复杂优化（精选8篇）
复杂优化 篇1
1 概况
平煤股份八矿位于平顶山市区东部, 设计生产能力为300万吨/年, 井田东西走向长度12.5km, 南北倾斜宽3.36km, 井田面积41.42km2。矿井于1966年12月破土动工, 1981年2月投产, 井田工业储量为38839.9万吨, 可采储量为26197.53万吨, 矿井可采煤层共有三组四层, 丁5.6煤层、戊9.10煤层、己15煤层和己16.17煤层。
八矿丁一风井采用抽出式通风方法, 担负丁一采区、戊一采区和己一采区通风任务。丁一采区位于矿井东部, 先开采丁一深部采区, 按矿井丁一采区深部开采计划, 丁一深部采区共计储量约1471万吨, 可采储量约900万吨, 丁一四条下山需不断向下延伸, 丁一现在一条下山达2400米, 随着丁一采区井田边界继续向北延伸, 通风阻力将越来越大。预计丁一采区深部开采共向下延伸11个区段, 由进风到回风通风路线达10000米以上, 巷道设计通风断面较小, 而二水平戊一采区通风路线为5000米以下, 设计四条上山, 通风断面大, 两个采区阻力不平衡, 丁一风井主扇运行极不经济。
2 丁一采区通风系统存在问题
(1) 丁一采区无专用回风上山。
(2) 丁一风井通风网络结构、阻力分布不合理。
(3) 丁一采区现有风量不能解决丁一地温高的问题。
(4) 丁一采区煤层瓦斯含量大, 有突出危险。
(5) 丁一采区巷道失修地点多、失修严重。
(6) 丁一风井限制二水平采区的开采。
3 丁一风井通风系统优化必要性
根据平煤股份八矿生产部署及将来生产计划, 丁一采区及二水平戊一、己一采区计划深部延伸, 需风量不断增加, 仅仅依靠现在的丁一风井供风, 难以满足矿井的生产需要, 丁一采区向深部开发, 矿井生产布局正在由一水平向二水平过渡, 但由于各种原因, 采掘布置、通风巷道断面已无法满足现在高产高效矿井的需要, 严重制约着八矿的生产。
我矿丁一风井目前风量为9880m3/min, 一水平和二水平存在严重的争风问题, 既限制了二水平的开发速度, 又给一水平丁一采区的深部开采造成困难, 严重制约着八矿的安全生产, 随着丁一采区深部开发, 二水平戊一和己一采区采面投产, 需风量将大幅增加, 因此对丁一采区通风系统优化改造迫在眉睫。
4 十二五规划中未来五年不同时期矿井计划需风量
丁一风井各采区预计需风量:
4.1 丁一采区三条下山目前还未施工到位, 需要加快施工进度, 尽快形成完善的系统。
(1) 2011年~2012年, 丁一采区正常生产布置1个综采面, 1个掘进工作面, 5个峒室, 同时四条下山、片盘需施工到位, 需布置3个开拓工作面, 总需风量4752m3/min。
(2) 2012年~2013年, 丁一采区正常生产布置1个综采面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 同时下延三条下山、片盘, 需布置2个开拓工作面, 总需风量4512m3/min。
(3) 2013年后, 丁一采区正常生产需布置1个综采面, 3个掘进工作面, 5个峒室, 总需风量4200m3/min。
4.2 二水平戊一采区预计需风量:
戊一采区目前正在施工戊9.10-21030采面的机风巷, 预计2012年8月采面形成。
(1) 2011年~2012年布置1个备采工作面, 1个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个硐室需风量3600m3/min。
(2) 2012年8月~2013年10月布置1个采煤工作面, 2个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量3200m3/min。
(3) 2013年后, 戊一采区将布置1个采煤工作面, 1个备采工作面, 3个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量5400m3/min。
4.3 二水平已一采区预计需风量:
二水平已一采区目前正在施工己一西翼回风下山, 预计2012年10月完工, 通风系统形成后, 开始施工己一皮带下山, 现在需风量1500m3/min。
(1) 2011年~2012年布置2个开拓工作面, 2个硐室需风量1600m3/min。
(2) 2012年~2013年布置2个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量2100m3/min。
(3) 2013年~2014年布置1个准备工作面, 1个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量2900m3/min。
(4) 2014年后, 己一采区将布置1个采煤工作面, 1个备采工作面, 3个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量5520m3/min。
5 矿井通风系统改造前矿井阻力测定
矿井通风阻力测定即矿井各井巷的通风阻力 (摩擦阻力和局部阻力之和) 测定, 有时也单指矿井最大通风阻力路线的阻力测定。测定参数包括:测点的静压、测点的标高、干球温度、湿球温度、风速、测点间长度、井巷断面积、周长等通风参数, 以及风门两端静压差。2011年1月份, 八矿组织通风部门对全矿井进行了一次通风阻力测定, 在系统改造前对矿井阻力分布状况进行一次排查摸底, 为复杂网络通风系统优化提供了大量的科学依据和技术资料。
矿井通风系统阻力分布情况及分析:通常情况下, 一个比较合理的通风系统阻力分布为:进风段占20%~30%, 用风段占40%~50%, 回风段占30%~40%。
通过对矿井阻力测定的结果, 我们得出每个风井最大通风阻力路线的进风段、用风段和回风段通风阻力的对比结果, 并对结果进行分析, 找出造成通风阻力过大的风段存在的问题。丁一风井各风段阻力分布情况见表1所示。
从表中可以看出, 丁一风井通风阻力分配不合理, 回风段阻力过大。特别是回风段中丁一东翼专回、丁一轨道上段阻力过大。经过井下实地分析, 丁一东翼专回多处巷道变形、底鼓, 出现爬行巷道, 丁一轨道下山多处巷道狭窄, 风速超限, 多处地段受到破坏, 多为侧壁变形、顶板冒落及底板凸起。这些巷道维修速度赶不上变形速度, 因此造成了回风段通风阻力过大。
6 优化方案确定
6.1 通过阻力测定提出以下通风系统优化方案
(1) 方案一:在二水平戊一采区补做一条进风降阻巷 (兼做辅助运输) 与丁一轨道下山下段联通, 丁一轨道上段及原进风下山改为回风, 并将丁5.6-11210边切眼与丁一轨道上段联通作为丁一采区的东翼回风, 同时将丁一东翼回风不断延伸, 担负丁一东翼采区的通风重任, 丁一进风降阻巷作为丁一采区主要进风巷, 丁一皮带下山作为辅助进风巷, 丁一采区通风系统由原来的“两进一回”改为“两进两回”。
(2) 方案二:服务于一水平己二、戊二采区的西一风井, 在戊9.10-12160采面回采结束后, 仅担负己二上部采区的通风任务, 如果仅仅为己二采区服务, 会造成风机用风不经济, 产生不必要的经济损失, 因此考虑在二水平戊一采区做一条总回风与西一风井相连通, 形成丁一风井、西一风井联合服务一水平己二采区、丁一采区、二水平戊一、己一采区的通风网络。
