc thay đổi một hoặc nhiều thành phần trong số năm thành phần này sẽ tạo ra các tổ hợp đồng bộ thiết bị và kết quả tính toán khác nhau. Về cơ bản, các thuật toán sử dụng trong tính toán của phần mềm TALPAC đều dựa trên cách tính toán số lượng ôtô, máy xúc phục vụ cho mỏ của các nhà khoa học Liên Xô (cũ) và được thực hiện bởi các phép lặp khi thay đổi các biến thành phần để tính toán và cho các giá trị khác nhau trong từng trường hợp cụ thể.

Ngoài hai phần mềm trên còn một số chương trình được phát triển phục vụ công tác tính toán vận tải và xúc bốc trên các mỏ lộ thiên như phần mềm tính toán công tác vận tải trên mỏ dựa trên sự phối hợp của các thiết bị xúc bốc [52], phần mềm điều khiển các thiết bị vận tải trên mỏ sử dụng trên IBM-PC [53],… cũng đã đóng góp vào nhóm các phương pháp tính toán dựa trên các phần mềm có sẵn nhằm

giảm bớt khối lượng tính toán trong quá trình tính toán các khâu xúc bốc, vận tải và lựa chọn thiết bị cho mỏ.

Hình 2.14. Cấu trúc dữ liệu của TALPAC [51]

Hình 2.15. Giao diện phần mềm TALPAC [51]

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Từ các phân tích dựa trên cơ sở khoa học của một số thuật toán trong nước và quốc tế có thể áp dụng để tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô, NCS rút ra các kết luận sau:

2.3.1. Đối với nhóm các phương pháp, thuật toán trong nước sử dụng để tính toán sự phối hợp giữa máy xúc – ôtô:

a. Bài toán cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ lộ thiên: các tác giả đã đưa ra được mô hình bài toán phục vụ đám đông chờ, đánh giá được các trạng thái hoạt động của thiết bị và tối ưu hóa số lượng ôtô phục vụ cho một máy xúc có tính tới yếu tố hiệu quả về mặt kinh tế. Tuy nhiên, bài toán mới chỉ dừng lại ở việc phân tích theo chu trình vận tải kín mà chưa phân tích cho trường hợp vận tải hở. Ngoài ra, trình tự lựa chọn ĐBTB và cách chọn ĐBTB tối ưu cũng chưa được tác giả đề cập và tính toán. Nếu như bài toán đưa được ra trình tự lựa chọn thiết bị, kết hợp với các yếu tố thực tế như: sự thay đổi cung độ vận tải, chu trình vận tải hở hay kín và các yếu tố ảnh hưởng khác thì kết quả nghiên cứu sẽ toàn diện hơn.

b. Bài toán xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trên các mỏ lộ thiên có tính tới độ tin cậy: các tác giả đã đề cập tới cách tính toán số lượng ôtô và máy xúc có kể tới yếu tố hỏng hóc, thay thế và sửa chữa. Tuy nhiên, các thông số cụ thể liên quan tới bài toán chưa được giải thích một cách rõ ràng, các tính toán trong bài toán này mới chỉ bổ sung thêm vào phương pháp xác định máy xúc - ôtô phục vụ cho mỏ bằng cách tính toán số lượng thiết bị có kể tới yếu tố rủi ro, hỏng hóc và sửa chữa. Bài toán chưa đưa ra được cách tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ thiên.

c. Xác định số ôtô phục vụ cho một máy xúc trong các mỏ lộ thiên: các tác giả đã đưa ra cách xác định số lượng ôtô cần thiết phục vụ cho một máy xúc có tính tới thời gian chu kỳ vận tải của một chuyến xe (thời gian xe chạy có tải và thời gian xe chạy không tải), thời gian nhận tải với sự ảnh hưởng của các yếu tố như trọng lượng riêng của loại vật liệu, các hệ số ảnh hưởng tới công tác xúc bốc, các hệ số ảnh

hưởng bởi tải trọng và dung tích thùng xe,… Nghiên cứu này cũng là một trong những cơ sở khoa học để NCS sử dụng và phát triển nhằm tối ưu hóa sự phối hợp máy xúc - ôtô trong luận án này.

d. Xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên dựa trên dung tích gầu máy xúc, tải trọng ôtô và quãng đường vận chuyển: phương pháp này được xác định chủ yếu dựa trên các kinh nghiệm thực tế của các mỏ lộ thiên trên thế giới có tính tới sự ảnh hưởng của dung tích gàu xúc, tải trọng của ôtô và cung độ vận tải. Từ kinh nghiệm thực tế xác định số gàu cần thiết xúc đầy ôtô theo cung độ vận tải, cho phép lựa chọn ôtô và máy xúc một cách hợp lý có tính tới cung độ vận tải và các hệ số khác. Tuy nhiên, với mỗi cung độ vận tải khác nhau thì loại ôtô, số lượng ôtô cũng như dung tích gàu xúc sẽ thay đổi. Điều này sẽ gây khó khăn trong việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô trong khi thực tế trên mỏ có nhiều tuyến đường vận tải khác nhau với cung độ vận tải khác nhau. Nghiên cứu này cũng là một trong các cơ sở khoa học để NCS sử dụng và phát triển trong luận án này.

2.3.2. Đối với thuật toán xếp hàng:

a. Mô hình LP đơn giản: mới chỉ xem xét đến thời gian di chuyển của ôtô, thời gian dỡ tải, thời gian quay trở về và thời gian chất tải bằng cách giả định rằng tất cả các ôtô đều cùng loại. Với giả thiết này, thời gian di chuyển của các loại ôtô là như nhau và việc phân phối tại mỗi khu vực chất tải cũng cũng mất khoảng thời gian như nhau cho tất cả các loại ôtô. Mô hình LP này không tính đến điều kiện xúc bốc và các loại ôtô khác nhau. Sự khác biệt này sẽ ảnh hưởng đến thời gian di chuyển khác nhau đối với các loại ôtô khác nhau và thời gian chất tải khác nhau tại cùng một khu vực chất tải mặc dù trên cùng một cung độ vận tải. Giả thiết đồng nhất các loại ôtô và các khu vực chất tải là không phù hợp với thực tế hoạt động của mỏ do trên mỏ thường sử dụng nhiều loại ôtô với nhiều sơ đồ xúc bốc khác nhau, cung độ vận tải thường xuyên thay đổi.

Mô hình LP đơn giản này giúp hạn chế số lượng ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ bằng cách xác định rõ số ôtô cần thiết ở mức tối thiểu cho từng hoạt động và từng điểm làm việc, cân bằng về tốc độ giữa các xe ôtô đi vào và đi ra từ tất cả các nút.

Với sự đơn giản hoá này, mô hình LP cho thấy nó thiếu tính thực tế, không thể sử dụng để lựa chọn một cách hiệu quả số lượng ôtô cần thiết cho hoạt động mỏ trên thực tế.

Mô hình LP cần được mở rộng và tính toán thêm các đặc tính quan trọng chi phối hoạt động trên mỏ lộ thiên như: sự khác nhau về chủng loại, kích thước, tải trọng của xe, năng lực vận tải của từng loại xe ôtô,…

b. Mô hình LP mở rộng: cho phép tìm ra số lượng ôtô tối thiểu cần thiết nằm trong giới hạn số lượng ôtô thực tế có sẵn phục vụ cho mỏ đáp ứng được năng suất làm việc của thiết bị.

