采礦系統(tǒng)工程的現(xiàn)狀與發(fā)展

侯鳳林

（加拿大希爾威礦業(yè)湖南云翔礦業(yè)有限公司，湖南 邵陽(yáng)422000）

0 概述

自1950年來(lái)以來(lái)，世界逐漸和平發(fā)展，科學(xué)也逐漸向前邁進(jìn)，然后工業(yè)化的社會(huì)對(duì)資源和環(huán)境造成了極大的破壞，同時(shí)人們面臨的問(wèn)題也逐漸復(fù)雜化，問(wèn)題也許靠不相關(guān)，但卻相互聯(lián)系。面對(duì)此類(lèi)跨度如此大的問(wèn)題，光靠傳統(tǒng)的思維方法不行，因此出現(xiàn)了一門(mén)新興的學(xué)科--系統(tǒng)工程。系統(tǒng)工程是以一種科學(xué)的思維邏輯處理眾多繁雜的數(shù)據(jù)。但這種方法首先是誕生于軍事和工程中，也是逐漸從這里發(fā)展起來(lái)，應(yīng)用于社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域。在70年代以后，系統(tǒng)工程發(fā)展的趨勢(shì)卻逐漸的與其他學(xué)科相互融合如經(jīng)濟(jì)，生態(tài)方面。影響力的擴(kuò)增，促使更多人去研究它，因而在眾多人的建議下，在維也納成立了國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所。其后，慢慢的應(yīng)用于采礦工程中，從而也迅速的提高采礦效率和采礦作業(yè)的安全性。因而采礦系統(tǒng)工程學(xué)的研究意義非同反響。

采礦系統(tǒng)工程與其他工程技術(shù)相比，大致相似，但卻又不凡之處，而正是這些不凡之處，使大大的提供了生產(chǎn)效率和采礦作業(yè)的安全性。而對(duì)此與一般的工程技術(shù)做了比較，采礦系統(tǒng)工程大致有以下的三個(gè)特點(diǎn)：

采礦工程涉及面廣，操作要點(diǎn)散，影響因素較多，需要綜合協(xié)調(diào)作為一個(gè)整體。過(guò)去采礦工程，經(jīng)常一邊在單個(gè)操作或鏈路，但是在系統(tǒng)工程的幫助下，使人們有意識(shí)地把挖掘問(wèn)題，全面整合其在礦山規(guī)劃中。

開(kāi)采過(guò)程中涉及許多學(xué)科，過(guò)去出現(xiàn)知識(shí)的寬度跟不上采礦系統(tǒng)工程的不斷深入。隨著系統(tǒng)的工程的深入，許多學(xué)科的相互滲透，相互交叉，如在深入過(guò)程中采礦系統(tǒng)工程學(xué)借鑒的安全系統(tǒng)工程，邊坡工程程，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)科。

采礦工程是人類(lèi)歷史最悠久的技術(shù)之一，因而長(zhǎng)期積累了許多經(jīng)驗(yàn)，往往對(duì)經(jīng)驗(yàn)過(guò)于注重，而缺少定量的計(jì)算。但系統(tǒng)工程發(fā)展至今融入了現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，可以對(duì)于以往傳統(tǒng)的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)榱硕糠治觯瑥亩岣邷?zhǔn)確性，對(duì)決策的判斷的起著不容小覷的作用。

1 采礦系統(tǒng)工程的現(xiàn)狀

幾經(jīng)數(shù)載，采礦系統(tǒng)工程不斷成熟，下面介紹采礦系統(tǒng)工程學(xué)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀。

首先是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在采礦工程學(xué)的應(yīng)用。在采礦系統(tǒng)工程中，如線性規(guī)劃，整數(shù)規(guī)劃，非線性規(guī)劃，動(dòng)態(tài)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)流，多目標(biāo)決策，可靠性理論等一系列利用數(shù)學(xué)工具和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用于采礦系統(tǒng)工程中，成為一種常用的手段。

其次是信息科學(xué)的迅速發(fā)展在采礦系統(tǒng)工程學(xué)的應(yīng)用。在信息科學(xué)中的任何進(jìn)展將很快在采礦系統(tǒng)工程采用。例如20世紀(jì)中葉，人們發(fā)明了探礦專(zhuān)家系統(tǒng)。另一個(gè)例子是全球定位系統(tǒng)(GPS)的出現(xiàn)給采礦作業(yè)帶來(lái)方便，因?yàn)槠淙菀资占浇牡孛睬闆r以及后面出現(xiàn)的地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感系統(tǒng)(RS)來(lái)到后不久，在已應(yīng)用于采礦業(yè)。

早期的dBASE,FoxBase和近年來(lái)開(kāi)發(fā)出的FxoPro和Access等等數(shù)據(jù)庫(kù)軟件被廣泛的應(yīng)用于礦業(yè)系統(tǒng)工程中來(lái)儲(chǔ)存被測(cè)量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)在采礦系統(tǒng)工程學(xué)的應(yīng)用標(biāo)志著采集的各種數(shù)據(jù)能開(kāi)始被整合在一起。在勘察地面時(shí)，獲得的測(cè)量地面的數(shù)據(jù)，它被應(yīng)用于來(lái)觀察礦位在地面上的分布以及此處礦石的厚度等。為了表達(dá)礦物分布的圖像，也就是常說(shuō)的組件的井眼內(nèi)的分布，如澳大利亞的Surpac礦業(yè)軟件。