(3) 方案三:在丁一深部开采区域范围内, 新做服务于丁一采区的回风井筒, 丁一新回风井筒仅服务于丁一深部采区, 二水平戊一采区西翼回风不再为丁一采区服务, 原丁一风井全力服务于二水平戊一、己一采区。
6.2 方案论证及确定
6.2.1 通风系统优化方案一论证
(1) 该方案解决了丁一采区通风路线长的问题, 丁一采区通风路线相比以前减少了2000多米, 丁一采区进风段阻力大大减小, 丁一采区风量由原来的4050m3/min增加为改造后的5500m3/min;
(2) 通风系统优化改造后, 丁一采区风量增加仅1500m3/min, 保证了丁一3个掘进工作面的正常开工, 对丁一采区后期深部开采起到至关重要的作用;
(3) 丁一进风降阻巷的施工, 不仅有效的提高了采区风量, 缩短了通风距离, 而且作为辅助运输巷也减小了职工劳动强度;
(4) 经过改造的丁一采区通风系统风机负压降低到2940pa, 主扇工况点在合理的工作范围内。
6.2.2 通风系统优化方案二论证
(1) 该方案为西一风井担负丁一采区的回风任务, 根据计算机模拟解算, 系统改造后采区风量增加约468m3/min, 各采区风量有所增加, 但是增加幅度不大, 西一风井回风2856m3/min, 负压为3529pa, 因西一风井担负一部分通风任务, 丁一风井回风下降至7362m3/min;
(2) 戊二采区回风段回风路线长达5000米, 回风段阻力较大, 丁一采区阻力分布不合理;
(3) 系统优化改造后丁一采区风量增加不明显, 对后期深部开采起不到关键作用;
(4) 戊8-21020抽排巷长达2000米, 开掘巷道投入成本高, 再加上丁一、戊二采区巷道失修巷道长, 维修成本高, 系统改造投资大、见效低;
(5) 戊二采区回风段长达5000米, 回风段阻力大, 并且回入风量不理想, 风量不足3000m3/min, 风井负压达3500pa, 使西一风井主扇运行不够经济。
6.2.3 通风系统优化方案三论证
(1) 该方案的确立, 将会解决丁一采区与二水平戊一采区共用回风的问题, 丁一采区通风系统得到独立;
(2) 经过计算机风网模拟结算, 丁一新回风井施工后, 丁一采区风量大增, 丁一风量的紧张的历史局面将得以结束, 丁一采区深部开采规划将会顺利实施, 经过通风能力核定, 丁一采区产量将增加到120万吨/年;
(3) 二水平戊一、己一采区投产后, 不再与丁一采区存在“争风”问题, 并且丁一风井少了一个大阻力采区的负荷, 其工况点工作范围能够保证戊一、己一采区采掘生产需要, 有效风量率达90%以上。
(4) 丁一新回风井的施工, 需再安装一对地面主要通风机, 矿井的通风网络将会更加复杂, 不过将来西一风井因采区封闭主要通风机不再担负通风任务。
6.3 丁一风井方案优缺对比与择优选择
通过以上三种方案的论证, 方案一不仅提高了采区风量, 而且保证了采掘头面顺利开工, 是合理的系统优化方案, 但是只能解决一时通风系统难题, 不能解决丁一采区与戊一采区共用回风问题, 当戊一、己一采区投产后, 三采区争风问题依然存在。
方案二的提出虽然会解决西二风井风机损耗问题, 使西二风机不至于因采区的封闭而停运, 但是该方案造成通风路线加长, 回风段长度达5000米, 西二风机负压高达3500pa, 并且需开掘一条2000多米的回风巷, 投入成本大, 经济效益不明显, 因此不能采用。
方案三不仅有利于丁一深部开采实施, 而且使丁一、戊一采区系统独立, 并且能保证二水平戊一、己一投产后风量充足, 能够满足用风需求, 也不存在争风问题, 因此是最优的通风系统优化方案, 有利用八矿矿井的长期发展。
因此选择方案三为最优方案。
7 结论
通过一系列矿井通风系统优化与改造, 丁一风井总风量由原来的9880m3/min提高到现在的12230m3/min, 确保了矿井由一水平采区向二水平采区过渡时期的安全生产, 缓解满足了高突工作面的用风需求, 降低了采掘工作面的瓦斯浓度。成功地解决了平煤股份八矿在大采深、多煤层群、复杂通风系统生产条件下, 矿井两个水平同时开采风量紧张的问题, 它不仅完善了矿井各采区专用回风系统, 使矿井通风系统达到了合理、稳定、可靠的要求, 而且大大提高了原煤产量, 使矿井原煤产量稳定在360-380万吨/年。在成功解决水平过渡时期通风问题的同时, 又充分考虑了水平过渡后的通风系统方案, 使通风系统优化改造做到有的放矢, 减少了重复工程和资金浪费。为多风机耦合、深水平、多煤层复杂网络矿井通风系统优化改造积累的丰富的经验, 其通风系统优化方案和风网结算技术, 对于通风系统改造的矿井极具参考价值, 值得大范围推广。
参考文献
[1]王志强, 李晓霞.矿井通风系统安全性评价探讨[J].轻工科技, 2012 (03) .
[2]何兴, 李康来.煤矿矿井通风系统问题分析与解决对策[J].中国新技术新产品, 2012 (03) .
[3]刘建建.低瓦斯矿井通风系统管理存在问题及解决办法[J].企业技术开发, 2011 (12) .
复杂优化 篇2
预应力结构概述
构件是组成建筑工程主体结构的最主要部分。在建筑工程设计与施工方案的计划中，不单单需要考虑到混凝土模块自身重量对构件的影响，同时还要考虑到钢筋结构所产生的拉应力对结构构件的影响。因此，在具体施工中，为了确保结构的安全性，工作人员常常会在混凝土结构中增加一定的压力，通过这种方式，使混凝土构件的使用寿命得到提高，同时促进结构整体稳定性与耐久性水平的提高。而在这一过程当中，所施加的预应力构件即本文研究的预应力结构。特别是在结构复杂的建筑物中，预应力的合理设计对优化结构性能意义重大。
工程概况
某歌舞剧院是XX市地标性建筑的，工程建筑面积为5.0万m?，建筑高度为46.2m，建筑结构方面地下层数为4层，地上层数为10层，为了满足建筑功能需求，平面布局涉及到了舞台，音乐厅，后台，以及多功能厅等多个部分，附属结构较多。
由于本建筑物属于公共建筑，因此在结构设计中对布置方案以及尺寸设计有非常严格的要求。考虑到本建筑结构较为复杂，结构系统中应用了包括剪力墙、梁板、直柱、以及曲柱在内相互组成的多个超静定结构体系。同时，该建筑物各个部分使用功能的实现对结构空间有严格要求，以大厅为例，该分区对空间高度要求较高，预应力梁体跨度极限值可达到25.0m，设计荷载水平高。
预应力设计优化流程分析
首先，根据本空间构造特点，引入ANSYS软件建立计算模型，有限元计算中可表明，对于侧墙薄壁墙肢体上端弯矩作用力而言，也对预应力设计产生直接影响。因此，控制截面分别选择为梁体跨中截面部分、梁端截面部分、以及侧墙薄壁墙肢部分。从墙肢上段受抗弯强度限制的角度上来看，可以形成如下约束方程：
①；
在①式中，将工作荷载基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将侧墙薄壁墙肢上端所能够承受的最大弯矩作用力定义为。
结构加载分别考虑三种廣义基本力以及工作荷载作用力对结构的影响，分别定义为（工作荷载作用力），取值为124.5kN/m，（广义基本作用力），取值为1000.0kN，（广义基本作用力），取值为100.0kN·m，（广义基本作用力），取值为10.0kN/m。
在此基础之上，根据梁体结构几何参数以及设计参数的取值情况，同时分析梁体结构在三个控制断面状态下经过优化得到的数据值引入式①当中，即能够得到该模型所对应的约束条件方程。