Tuy nhiên, mô hình LP mở rộng này chỉ cố gắng tăng tối đa tốc độ dòng (t/h) với số lượng tối thiểu ôtô mà chưa xét đến giá trị kinh tế của hoạt động, ví dụ như lợi nhuận và chi phí cho việc vận chuyển nguyên vật liệu. Ngoài ra, mô hình LP mở rộng chỉ xét đến quy trình tổng quát của một mỏ mà chưa xét tới các yếu tố hoạt động cụ thể sản xuất khác và các thay đổi có thể có trong quá trình sản xuất.

Mô hình LP mở rộng này lấy giá trị trung bình của khâu chất tải và thời gian di chuyển của ôtô để đưa vào mô hình LP. Do đó việc sử dụng giá trị trung bình trong LP là hiệu quả và có thể chấp nhận được khi giải quyết nhiều bài toán về tối ưu khi mà yêu cầu đặt ra tuân theo đúng lý thuyết giả định. Độ không chắc chắn về thời gian ôtô di chuyển, thời gian dỡ tải, thời gian xe quay lại (không tải) và thời gian cần để chất tải hiển nhiên xảy ra trong suốt quá trình hoạt động thực tế trên các mỏ khai thác lộ thiên.

2.3.3. Đối với thuật toán Monte Carlo

Thuật toán này đã ra đời từ rất lâu và được ứng dụng rất nhiều trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ưu điểm của thuật toán Monte Carlo trong việc tính toán ĐBTB cho các mỏ lộ thiên bao gồm:

- Đưa ra 1 giá trị lớn của mẫu ngẫu nhiên do vậy trung bình các mẫu sẽ tới gần đến giá trị tiêu chuẩn.

- Tính toán thời gian chu kỳ vận tải, cho phép phân tích các giải pháp thay đổi tuyến vận tải;

- Ước tính số lượng ôtô với các thiết bị chất tải bất kỳ nên thuận tiện dùng để lập kế hoạch ngắn hạn;

- Lựa chọn các thiết bị có kích thước phù hợp nhất;

- Tối ưu số lượng xe cần thiết phục vụ cho mỏ.

Với các ưu điểm và khả năng ứng dụng của thuật toán Monte Carlo đã phân tích ở trên, có thể thấy rằng: thuật toán Monte Carlo có thể ứng dụng để tính toán lựa chọn ĐBTB trên mỏ lộ thiên và tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc - ôtô trên mỏ lộ thiên trong một số điều kiện cụ thể.

Ngoài ra còn có các thuật toán nghiên cứu về khả năng áp dụng và tính toán đồng bộ máy xúc và ôtô cho các mỏ lộ thiên, tuy nghiên các nghiên cứu này hiện vẫn chưa áp dụng được trong điều kiện cụ thể tại Việt Nam.

2.3.4. Đối với nhóm các phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các hoạt động của thiết bị trong đồng bộ

Nhóm này chủ yếu sử dụng các phương pháp quy hoạch tuyến tính và phương pháp mô phỏng để tính toán số lượng máy xúc và ôtô phục vụ cho mỏ, số ôtô phục vụ cho một máy xúc để từ đó mô phỏng quá trình phối hợp giữa máy xúc và ôtô. Ứng dụng quy hoạch tuyến tính trong việc lựa chọn thiết bị khai thác mỏ lộ thiên chủ yếu giải quyết vấn đề ấn định các thiết bị vận tải tới các vị trí xúc bốc trên mỏ, phương pháp này cho phép trả lời câu hỏi vị trí của các máy xúc nên ở đâu và cần có bao nhiêu ôtô phục vụ cho các máy xúc này để đảm bảo cho đồng bộ hoạt động hiệu quả và năng suất. Quá trình mô phỏng được thực hiện sau khi ứng dụng quy hoạch tuyến tính vào lựa chọn đồng bộ thiết bị nhằm trực quan hơn công tác phối hợp giữa máy xúc và ôtô để xác định hiệu quả làm việc của chúng. Các phương pháp quy hoạch tuyến tính và mô phỏng cũng là những phương pháp nền tảng mang tính định hướng cho các nghiên cứu sau này của các nhà khoa học trên thế giới về vấn đề tối ưu hóa sự phối hợp máy xúc - ôtô.