多邊形法，距離平方反比法，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法是在采礦系統(tǒng)工程中估計(jì)礦石品位三種常用的方法。多邊形法與距離平方法和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相比，較為粗糙簡(jiǎn)略。主要應(yīng)用在尋找高密度礦如鈾礦方面。距離平方反比法考慮了距離方面的影響，對(duì)待每塊鉆距離段的距離的平方的倒數(shù)作為分配給每個(gè)鉆孔的權(quán)重，這是一種常見(jiàn)的方法。地統(tǒng)計(jì)學(xué)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的應(yīng)用遵循線性估計(jì)，無(wú)偏估計(jì)的原則和最佳估計(jì)數(shù)。20世紀(jì)80年代以后，提出了許多非線性統(tǒng)計(jì)學(xué)，如析取克立格法。當(dāng)然，人們已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于在采礦方面的分析。并且還有些學(xué)者已經(jīng)應(yīng)用人工智能網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法，開(kāi)辟了一條新道路。

用分散的方塊拼湊成原來(lái)完整連續(xù)的礦石，每個(gè)方塊都有其自身的幾何形狀和礦巖量，這就是采礦系統(tǒng)工程學(xué)常用的方塊方法，當(dāng)然其中礦巖量能通過(guò)數(shù)學(xué)的積分方法算出。

當(dāng)然還有精確度更為高的線框模型法,此法常用剖面圖和礦石的平面圖來(lái)設(shè)計(jì)礦石。這種模型下對(duì)于礦量的計(jì)算，常常根據(jù)圖上的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)通過(guò)交差井的算法來(lái)計(jì)算。精確度雖然高，但是如何作出剖面圖一大難點(diǎn)，在目前的研究中，還沒(méi)很好的解決辦法，即便引用了專(zhuān)家系統(tǒng)，遺傳算法，人工智能網(wǎng)絡(luò)等方法。

目前，除了采取剖面圖這中圖像方法還有更為立體的建立三維實(shí)體模型法。當(dāng)然這個(gè)軟件國(guó)內(nèi)并沒(méi)有能力開(kāi)發(fā)，目前普遍應(yīng)用的是澳大利亞Maptek公司研發(fā)的VALCAN軟件。在一系列的地質(zhì)剖面上的方塊，以拉伸成三維實(shí)體的基礎(chǔ)上，因此可以得出一個(gè)不同的位置，每個(gè)下礦體截面的方向。

目前在地址勘察中，通產(chǎn)使用模糊綜合評(píng)價(jià)來(lái)判斷礦產(chǎn)資源，首先是建立一個(gè)加權(quán)系數(shù)以及建立起一個(gè)完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，再通過(guò)模糊評(píng)價(jià)和灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。當(dāng)然也有人采用人工智能網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前，基本形成了以收益法的評(píng)估方法。近年來(lái)也在探索期權(quán)估值方法或者應(yīng)有其他方法估值。

2 發(fā)展趨勢(shì)

采礦系統(tǒng)工程學(xué)是采礦工程和系統(tǒng)工程相結(jié)合的學(xué)科，一方面它遵循系統(tǒng)工程的規(guī)律又得遵循系統(tǒng)工程理論，但又區(qū)別于傳統(tǒng)工程技術(shù)，因?yàn)樗鼧O大的提高了生產(chǎn)效率和采礦作業(yè)安全性。另一方面，因?yàn)閿?shù)據(jù)龐雜又繁多，它的依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理，所以仍和一方面的發(fā)展，都能起著推動(dòng)作用。

跨學(xué)科，綜合應(yīng)用多種方法。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，采礦業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。決定開(kāi)采系統(tǒng)中，如果只在一個(gè)特定的方法依賴(lài)于單一主體中，通常難以達(dá)到預(yù)期的效果。露天礦電鏟-卡車(chē)調(diào)度的例子。它涉及到硬件GPS，無(wú)線通訊，計(jì)算機(jī)，其軟件包括一個(gè)全面的測(cè)量方法調(diào)整，線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃，數(shù)據(jù)處理解決方案集成研究項(xiàng)目課題，這是現(xiàn)代系統(tǒng)工程的特征的反映。

多項(xiàng)目方向?yàn)榇笮拖到y(tǒng)。采礦工程，多層次，多環(huán)節(jié)的架構(gòu)，需要在全球一般的最優(yōu)化。在過(guò)去，是根據(jù)個(gè)人的最優(yōu)化，它已擴(kuò)大視野，著眼于更廣泛的研究，更大的物體。特別是，采決策支持系統(tǒng)的發(fā)展，但是需要的起點(diǎn)的一個(gè)更高的水平。近年來(lái)，宏觀經(jīng)濟(jì)研究指的是大型系統(tǒng)，巨系統(tǒng)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等，已日益被的采礦工人認(rèn)可。

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