结束语
对于复杂性的建筑结构来说，在设计方案与设计功能要求的诸多限制下，对预应力配筋设计有非常严格的要求，常规的设计简化方法无法对问题进行有效解决，达到满意的设计效果。但通过后张预应力设计的方式，能够起到合理调整预应力水平的目的，使复杂建筑结构的设计目标更加明确，在优化设计中与有限元计算相互结合，使最终得到的预应力设计方案更加的有效与可靠。本文即围绕复杂建筑结构预应力设计的优化思路进行分析，望引起重视。
复杂矿井通风系统优化改造研究 篇3
1 通风系统存在的问题及原因分析
1.1 存在的问题
1) 矿井通风系统总风量富余系数低。
金鸡岩风机电动机额定功率为2×185 kW, 电动机输入功率为354 kW, 已接近额定功率, 已无法上调风机叶片角度;阳地湾风机负压达2 510 Pa, 而且风机叶片配合比不好, 若调增角度, 风机负压将超过规定值, 运行功率也会接近额定功率, 故无法上调阳地湾风机叶片角度。
2) 采掘工作面配风困难。
北三东、西区开拓延伸水平掘进工作面通风路线长, 配风困难。北二东区布置2个采煤工作面和4个掘进工作面, 北三东区布置4个掘进工作面总需风量达10 600 m3/min, 而阳地湾风机仅能供风9 502 m3/min, 在这种情况下, 矿井采取“东风西调”的措施由金鸡岩风机供风1 098 m3/min, 如此以来, 金鸡岩通风路线将有所增长, 会导致矿井通风系统失衡[1,2]。
1.2 原因分析
1) 瓦斯治理和瓦斯“双高”控制需要较大风量;矿井北三区深部延伸水平地温较高, 导致矿井采掘工作面所需风量增大。
2) 备用采煤工作面的形成、掘进工作面增多、打钻地点需风量大, 都将提高矿井总需风量。
3) 矿井通风路线长, 断面小, 阻力大。
4) 风机能力有限, 金鸡岩风机的电动机功率已接近额定功率。
2 矿井通风系统改造方案
2.1 矿井所需风量及通风阻力计算
2.1.1 矿井所需风量计算
资料表明, 2011年11月矿井需风量最大, 其值计算如下:
undefined
=14 670×1.20=17 604 m3/min
式中 Q矿——矿井所需最大排风量, m3/min;
∑Q采——采煤工作面需风量之和, m3/min;
∑Q掘 ——掘进工作面需风量之和, m3/min;
∑Q硐室——硐室需风量之和, m3/min;
∑Q其他——其他巷道需风量之和, m3/min;
K矿通——矿井通风系数, 抽出式为1.15~1.20, 取1.20。
风机供风能力按以下公式计算:
Q=KLQ矿=1.05×17 604=18 484 m3/min
式中:Q为风机供风能力, m3/min;KL为 通风设备的漏风系数, 一般为1.05~1.10, 取1.05。
2.1.2 矿井通风阻力
1) 矿井通风系统改造后, 金鸡岩风机更换电动机, 北二西区选N2709西工作面为最大通风阻力路线, 按局部阻力系数1.2计算, 金鸡岩风机通风阻力达到2 500 Pa, 井巷通风长度达8 134 m。
2) 矿井通风系统改造后, 北二东区选N21110工作面为最大通风阻力路线, 按局部阻力系数1.2计算, 阳地湾风机通风阻力达到2 800 Pa, 井巷通风长度达7 061 m。
2.2 矿井通风系统改造方案
1) 优化-60
m水平通风系统。-60 m排矸石门为水井湾排矸立井的主要进风大巷, 由于提升设备未施工完毕, 未形成主要进风系统, 本次优化设计要撤除-60 m排矸石门风门, 减小矿井进风阻力。
2) 施工+380~+420
m总回风巷, 刷扩原+355 m充电硐室回风道, 启封N07东瓦斯巷, 将轴部胶带巷由进风调整为回风, 与金鸡岩总回风巷形成并联通风网络, 减小通风阻力, 给调整风机叶片角度创造条件, 如图1所示。
3) 更换金鸡岩风机电动机, 其功率由2×185
kW更换为2×315 kW, 上调风机叶片角度, 增大风机系统风量。北二西区由金鸡岩风机承担, 北二东区和北三区开拓巷道由阳地湾风机承担, 北二东区和北三区开拓巷道部分风量通过“东风西调”进入金鸡岩风机, 再通过矿井清风补漏, 减少巷道漏风, 合理分配风量, 从而满足矿井安全生产的需要[3,4]。
2.3 矿井风机风量验证
根据2011年10月11日金鸡岩风机的运行参数, 风机风量为8 816 m3/min, 负压为2 659.46 Pa, 可得出矿井风阻为0.123 8 N·s2/m4, 结合金鸡岩风机+4°性能曲线绘制矿井工况点:风量149.78 m3/s, 负压2 833 Pa, 如图2所示。金鸡岩风机风量增加2 491 m3/min, 撤除+310~+390 m总回风巷风门, 阳地湾风机风量增加200 m3/min, 预计矿井总风量增加2 691 m3/min, 能够解决矿井用风紧张的问题[5,6]。
3 改造方案的实施及经济分析
3.1 实施情况
1) 根据采掘部署, 2011年1— 4月施工+380~+420 m 总回风巷, 刷扩原+355 m充电硐室回风道, 启封N07东瓦斯巷构成并联通风网络, 矿井通风阻力减少了430 Pa。
2) 2011年7月优化-60 m水平通风系统, 减小进风阻力。
3) 2011年6—8月改换金鸡岩风机电动机, 增大风机电动机功率, 提高风机的排风量, 并于8月31日对风机进行了性能测试, 以+2.5°投入运行。
4) 2011年10月20日撤除+310~+390 m总回风巷风门, 减小阳地湾通风系统阻力, 并调整金鸡岩风机叶片角度至+4°, 完成整个系统改造方案。
3.2 资金投入情况
1) 金鸡岩风机更换电动机费用详情见表1。
2) 施工回风平硐联络巷115 m, 净断面10.0 m2, 需要资金40.25万元;刷扩+355 m充电硐室回风道505 m, 净断面10.0 m2, 需要资金126.25万元;共计投入资金166.50万元。
3) 改造方案中风机电动机及井巷工程投入资金共计283.5万元。
4 结语
1) 根据矿井通风系统实际情况, 优化了-60 m水平通风系统, 解决了该水平采掘部署相对集中、配风困难的问题。
2) 施工+380~+420 m总回风巷, 刷扩原+355 m充电硐室回风道, 启封N07东瓦斯巷, 在其与金鸡岩回风巷并联通风网络形成后, 将金鸡岩风机电动机功率调至2×315 kW, 并通过“东风西调”, 使矿井风机风量增加了2 662 m3/min, 缓解了北二东区和北三区供风紧张的局面, 通过合理配风, 满足了矿井安全生产的需要。
3) 矿井通风系统的优化改造, 提升了矿井通风能力, 降低了矿井通风阻力, 有效减少了采掘工作面瓦斯超限次数, 为矿井安全生产奠定了坚实的基础。
摘要：针对复杂矿井通风系统总风量富余系数低、采掘工作面配风困难等问题, 提出了有针对性的改造方案。通过采用优化通风网络、刷扩风道、改造风机等技术措施, 有效提高了矿井通风总量, 改造后总风量达18 660 m3/min, 比改造前增加了2 662 m3/min, 极大地缓解了井下用风紧张的局面, 为矿井安全生产奠定了基础。
关键词：复杂矿井,通风系统,优化改造
参考文献
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[5]卓勤源.煤矿通风系统阻力测定与分析研究[J].河南科技, 2010 (4) :70.
