基于安全度的煤矿生产物流系统资源配置逆优化研究

摘要

有鉴于煤矿生产物流系统所处环境特殊且流程复杂，使得煤炭生产灾害事故频发，煤炭生产行业成为我国伤亡事故最多的行业之一。虽然我国政府和煤炭生产企业连年加大煤矿生产物流系统安全资源的投入，使煤矿百万吨死亡率连年下降，但与发达国家相比差距仍然较大，其中，煤矿生产物流系统安全资源配置失衡是造成上述问题的主要原因。常规的优化方法（正向优化）能够实现资源的优化配置，一定程度上提高了煤矿安全资源配置效率，然而，若完成正向优化后仍不能达到煤炭安全生产的要求，煤矿就必须持续加大安全投入，由此也在不断增加企业负担。因此，如何在不增加安全投入情况下实现安全水平的再升是煤炭生产企业亟待解决的现实问题。本文首先对衡量煤矿生产物流系统的安全指标进行了比较，提出并选取了安全度作为安全衡量指标；其次，本文通过安全度函数拟合了安全资源投入与产出的作用机理，结合约束条件建立了煤矿生产物流系统安全资源配置优化模型，在正向优化模型基础上构建逆优化模型；最后，以 X矿井为例进行实证，验证了本文中构建的逆优化模型的有效性，并根据优化结果提出了具体对策。
　　本研究主要内容包括：⑴提出了煤矿生产物流系统安全度的概念并将其作为安全状态衡量指标。首先，通过分析目前常用的安全状态衡量指标，提出了安全度概念及计算公式；其次，对煤矿生产物流子系统进行分析以筛选关键子系统，其投入作为系统关键安全资源；最后，根据安全度计算公式及煤矿生产物流系统关键安全资源确定了煤矿生产物流系统安全度计算公式。⑵构建并求解了煤矿生产物流系统安全资源配置逆优化模型。本文以煤矿生产物流系统安全度作为目标函数，以各子系统之间的联系与限制作为约束条件，构建了煤矿生产物流系统安全资源配置正向优化模型；在正向资源配置优化模型基础上，采用逆优化思想，利用双层规划方法将其转化为煤矿生产物流系统安全资源配置逆优化模型并对其进行了求解。⑶以某矿业集团 X矿为例进行了实证研究并提出了具体对策。首先，通过对 X矿进行实地调研收集数据，运用安全度函数拟合出目标函数，构建了X矿井安全资源配置优化模型和安全资源配置逆优化模型；其次，对比两模型优化结果，表明逆优化模型能够进一步提高安全资源配置效率；最后，针对 X煤矿优化结果提出了具体对策，以此实现逆优化结果在煤炭生产过程中的应用。⑷研究结果表明：本文建立的煤矿生产物流系统安全资源配置逆优化模型有效解决了原优化模型较难突破上限问题，实现了安全资源配置的二次优化。本文不仅丰富了煤矿生产物流系统安全资源优化的理论体系，为我国煤矿生产物流系统安全资源配置优化提供了新的方法，同时对提高我国煤矿安全生产水平意义重大。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.4 创新点

2 相关理论综述

2.1 煤矿生产物流系统理论综述

2.2 逆优化理论综述

2.3 双层规划理论综述

2.4 拉格朗日乘子法及KKT最优解条件

2.5 本章小结

3 煤矿生产物流系统安全度分析

3.1 煤矿生产物流系统安全度界定

3.2 煤矿生产物流系统关键安全资源识别

3.3 煤矿生产物流系统安全度指标确定

3.4 本章小结

4 基于安全度的煤矿生产物流系统资源配置逆优化模型构建与求解

4.1 基于安全度的煤矿生产物流系统资源配置正向优化模型构建

4.2 煤矿生产物流系统安全资源配置逆优化模型构建

4.3 煤矿生产物流系统安全资源配置逆优化模型转化及算法选择

4.4 本章小结

5 实证分析

5.1 背景介绍

5.2 X矿井安全资源优化配置

5.3 X矿井安全资源配置逆优化

5.4 结果分析及对策

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果