簡述采礦業系統工程新發展方向

摘 要：采礦工程以及系統工程隨著采礦業的發展逐漸派生出了一種新型的學科，即采礦系統工程，這種分支學科的形成是二者結合的產物。而文章主要就這種學科的理論以及其發展的現狀和趨勢做了分析探討。并以提高我國采礦技術為目的，對其工程的內涵做了必要的論述。

關鍵詞：新發展；趨勢；采礦系統工程

作為新型分支學科，采礦系統工程是結合了采礦工程和系統工程兩個學科而形成的。因此采礦系統中的理論以及基本原理和規律便成為了采礦系統工程的存在基礎，而系統工程中的現代數學分析方法以及系統論則是解決這門分支學科中所遇到的綜合工程的優化問題的重要手段和工具，這門新興的學科實際上就是為了適應采礦業的發展而興起的。

1 發展的現狀

采礦系統工程已經經歷了幾十年的時間去發展，并且對于采礦工程各個環節都開始出現了這種工程的影子。主要的影響表現在以下：首先是分析以及評價礦床的賦存條件，其次是計劃和設計礦山的開采；然后是評價礦山的建設以及項目的完成情況；并且在礦山的生產工藝上和穩定礦山的邊坡以及壓力上都具有著重要的作用；最后，爆破、排水以及環境問題都會被采礦系統工程所涉及。

1.1 地質系統

1.1.1 預處理地測數據

數據庫的應用也是目前采礦系統工程的主要特點，而存放的數據主要就是地測數據。近些年中，礦界開始廣泛的應用數據庫的技術，對各種各樣的地測數據進行了主題、集成以及時變以及非易事性等多重角度去整合。

1.1.2 評價資源以及計算儲量

對于礦量的計算一般都是使用的數學積分的方式，通過對聯系續的礦體進行塊狀的劃分，通過每一個方塊的單獨計算，再整合出整體礦藏的方式。這種方法別成為采礦系統工程的方塊法，連續的礦體由具有單獨集合坐標的離散型的方塊進行拼湊，然后通過數值計算的方式對整體礦巖量進行積分，從而得出整體礦巖量。在進行計算之后需要根據需要利用線框模型方式對整個礦產分布情況利用剖面圖或者是平面圖進行表達。這樣的模型大都是利用求交并差的方式利用了圖形學由計算機進行高精度的計算得出。雖然這種方式能夠推出地質圖形，并解決了作圖的一些問題，但是解決的力度還是不夠，在地質平面圖和剖面圖中還存在有很大程度的問題。目前所提出的一些其他的方式諸如，模糊數學法、人工神經網絡法。專家系統和拓撲結構都還不甚完善。

1.2 系統設計以及規劃礦山

1.2.1 求解產量以及產品

對于礦山的規劃是對產品的品種以及產量的規劃，采礦系統工程的日常應用中，使用最多的就是線性規劃。當然必要的時候整數規劃以及非線性規劃的方式也是必要的。礦山的利益最大化就是各個函數的目標，而約束的條件則包括了加工以及開采的各個技術要求。對于此類問題，經濟控制論也被一些學者提出進行研究，通過哈密爾頓的函數對最優的控制max值進行求解。而另一些專家則提出，動態規劃的綜合優化放是對產量以及便捷的品味進行規劃也可以利用到產量和產品的規劃中，或者通過井田=井型進行優化。除此之外，還有人通過遺傳算法對礦山的礦石品級進行組合。

1.2.2 設計開采地下礦石

（1）地下開拓系統。這種地下的開采設計通常在開拓以及運輸系統的設計中都是采用了專家系統進行確定，當然解析求極值的方法也可以利用，通過各項的費用計算累計得出一個模型，通過對這一數學模型的求解，得出最佳的方案。而計算機的模擬應用則是分析研究各個開拓運輸方案優劣好壞的最佳方式。

（2）地下采礦方法。采礦方法的選擇需要綜合考慮到地下的多種情況，目前的選擇方式是通過專家系統或者是模糊綜合評判法。首先要做的就是對方案進行可行性的整理，這就需要一系列的邏輯推理，而最后的決策就要通過模糊評判了。煤礦一般都是層狀分布的礦床，因此解析法是最可行的方式。通過對以各個工程費累計的數學模型進行求極值的處理，采用CAD技術對巷道進行布置和采準切割，這樣可以用最短的時間比較出各個方案的好壞。而在開拓以及切割和采準巷道的時候，對于空間關系的表達，三維立體圖往往是最佳方式。