优化SQL语句降低时间复杂度 篇4
无论是传统的客户端/服务器程序还是现在流行的浏览器/服务器程序,功能与性能时程序的重要指标,完善的功能,突出的性能是程序开发所追求的目标[2]。程序性能的内在表现是较小的空间复杂度和较低的时间复杂度,时间复杂度控制得好,程序的运行效率就高,完成一项工作的时间就越短,因此人们总希望自己设计的程序的时间复杂度尽量低一些。从业务逻辑层入手还是从数据操作层上入手,对于新手来说是一件比较难于掌握的事情,我们知道对于数据的操作一般是查询、插入、更新、删除等,它们所选择的程序模型基本上都是固定的,那么如何才能设计出时间复杂度较理想的数据处理程序呢,改进算法有很多种思路,除了对数据库本身进行优化外,还可以从改进在业务逻辑层上的时间耗费,从而降低程序的时间复杂度。
2 时间复杂度对程序运行的影响
由于程序设计的算法直接决定了程序的时间复杂度,所以我们要求尽量选用时间复杂度较低的算法来实现业务逻辑上的业务处理。引用个简单的例子:一台巨型机做插入排序和一台微型机做合并排序,它们的输入都是一个长度为100万的数组。假设巨型机每秒执行1亿条指令,微型机每秒仅仅做100万条指令。为了使差别更加明显,假使世界上最优秀的程序员用机器代码在巨型机上实现插入排序,编出的程序需要执行2n2条巨型机指令来排序n个数,另一方面,让一个一般的程序员在微机上用高级语言编写合并排序,产生的代码需要花50nlgn条微型机指令。为排序100万个数,巨型机耗费的时间为:2.(106)2条指令/108条指令/秒=20000秒≈5.56小时,微型机耗费的时间为:50.106lg106条指令/106条指令/秒≈1000秒≈16.67分钟[3]。从这个例子可以看出时间复杂度对程序的执行效率的影响,对基于服务器/浏览器模式的程序来说还受到网络传输,与服务器会话时间等限制等因素的影响,如果不控制好时间复杂度,那么简直不敢想象。
3 SQL语句对程序时间复杂度及网络带宽的影响和改进
在教务管理系统中,对学生课程实施分配的大致情况是根据已有的学生信息和各班开设课程的情况进行分配,所进行的操作就是从学生表中读取学生的基本信息如学号、在校情况等,然后判断学生课程库中是否已经存在该学生的对应课程的相关信息,如果不存在则插入该信息,如果存在那么不进行操作。
第一步:读取课程中对该年级该学段开设的课程。
第二步:使用循环来读取学生的信息,判断学生课程记录是否已经存在,如果存在则跳过,否则插入学生课程记录。
不难看出,如果要完成全部课程的分配,则将有两个循环存在,那么粗略计算一下程序的时间复杂度为T(n2)级的,可见这样的程序执行的效率很低,并且存在不断和服务器交换数据的问题,因此对网络带宽也有较大的影响。
3.1 使用SQL组合语句降低时间复杂度
为了降低时间复杂度,就需要打破多重循环,因此需要在数据操作上进行改进,对循环判断学生课程分配情况的SQL语句进行组合,得到这样的一条SQL操作语句:"insert into xfscore(kid,stuid,kclass)select,课程号,stuid,sclass from student where sclass in(开课班)and stuid not in(select stuid from xfscore where kid=课程",可见用这么一条SQL语句来代替用程序循环来判断课程重复的操作大大地降低了程序的时间复杂度,减少和数据服务器的对话次数和等待时间,这样组合后的程序时间复杂度为T(n)级别的,执行效率明显高于前面的操作方式。
有人会这样质问,虽然把程序上的时间复杂度降低了,但是数据库上的操作时间复杂度仍然没有降低,SQL数据执行时还是循环执行的,看上去并没有降低总体的时间复杂度,但是实际的执行效率却高了很多,为什么呢?原因很简单,这样用数据库内部执行循环的方式并不需要和客户端进行对话和交换数据,而是根据指令直接完成,减少了对话时间,也即是提高了执行的效率。
3.2 使用存储过程降低时间复杂度
存储过程是创建的数据库程序模块,由数据库服务器上的DBMS来存储和执行,实际上它们可以是函数或过程[4]。使用存储过程的主导思想是把主要的数据操作的SQL语句封装在一个存储过程中,在设计程序的时候只需要考虑调用相应的存储过程即可完成对数据的操作,不需要考虑数据的内部操作,减少了程序的时间复杂度,把数据操作和程序执行分别有不同的服务分担。因存储过程主要在SQL服务器上执行,数据提交后直接在服务器上处理,不需要过多地和客户端进行数据交换对话,对于基于B/S的程序能较好分担由于交互而带来的带宽问题。一般情况下使用存储过程来完成较为复杂的数据操作,如多表同步关联更新等。
4 两种使用SQL组合语句提高效率的情况
4.1 新增学生时,学号自动生成情况
因为是多用户操作不能先生成学生学号再进行新增学生的操作,而且也避免人工填写导致重号的情况,因此对学号的生成一般采用这样的方式来完成,在提交新增数据前先获取最大的学生学号,然后根据学号编写规则相应的加一作为新的学号,然后再写入到数据库中去,经过这样两步完成工作。
第一步select isnull(max([systemid]),0)+1 as newid from students
第二步insert into students(stuid,stuname,stupasswd)values(newid,’姓名’,’pwd’)
优化一下则可以将SQL语句变成这样的一句来完成上面的操作:
insert into students(stuid,stuname,stupasswd)select isnull(max(stuid),0)+1,’姓名’,’pwd’from students
4.2 删除或审核多条选中记录的操作
有时遇到这样情况需要对一些信息进行集中管理,比如删除或者是审核,那么我们一般是使用复选框的模式来维护数据,如果按照常规的先判断数据是否被选中,选中了那么执行删除或更新操作,然后判读下一条数据是否被选中,然后继续进行相应的操作。这样来回和服务器进行数据操作,如果使用SQL组合语句那么就不需要如此频繁的操作数据库了,组合在这里做文章,先把要操作数据的关键字段值获取到组成一个集合,然后在删除条件中修改为“in(在)”集合中,那么只需要对数据库操作一次即可完成多条数据的删除或者审核工作。
5 结束语
以上只是在开发新课程教务管理系统中的一些对SQL语句的优化,通过组合SQL语句能减少对数据库的操作次数和对话次数,有效控制程序的时间复杂度,提高程序的内在性能。我们都知道程序性能的优化不是简单的事情,需要各种经验的积累和采用多种方法来不断改进,借用一句广告语“没有最好,只有更好”来表达对程序性能优化的感慨,可能还存在一些不足的地方,需要在实践中不断学习改进。
摘要：随着学校新课改的实施,教务管理系统的开发提上日程,学校在校生人数和课程数目都在增加,导致操作的数据增加,因此开发此系统时需要注意控制程序的时间复杂度,若时间复杂度过高,往往影响用户的使用体验,有时甚至无法完成预定的目标,再则基于服务器浏览器模式的数据操作更要考虑网络带宽等因素。除了数据库优化[1]外,通过对SQL语句的优化,切实改善了程序的时间复杂度,提高了程序执行效率,节约了网络带宽,可满足基于浏览器服务器模式的海量数据操作。
关键词：时间复杂度,SQL语句优化,存储过程
参考文献
[1]徐鑫涛.浅谈数据库优化[J].中国科技信息,2008(4):111.
[2]武俊峰,朱喜梅.基于电子商务的网站设计与性能优化研究[J].自动化技术与应用,2008(27):26.
[3]潘金贵,顾铁成.现代计算机常用数据结构和算法[M].南京:南京大学出版社,1994.