2.3.5. Đối với nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo

Các nghiên cứu theo thuật toán di truyền và các phương pháp chuyên gia là những thuật toán logic dựa trên các thông số của mỏ, các đặc tính của vật liệu và

các điều kiện hoạt động của thiết bị để xác định đồng bộ thiết bị cho mỏ. Tuy nhiên các phương pháp này chỉ xác định cho số lượng thiết bị hữu hạn nếu không có sự hỗ trợ của công nghệ thông tin do khối lượng tính toán lớn. Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin thì nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo đã tiến rất xa với rất nhiều các nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng nơron nhân tạo để dự báo cũng như xác định các ảnh hưởng của sóng chấn động sinh ra do nổ mìn, đất đá bay, kiểm soát ô nhiễm môi trường, dự báo sự ổn định bờ mỏ, tối ưu hóa thiết kế mỏ lộ thiên, lập lịch kế hoạch khai thác cho mỏ,… Tuy nhiên các nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng nơron nhân tạo trong lựa chọn và tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô vẫn còn sơ sài và hầu như chưa được đề cập tới.

2.3.6. Đối với nhóm các phương pháp nghiên cứu của các nhà khoa học mỏ Liên Xô cũ

Việc xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trên mỏ lộ thiên chủ yếu sử dụng mối quan hệ giữa dung tích gàu xúc, dung tích thùng xe và tải trọng của ôtô, có kể đến các hệ số sử dụng dung tích gầu xúc và hệ số sử dụng tải trọng ôtô và hệ số sử dụng dung tích thùng xe. Ngoài ra, một số tác giả khác khi đề cập tới mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô cũng đã có tính đến các yếu tố khác như cung độ vận tải, số gầu xúc đầy ôtô,… Tuy nhiên, các tính toán trên mới chỉ mang tính định hướng cho việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô và chỉ có thể áp dụng cho những phương án đồng bộ mà số lượng máy xúc, ôtô sử dụng là hạn chế.

2.3.7. Đối với nhóm các phương pháp nghiên cứu dựa trên các chương trình phần mềm tính toán có sẵn

Các phần mềm như TALPAC hay chương trình FPC bước đầu cũng đã đưa ra được công cụ để tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô. Tuy nhiên các phần mềm và chương trình này đều có những nhược điểm riêng và hầu hết đều chưa đưa ra được phương pháp xác định tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trong các trường hợp mỏ có nhiều thiết bị có sẵn hoặc chọn mới hoàn toàn các thiết bị cho mỏ. Chương trình FPC chỉ dừng lại ở việc tính toán cụ thể cho một đồng bộ máy xúc - ôtô với một cung độ vận tải nhất định. Chương trình không thể tính toán cho nhiều loại ôtô và

máy xúc khác nhau cũng như nhiều tuyến đường vận tải với năng lực vận tải khác nhau. Hơn nữa, chương trình FPC không linh hoạt trong quá trình tính toán khả năng sẵn sàng của thiết bị mà đưa khả năng sẵn sàng của tất cả các thiết bị về giá trị theo khả năng sẵn sàng của cả đồng bộ thiết bị. Tiên tiến hơn chương trình FPC, phần mềm TALPAC có những ưu điểm vượt trội hơn FPC nhưng vẫn chỉ dừng lại ở việc áp dụng các công thức và phương pháp tính toán số máy xúc, ôtô cho mỏ mà chưa tối ưu hóa được hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô, đặc biệt là trong những trường hợp cần phải thay thế, bổ sung thiết bị khi mỏ có nhiều chủng loại thiết bị khác nhau đang hoạt động hoặc thay mới hoàn toàn đồng bộ máy xúc - ôtô khi thị trường các thiết bị máy xúc và ôtô trên thế giới ngày càng phong phú.