（3）采掘計劃編制。人們常用線性規劃優化地下礦山采掘計劃。規劃中以最大贏利或最低成本作為目標，然后將各種開采技術要求作為約束條件。

1.3 礦山管理系統

1.3.1 礦山管理信息系統

近年來，國內外許多礦山都建立礦山管理信息系統，覆蓋地測、設計、計劃、設備、庫存、營銷、財會、人事等方面。近年來又由于ERP 等管理軟件的發展，更促使礦山管理信息系統向智能化決策支持系統發展，為中高級管理人員提供決策依據。

1.3.2 礦山生產過程監控

目前，礦山生產過程的監控還僅限于個別作業，尚未達到全過程自動控制。露天礦運輸作業成本約占總成本的60% ，目前，通過GPS衛星定位和多頻道無線電通訊，實現車-鏟-調度室之間的信息傳遞。在軟件上大多采用線性規劃加動態規劃的自動調度模式。

1.3.3 技術與方法

（1）數學規劃。這是采礦系統工程使用最早，也是最常用的一種數學手段。其中以線性規劃最為常用。動態規劃由于其分階段決策的特點，特別適合于采礦作業在時間上按年（月）、在空間上按層（階段）的特點，應用也很廣泛。

（2）圖論與網絡。采礦界最常用的是網絡計劃技術，從事項目施工管理，包括工序流程網絡圖繪制、時間參數計算、工期與人力配置優化等，都有比較成熟的商業軟件。另一項常用的技術是最短路問題，用于解決礦巖運輸路線。

（3）計算機模擬。由于采礦系統復雜多變，很難寫出嚴格的數學表達式，因此計算機模擬常被用來研究各開采方案的動態效果。

2 發展新趨勢

2.1 多種研究方法的綜合應用。這就需要采用綜合性研究方法以解決綜合性課題，這也正反映了現代系統工程的特點。

2.2 多項內容的綜合分析決策。采礦系統工程在系統結構上普遍具有多層次、多環節，各子系統之間的關系比較復雜，還由于不同地區的礦山所開采的礦產資源條件不同，而造成同項內容的系統各異性。在處理和解決某一問題時，往往涉及的內容多，互相影響大，所以需要并且正在朝著多項內容綜合分析決策的方向發展。

2.3 計算機應用與可視化功能的密切結合。不但采礦系統工程決策的結果需要體現在工程設計圖上，而且醒目的圖象顯示將成為交互式工程設計的有效手段。隨著計算機的飛速發展，將更多在計算機上實現二維和三維實體圖象顯示和輸出。動畫顯示與VR（虛擬現實）技術得到廣泛的應用。

2.4 嚴格優化技術正向實用要求逼近。在采礦系統工程的早期，人們利用運籌學得出采礦問題的最優解，然而常常偏離采礦的工藝技術要求。CAD技術的出現，又促使人們將傳統的設計方法轉用計算機實現，但卻忽視了優化的目標。目前的趨勢是在人-機的交互作用下實現決策的優化，并盡可能提高作業的自動化程度。

2.5 新興學科及邊緣學科在采礦工程中的應用將繼續迅速發展。采礦工程學科也不斷從其他學科的發展吸取營養。

2.6 跨學科的聯合研究。隨著系統研究對象的不斷發展，跨學科的研究工作已經成為客觀發展的必然趨勢。例如在地質勘探及建模方面，地質學理論、各種物探方法（如地震、重力和電磁等）、計算機模擬技術、數字處理及圖象自動生成技術等正在聯合起來。

3 結束語

采礦系統工程作為一門新興學科，已促進了采礦技術的高速發展，但是還有很多不足，需要與系統工程進一步結合研究。與其它相關學科和新興學科進行聯合研究，需要在采礦工程實踐與采礦系統工程理論研究緊密結合，共同推動我國及世界采礦系統的發展，以提高我國采礦系統技術，提高采礦系統企事業單位的生產效率。