复杂优化 篇5
1水仓布置的限制因素
(1) 运输水平以上布置水仓困难, 工程量大。
从主、副、风三井筒施工揭露的岩性看, 受滑动构造的影响, 二1煤顶板岩层破碎、节理发育岩体整体性极差, 只有将山西组 (P1sh) 大占砂岩与香炭砂岩联合起来考虑, 才勉强具备布置水仓与泵房的条件, 但石门在170 m左右, 且有二2煤及泥岩相隔。
(2) 运输水平以下没有稳定岩层。
主副井落底后, 短路贯通工程揭露了太原组 (C3t) 中L7—L1之间的地层, 垂距30 000 mm, 6层100～400 mm的煤线, 极软泥岩3层, 无赋存稳定可靠的岩层。井底车场南环线的工程已经证实。
(3) 水仓底板与泵房底板之间的高差, 限定了水仓布置范围。
井筒落底标高确定后, 泵房底板标高是相对确定的, 水仓底板标高同样是确定的, 可调范围有限。
(4) 工程的紧迫性。
水仓与泵房的别称“排水阵地”, 矿建过程中“立转平”后, 由于临时排水设备能力有限, 临时水洼较小, 排水设备提前到位比较容易, 因此井底水仓就成为能否稳定“阵地”的关键。
2水仓布置方式
(1) 层位。
查阅井田范围, 特别是主副井区揭露的二叠纪山西组 (P1sh) 及石炭系太原组 (C3t) 近百米地层岩层岩性资料, 煤层、炭质泥岩、砂质泥岩、较破碎和极破碎的细砂岩, 均为较软岩、软岩的岩层, 单轴抗压强度小于25 MPa, 在软化临界深度以下难免出现大变形、难支护问题。综合分析结果, 只有太原组L7灰岩具备布置条件。L7灰岩是矿区主要标志层之一, 赋存稳定, 厚度7 m左右, 走向近东西, 南高北低倾角15°左右, 上与L8灰岩间距3 m左右, 下距L6灰岩3 m左右, 灰岩之间以砂质泥岩、煤线为主。
(2) 方向。
沿L7灰岩赋存方向。L7灰岩受沉积环境影响, 呈现数条泥岩线, 沿中部较为稳定的一条泥岩线方向, 保持水仓处于L7灰岩中下部, 充分利用L7自身的稳定性达到巷道稳定。
(3) 位置。
以泵房的2个配水井为起点, 分别向两侧布置, 长度以满足《煤矿安全规程》要求的水仓容量为止, 坡度0.1%。标高以设计为准, 确保排水设备的参数不变。
(4) 断面及支护形式。
以L7灰岩厚度能满足的最大断面为宜, 尽量减小长度, 减少无效容积。经比较确定为直墙半圆拱, 净宽4 200 mm, 净高3 500 mm, 净断面12.8 m2, 锚网喷支护, 锚杆为Ø18 mm×2 000 mm左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆, 每根锚杆用K2335型树脂药卷2卷, 锚固力不小于60 kN, 锚杆间排距800 mm×800 mm;托盘规格为:厚10 mm钢板冷轧碟形盘, 尺寸140 mm×140 mm;金属网采用Ø6.5 mm钢筋焊制, 网格尺寸100 mm×100 mm, 网片规格1 700 mm×900 mm;金属网片用12#铁丝绑扎, 间距200 mm。喷射厚120 mm的混凝土强度C20。遇构造二次支护采用U29马蹄形钢棚。
(5) 调水方法。
如图1所示, 东翼水正常情况下由①进入水仓, 入水口设置沉淀池;①和②之间需要清挖时, 东翼水由②进入水仓, 入水口也设有沉淀池;②和东配水井之间需要清挖时, 东翼水由③进入配水巷, 水从配水巷进入西水仓, 为了保证入仓水质量, ③号入水口设置有大沉淀池。西翼水正常情况下由④进入水仓, 入水口设置沉淀池;④至⑤之间需要清挖时, 西翼水由⑤进入水仓;⑤至西配水井之间需要清挖时, 西翼水通过⑤和东水仓之间的管路进入东水仓。⑤和东水仓之间的管路布置在水仓顶板, 西翼水仓与东翼水仓在⑥至⑦之间打有2个钻孔, 固定有Ø133 mm管路。正常情况下, 东翼水仓①和②间需要清挖, 西翼水仓④至⑤间需要清挖。
3施工顺序
(1) 井筒落底后, 永久提升装备尚未形成, 临时改绞的提升能力有限, 井底车场环线尚未施工, 首先施工东水仓②和东配水井之间的90 m巷道, 与泵房同时完工, 以最快速度形成永久排水系统。
(2) 为增加水仓容量, 迅速形成了西水仓⑤至西配水井之间的160 m巷道。
(3) 随着井底车场的形成, 逐步施工了东水仓的①和②之间与西水仓④至⑤之间的工程。
4结语
组合最优化与计算复杂性综述 篇6
关键词：组合最优化,计算复杂性,NP-完备,近似算法
1 组合最优化
最优化理论是运筹学、组合数学、离散数学等的经典内容,也是研究理论计算机科学尤其是计算复杂性理论(或算法的设计与分析)的基础知识之一。简言之,最优化问题就是一个条件最值问题:mxi∈nΩ(m⊆Ranx)f(x);而组合最优化作为最优化理论的一个重要分支,它研究的是如何从有限个可行解(|Ω|<+∞)中找出一个最优解。在讲述计算机算法设计与分析的文献中,我们总能发现大量的组合最优化问题的例子,如背包(knapsack)问题、点染色(vertex coloring)问题、顶点覆盖(vertex cover)问题、旅行售货员问题(TSP)、中国邮递员问题(CPP)、反馈点集(feedback vertex set)问题,最大团(clique)问题、最短路问题、最大流问题、最小支撑树(MST)问题、Steiner树问题、设施选址(facility location)问题等[1].这些组合最优化问题大多与图和网络有关,故也称为网络最优化。
经典数学主要研究问题的存在性,唯一性和稳定性等,很少涉及组合最优化问题,一个主要原因就是人们不具备有效的数值计算能力。科学技术的发展使得组合最优化的重要性日益显现出来,而计算机的产生与发展则使得人们的计算能力大大增强,从而为解决组合最优化问题提供了可能;同时,在计算机的发展过程中,人们又提出了不少亟待解决的组合最优化问题。由此可见,组合最优化与计算机科学是相辅相成,紧密联系的。
2 计算复杂性
如上所述,组合最优化就是要找到适用于计算机的计算方法。这一方法应普遍适用于问题包含的所有实例(instance),求出实例的解。这样的计算方法就是算法。算法是计算机科学的核心概念,被誉为计算机科学的“灵魂”。算法的优劣直接关系到软件乃至整个计算机系统的性能.。著名的方正排版软件系统就是基于新的更有效的算法设计的。
那么,评价一个算法是否有效的标准是什么呢?一般而言,理论计算机科学界普遍以算法的计算复杂性,即算法在最坏情形(worst case)下的运行时间作为评价其有效与否的标准。然而,算法的运行时间与很多因素有关,如计算机的速度,问题的规模等。首先,我们假定算法是在“理想计算机”上运行的。理想计算机只能执行最基本的加、减、乘、除、大小比较等基本运算,且耗费的时间都是一个时间单位。因此,算法的运行时间常用算法所执行的基本运算的次数来表示。其次,一个待解决的问题的实例总是以一定的规模(size)输入计算机中的,如图和网络的顶点数和边数。因此,可设法估计出算法对规模为n的实例需执行的基本运算的次数的一个上界f(n),将函数f(n)作为该算法的计算复杂性[1,2,3]。
显然,即使对于同一个问题的实例,不同的算法的计算复杂性也是不同的。以下面的旅行售货员问题[1]为例:有n个城市,任两城市之间都有路相通。一售货员拟从他所在的城市到其它n-1个城市去售货。问:这个售货员应如何选择路线,才能经过每个城市恰好一次,再回到原地,且总路程最短?
这一问题可归结为一个网络最优化模型:以n个顶点表示n个城市,两个顶点之间有边相连当且仅当相应的两个城市之间有路相通,并以路的长度作为边的权,于是得到一个赋权的网络G。显然,旅行售货员问题就是要从G中找一个经过所有城市恰好一次,且边权之和最小的圈。在网络最优化理论中,这样的圈被称为Hamilton圈。
从理论上讲,旅行售货员问题可以利用枚举法(enumeration)来解:只要找出网络G中所有可能的Hamilton圈,再从中选择一个权最小的即可;然而,有数据表明[3]:当n=20时,G中的可行方案共有19!≈1.21×1017个。即使利用每秒运算100万次的计算机来做,也需要3000年!显然,枚举法的计算复杂性是令人难以忍受的。
由数值计算理论知,当变量的个数增加时,多项式函数比指数函数增加的速度慢很多。基于这一事实,人们通常认为只有计算复杂性是多项式函数的(精确的)算法才是有效的算法。在上例中,由Stirling公式知,枚举法的计算复杂性是n!≈2nπ×(en)n,显然不是一个有效算法。
3 NP-完备理论
在理论计算机科学中,人们把具有有效算法的问题称为P类的(polynomial)问题。那么,是否所有问题都是P类的呢?对此,人们无法做出确定的“是”或“否”的回答。这是因为的确有相当多的问题,人们至今无法知晓它们是否存在有效算法。相对于P类问题,这些还不确定是否存在有效算法的问题被称为NP类的(nondeterministic polynomial)问题。上面提及的几个组合最优化问题多是NP类的。显然,P⊆NP;然而,人们迫切想知道的是:P=NP吗?“P=NP”的判定问题已成为当今计算机科学领域悬而未决的困难问题之一。曾几何时,不少人认为线性规划问题是NP类的,因为人们研究了近半个世纪也没找到它的一个有效算法。直到1979年,年轻的苏联数学家Khachiyan[7]提出了线性规划问题的第一个有效算法-椭球算法,人们才把线性规划问题归入P类问题。由此,证明“P=NP”之困难可见一斑。
在NP类问题中有这样一些问题,如果其中有一个存在(不存在)有效算法,那么所有其它问题也都存在(不存在)有效算法,这些问题被称为NP-完备问题或NPC问题。绝大多数组合最优化问题都是NP-完备的。
NP问题的研究始于20世纪70年代。1971年,图灵奖得主Cook[4]证明了第一个NP-完备问题-适应性(satisfiability)问题。1972年,另一个图灵奖得主Karp[5]证明了24个NP-完备问题。到目前为止,大约有两千多个问题被证明是NP-完备的;然而,遗憾的是,人们尚未找到任何一个NP-完备问题的有效算法。但是鉴于NP-完备问题在理论和应用上的重要性,人们又不能回避它们。幸运的是,在很多实际应用中,人们只需找到NP-完备问题的“不错的”解,而不必是最优解。因而,近似算法成为求解NP-完备问题的方法之一。
近似算法指的是一类运行时间是关于问题的规模的多项式函数,但最终得到的仅是问题的近似解(非最优解的可行解)的算法。为评价算法的近似程度,人们把近似解的目标函数值与问题的最优值之比ρ定义为算法的近似比(approximation ratio)。显然,组合最优化问题在目标为最大化,最小化时的近似比分别满足ρ<1,ρ>1。近似算法的近似比的分析往往是相当困难的,有时比设计一个新的算法还要困难得多。例如,目前关于旅行售货员问题的最好的近似算法是Christofides[6]给出的,其近似比为1.5。
某一组合最优化问题的所有近似比为1+ε(∀ε>0)的近似算法构成问题的一个多项式时间近似方案(polynomial time approximation scheme,PTAS);特别地,若多项式时间近似方案的计算复杂性是关于问题的规模和1ε的函数,则称之为完全多项式时间近似方案(fully polynomial time approximation scheme,FPTAS)。这是最理想的一种近似算法。因此,如何在保证计算复杂性是多项式函数的前提下尽可能地去改进近似比已成为人们改进近似算法的主要着眼点。
4 结束语
生命科学和生物工程被称为当今科学技术的又一次革命。在这一伟大工程的研究过程中,许许多多包括NP-完备的组合最优化问题在内的困难问题被提出来,计算生物学(computational biology)或生物信息学(bioinformatics)也随之应运而生。近似算法技术在这一新兴学科的诸多研究领域都得到了成功地应用,如基因组的排序(genome sorting),进化树(phylogenetic tree)的构建,蛋白质结构的测定等。我们相信:伴随NP理论的深入研究和NP完备问题的最终解决,组合最优化的理论和方法必将为人类文明作出更大的贡献。
参考文献
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[2]顾小丰,孙世新,卢光辉.计算复杂性[M].北京:机械工业出版社,2005.
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[5]R.M.Karp.On the complexity of combinatorial problems[J].Networks,1975,45-68.
[6]N.Christofides.Worst-case analysis of a new heuristic for the traveling salesman problem[R].Technical Report,Graduate School ofIndustrial Administration,Carnegie-Melon University,Pittsburgh,PA 1976.
浅谈构造复杂综放面优化设计 篇7
小康煤矿在W1S1段综放面系准备采区首次开采的工作面, 它的开采是为了西一采区东南侧煤炭开采集中巷布置在采空区创造条件。但是该综放面煤层赋存条件复杂, 按照以往设计工作面进行设计, 将无法进行安全高效开采, 为此, 我们在进行该面设计时, 以市场为导向, 以经济效益为中心, 遵循少投入, 多产出的原则, 应用现代设计理念、方法和手段进行采面优优化设计, 以期达到生产集中化、煤炭运输连续化、系统简单化、布置合理化、管理现代化和技术经济合理之目标。
1 工作面地质概况
本综放面煤层结构十分复杂, 是由8～12个自然分层组成的一个复合煤层, 纵观该综放面煤层赋存较稳定, 煤层结构变化不大, 煤层厚度及结构在综放面内的变化规律是:南厚北薄。该综放面煤层中的夹石岩性一般为泥岩, 深灰色, 泥质胶结, 质软遇水泥化。综放面内煤层总厚度最大为9.10m, 最小为7.15m, 平均厚度为7.57m, 煤层厚度最大为7.40m, 最小厚度约为5.70m, 平均厚度为6.08m, 夹矸平均厚度1.49m。煤层赋存于-220～-330m之间;地温摄氏度为26℃。
本综放面位于小康井田四家子背斜东南翼, 由次一级的倾伏背、向斜所组成, 并在向斜南翼伴有小断层, 会给采掘工作造成一定影响。向斜北翼煤层倾角8°～11°, 向斜的南翼煤层倾角18°～20°;综观工作面, 煤层赋存比较稳定, 煤层的倾向倾角变化较大。
煤层顶板无伪顶, 直接顶为油页岩, 在综放面中最大厚度为25.00m, 最小厚度为24.00m, 一般为24.50m;黑褐色, 以泥质成份为主, 似层状结构, 阶梯状断口, 含碳富油, 易风化, 风化后呈片状, 干后粉碎崩解, 不易维护。基本顶为泥岩, 厚度80m, 层理明显, 节理发育, 不稳定。老顶为细砂砾岩互层, 厚度80～90m, 层理明显, 节理无发育, 比较稳定。
煤层底板无伪底, 直接底板为灰、深灰色粉砂岩, 厚度为19.00m, 泥质胶结, 成分以蒙脱石、斜长石、石英以泥质胶结为主, 胶结程度较高, 坚硬;有时夹薄层煤线, 具粉砂结构, 块状构造;实测底板容许比压为3.4MPa (粉砂岩) 。
2 综放面两巷优化设计
该工作面煤层赋存条件复杂, 其地质、矿山压力、采煤方法、井下运输和回采机械化诸方面较缓倾斜有许多不同点和特殊性, 加之倾角大, 顶板控制复杂。因此, 如何使综放面设计做到科学、合理、先进、可靠至关重要。优秀的设计是创建安全高产高效开采的基础, 为此我们进行了以下几点优化设计:
2.1 优化工作面几何尺寸
面长设计为230m, 为了等长布置调整回风巷中心线方向, 正常中心线方位角为223°00′00″, 调整后开始560m为222°20′00″, 剩余为223°40′00″。
2.2 改进工作面布置
正常区段两巷沿煤层底板掘进, 大倾角区段的运输巷直接布置在顶板岩层中。两巷破顶、底板施工, 严防采掘期间高帮片帮及回采时两出口管理困难。工作面机头、机尾各安装3架过渡支架, 机头前3架过渡支架水平安装, 第4架开始圆弧过渡, 使工作面下段支架“倾斜-圆弧-水平”布置。为确保运输巷采用胶带运输机运输方式, 运输巷在向斜处以15°向上掘进如图1、2所示。
2.3 优化开切眼布置
避开地质构造带布置开切眼, 为便于安装及安全生产管理, 将开切眼与运输巷巷道中心线成90°夹角。
2.4 优化溜矸仓布置
煤矸分运是提高煤质重要方法, 溜矸眼是实现煤矸分运关键途径。小康煤矿实现煤矸分运以来, 溜矸眼布置方式是每个综放面布置一个溜矸眼;由此导致溜矸眼排矸系统路线长、环节多、矿车周转时间长等问题。同时, W1S1段综放面开切眼附近无煤带发育, 如采用以往布置方式, 溜矸眼容积小, 势必导致严重影响回采进度。为此, 我们改变以往溜矸眼布置方式, 将西翼采区溜矸眼布置在西翼胶带大巷与西翼回风大巷立体交点处, 溜矸眼采用立眼钢筋混凝土浇注支护形式, 净直径3.0m, 掘进直径3.8m, 长度17.5m, 容积124m3。为了满足溜矸眼的矸石装矿车时空重车需要双道的生产要求, 将溜矸眼下口巷道前后各30m扩大断面, 由原先巷道净宽4.0m扩大到5.0m;由于此处巷道处于稳定围岩中, 故巷道扩大断面后支护形式采用锚网喷支护形式, 具体是扩帮后打锚杆、挂金属网、喷射混凝土, 锚杆间、排距700×700mm, 喷厚150mm。西翼采区各个工作面回采时出的矸石由胶带输送机运输到溜矸眼装矿车排出。该溜矸眼投入使用后可为西一、西二、西三采区大小共19个工作面服务, 不仅节省了溜矸眼工程量及大量资金投入;而且由于溜矸眼距副井井筒近, 从溜矸眼排矸系统路线短、环节少, 从而加快矿车周转率。
西翼采区各个工作面溜矸眼按7m计算, 共节省工程量为7×19-17.5=115.5m, 每米溜矸眼成巷成本按9500元计算, 可节省投资110.3025万元;各个工作面为了满足溜矸眼的矸石装矿车时空重车需要双道的生产要求, 将溜矸眼下口巷道前后各30m扩大断面, 由原先巷道净宽4.4m扩大到5.5m;由于此处巷道处于软岩围岩中, 故巷道扩大断面后支护形式采用壁后充填支护形式, 具体是扩帮后打锚杆、架设5.5m拱形棚、挂金属网、喷射混凝土, 锚杆间、排距700×700mm, 棚距600mm, 充厚300mm;每米巷道成巷成本17500元, 4.4m圆形棚壁后充填成巷成本15500元, 扩巷每米增加费用2000元;优化设计实施后扩巷每米增加费用1500元;由此节省费用219.0000万元。优化设计实施后节省资金为329.3025万元。
3 结束语
W1S1段综放面优化设计实施后, 该工作面达到了安全高产高效开采。因此, 根据复杂条件, 研究工作面合理设计, 为煤炭企业的经营决策提供技术支撑和安全保障。
摘要：阐述了小康煤矿在W1S1段综放面设计时, 针对软岩构造复杂条件, 以科学、合理、先进、可靠, 进行采面优优化设计, 以期达到生产集中化、煤炭运输连续化、系统简单化、布置合理化、管理现代化和技术经济合理之目标。
复杂优化 篇8
卡基娃水电站位于四川省凉山州木里县境内的木里河干流上, 系木里河干流 (上通坝—阿布地河段) 水电规划“一库六级”的第二个梯级, 是该河段梯级开发的“控制性水库”工程, 电站采用混合式开发。
水库正常蓄水位2 850.00 m, 正常蓄水位以下库容3.583亿m3;死水位2 800.00 m, 相应死库容0.777亿m3;校核洪水位2 852.20 m, 总库容3.745亿m3, 具有年调节能力。拦河大坝为面板堆石坝, 最大坝高171 m, 电站采用混合开发方式, 引水隧洞长6.36 km, 电站装机容量452.4 MW, 多年平均年发电量17.14亿k W·h。
引水线路经过区地形较完整, 沟谷切割浅, 洞线长约6.364 km, 为典型的截弯取直线路。引水隧洞布置在木里河右岸, 全长6 364 m, 纵坡降4.40‰, 为有压隧洞。断面型式为圆形, 直径为8.2 m, 隧洞垂直埋深一般为80 m~500 m, 最深为810 m。引水隧洞在平面上共设有4个弯道, 转弯半径均为100 m。第一个转弯点起点桩号K0+208 m, 终点桩号K0+252.330 m, 弯道中心角度25°7'11.83″;第二个转弯点起点桩号K1+982 m, 终点桩号K2+027 m, 弯道中心角度25°50'57.54″;第三个转弯点起点桩号K3+555 m, 终点桩号K3+610 m, 弯道中心角度31°47'7.08″;第四个转弯点起点桩号K6+235 m, 终点桩号K6+287 m, 弯道中心角度29°28'44.52″。引水隧洞全线采用钢筋混凝土衬砌。引水隧洞共布置3条施工支洞, 其中1号、3号支洞设置永久检修门, 2号支洞封堵。同时, 1号施工支洞内结合布置生态小电站压力管道。
隧洞永久支护方案为:Ⅲ类围岩洞段, 衬砌厚30 cm;Ⅳ类围岩洞段, 衬砌厚60 cm;Ⅴ类围岩洞段, 衬砌厚80 cm。引水隧洞全段在顶拱120°范围内进行回填灌浆, 对Ⅳ, Ⅴ类围岩洞段周边进行固结灌浆。洞室开挖后及时对顶拱240°范围内进行一期支护。
2 工程地质条件
根据电站地质勘察报告:卡基娃电站引水隧洞线路沿线无大沟谷, 隧洞埋深总体较大, 围岩为新鲜基岩。穿越区山体浑厚, 隧洞埋深较大, 地层岩性以奥陶系下统人公组 (O1r) 板岩和石英砂岩互层为主, 岩体新鲜, 地质构造较单一, 无区域性断层通过。隧洞围岩以不稳定的Ⅳ类围岩为主, 部分为局部不稳定的Ⅲ1, Ⅲ2类围岩, 由于地层走向与洞轴线呈小角度相交, 总体上对洞室稳定不利, 隧洞的顶拱和内侧边墙相对外侧边墙稳定性较差;在线路的某一段围岩可能连续出现较软弱的板岩, 洞室存在较大塑性变形的可能性;普尔断层穿过段可能造成大规模塌方, 局部洞段可能出现涌水、突水现象, 深埋的变质石英砂岩洞段可能产生轻微岩爆。
卡基娃水电站引水隧洞在开挖施工过程中, 出现了较多典型性地质问题。本文就卡基娃电站引水隧洞2号施工支洞支0+201 m~支0+351 m断层破碎带处理、2号支洞下游控制面K3+961 m~K3+985 m塌方段和3号支洞控制上游连续软弱板岩段等典型洞段的开挖支护方案拟定, 来研究讨论复杂地质条件下水工长隧洞开挖支护方案的优化选择。
3 开挖支护施工方案选择
卡基娃电站引水隧洞全长6 364 m, 纵坡降4.40‰, 为有压隧洞。断面形式为圆形, 直径为8.2 m。隧洞施工时, 共布置3个支洞, 从上游~下游依次为1号施工支洞、2号施工支洞、3号施工支洞, 依次布置于引水隧洞K1+211 m, K3+661 m, K6+272 m。在隧洞开挖施工过程中, 针对不同类别地质条件, 施工主要采用了如下开挖支护方案:
针对隧洞Ⅲ类围岩, 隧洞开挖支护主要以随机锚杆+喷5 cm厚C20混凝土支护为主;
针对隧洞Ⅳ类围岩, 隧洞开挖支护主要以系统锚杆+φ6.5钢筋网 (15 cm×15 cm) +喷10 cm厚C20混凝土支护为主;
针对隧洞Ⅴ类围岩, 隧洞开挖支护主要以型钢支撑 (Ⅰ18~Ⅰ20, 间距75 cm~100 cm) +系统锚杆+φ6.5钢筋网 (15 cm×15 cm) +喷12 cm厚C20混凝土支护为主。型钢型号、布置间距根据围岩揭露、地下水、开挖质量等情况进行选定。
特殊地质洞段开挖支护方案根据特定地质条件优选。
卡基娃引水隧洞开挖, 其支护方案除复杂地质洞段外, 基本按照上述方案实施。
4 复杂地质条件的开挖支护方案
4.1 2号施工支洞支0+201 m~支0+351 m断层破碎带塌方段开挖支护处理
由于此洞段埋深较浅, 处于普尔大断层带, 断裂带宽度较大, 且岩层走向与线路走向呈小角度相交, 节理裂隙发育, 围岩极其破碎, 涌水较大, 施工过程出现了多次塌方。鉴于洞段地质情况, 洞段开挖支护采用了如下施工方案:
1) 超前支护。超前注浆小导管 (φ42×3.5 mm, L=6 m) 在隧道顶拱环向120°布置, 间距30 cm, 环向间距30 cm, 纵向排距1.5 m。由于顶拱涌水量较大, 水泥浆液注浆无法起到相应作用, 对此采用掺加水玻璃进行双液灌浆止水, 待涌水止住后再进行超前导管的注浆施工。
2) 拱架支护。采用Ⅰ20b型钢拱架支护, 每榀钢拱架设置16根锁脚锚杆 (φ25, L=3 m) ;每榀拱架间距50 cm, 拱架之间采用Φ22钢筋连接, 间距20 cm。由于空腔堆积物较多, 而且还不断有块石掉落, 采用Ⅰ20b型钢制作成拱上拱提高拱顶承载力 (根据实际情况定) 。
3) 系统支护及喷混凝土。跨过空腔后拱顶部分设置10根系统锚杆 (φ25, L=3 m) , 间排距1 m, 梅花形布置;超前小导管及锁脚锚杆均与型钢拱架焊接牢靠。型钢拱架内外侧均布置一层φ6.5钢筋网 (15 cm×15 cm) , 网片与型钢拱架焊接牢靠;每完成一榀即喷C20混凝土封闭, 喷射厚度15 cm。
4) 施工程序。由于掌子面塌方体已堆至拱顶以上, 开挖时采用分上、下两部的分部开挖支护方式进行施工。利用塌方体修筑一个操作平台, 先进行掺水玻璃的双液灌注施工, 待涌水止住后再进行注浆小导管的施工, 待导管施工完成后开挖30 cm~40 cm进行钢支撑、连接筋、钢筋网与喷混凝土施工, 待此循环完成后再进行下一循环的施工。直至支撑至较好围岩洞段后再进行下半洞钢支撑的接腿施工。
4.2 2号支洞下游控制面K3+961 m~K3+985 m塌方段开挖支护处理
引水隧洞K3+961 m~K3+985 m段围岩地质结构较差, 岩体节理裂隙发育, 岩石产状差, 顶拱结构形成极不稳定体。在开挖施工过程中, 引水隧洞K3+961~K3+985段顶拱出现大塌方, 空腔高度大于8 m, 总塌方量约1 100 m3。
根据现场塌方情况, 该塌方段采用分上、下导坑分别进行处理的处理方案, 具体处理方案如下:
1) 上导坑处理方案。
超前支护。超前注浆小导管 (φ42×3.5, L=6 m) 环向120°布置, 间距30 cm, 环向间距30 cm, 纵向排距1.5 m。由于顶拱有渗水外渗, 对渗水量较大部位, 采用掺加水玻璃进行双液灌浆止水, 待涌水止住后再进行超前导管的注浆施工。
型钢支撑。采用Ⅰ20b工字钢型钢拱架, 间距60 cm;每榀钢拱架设置18根锁脚锚杆 (φ22, L=3 m) 。拱架之间采用Φ22钢筋连接, 间距50 cm。拱架上部铺设φ6.5 (15 cm×15 cm) 网片与型钢拱架焊接牢靠。
由于塌方空腔高, 顶拱上采用异型Ⅰ20b工字钢架加工而成的钢拱架, 工字钢应紧贴岩面。
系统支护及喷混凝土。跨过空腔后拱顶部分设置10根系统锚杆 (φ25, L=3.0 m, 间排距1.5 m梅花形布置) ;超前小导管及锁脚锚杆均与型钢拱架焊接牢靠。型钢拱架内外侧均布置一层φ6.5钢筋网 (15 cm×15 cm) , 网片与型钢拱架焊接牢靠;每完成一榀即进行C20喷混凝土封闭, 喷射厚度15 cm。
2) 下导坑处理方案。
为确保后期混凝土浇筑前开挖下导洞的施工安全, 使前期支护达到整体受力效果, 下导坑开挖时, 需预开挖Ⅰ20b工字钢支护尺寸, 下导坑Ⅰ20b工字钢拱架支撑与上导坑Ⅰ20b工字钢拱架连接成整圆。拱架之间采用Φ22钢筋连接, 间距100 cm均匀布置。
在塌方部位抢险施工期间, 需要增加的支护措施现场监理可根据以上原则及现场实际情况先行安排施工。
4.3 3号支洞控制上游连续软弱板岩段等典型洞段的开挖支护
卡基娃引水隧洞3号支洞上游控制段主要以连续软弱板岩为主, 且部分洞段有少量渗水, 开挖后出露围岩泥化较快, 围岩自稳性较差。
对此洞段的开挖, 爆破采用密孔、少药量、低进尺的开挖方式, 开挖后及时进行支护。对无渗水洞段, 支护以型钢支撑 (Ⅰ18, 间距100 cm) +系统锚杆 (φ25, L=3.0 m, 间排距1.5 m梅花形布置) +φ6.5钢筋网 (15 cm×15 cm) +喷12 cm厚C20混凝土支护为主。如遇渗水洞段, 则在进行型钢支撑后, 立即采用注浆小导管掺加水玻璃进行双液灌浆止水, 再进行锚杆和挂网喷混凝土处理。
5 结语
卡基娃水电站引水隧洞施工过程中部分洞段出现了复杂地质条件, 隧洞开挖施工相继出现了大断层、塌方和连续软弱板岩洞段, 因施工中采取的措施及时、合理, 使隧洞复杂地质洞段开挖未出现大的伤亡。结合卡基娃电站引水隧洞复杂地质条件洞段开挖支护与国内相关工程隧洞开挖支护经验, 水工隧洞对复杂地质条件洞段的开挖支护方案总结如下:
1) 作好地质勘查与隧洞开挖地质监测与预报, 为开挖方案制定提供依据。
2) 合理利用新奥法, 及早作好初期喷混凝土支护, 及时封闭开挖暴露围岩, 合理确定系统支护的喷锚参数。
3) 对于自稳时间短, 喷锚初期支护强度不足以稳定洞体的软弱破碎、浅埋软岩、严重偏压、岩溶、流泥、砂层、砂卵、砾层、破碎以及大面积淋水或涌水地层隧道施工, 可采用辅助措施和锚喷支护相结合的加固办法进行施工。
4) 地质条件较差, 围岩比较破碎的洞段开挖支护方案按“先深探、管超前、预注浆、小断面、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、常量测”的原则组织。
参考文献
[1]丁阳.复杂地质条件下隧道结构的设计与施工[J].施工技术, 2003 (8) :24-25.
[2]赫建岗.隧道超前小导管注浆工艺及注浆量计算的探讨[J].山西交通科技, 2004 (6) :17-18.