地下鈾礦開采可靠性研究

蔣巍

摘 要：地下鈾礦開采是一項系統化的柔性工程，它是有多種子系統構成的，在層次以及影響因素上都具有多樣性，它對安全生產有著極高的要求，尤其是在礦井通風、礦山爆破上更是如此。在這種情況下，受其復雜的開采環境、網絡化的生產安全系統以及事故多樣化的誘因等的影響，研究其開采的可靠性勢在必行。本文以相關理論以及多智能體等技術的運用為指導，研究分析了某地下鈾礦山在建立其可靠性開采模型上的相關情況，這對實際優化維修地下鈾礦以及生產計劃的合理安排有著極大的現實意義以及借鑒價值。

關鍵詞：地下鈾礦 開采 可靠性

中圖分類號：TD86 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0088-02

1 多智能體系統相關理論

1.1 Agent的基本概念

1986年，馬文·明斯基出版了一本名為《心智社會》的著作，在該書中，第一次提出了“Agent”一詞。在明斯基看來，現實世界中的許多問題都要由個體協商后才能真正被解決，在這個過程中，那些加入協商的就被稱作Agent。自此之后，計算機科學技術以及人工智能等相關領域中就出現了智能體的相關概念并由此向其他研究領域蔓延。一般而言，Agent擁有4種顯著特點，其一是自主性，其二是交互性，其三是反應性，其四是主動性。

1.2 Multi-Agent系統理論

所謂的多智能體通常指的就是多智能體技術或系統，其中多智能體系統簡稱MAS。對于分布式人工智能而言，MAS是極為重要的分支。一般而言，若是單Agent受相應功能的限制無法解決一定問題時，就會用到MAS，通常是在一定規則的要求下實現單Agent間的協作與通訊，大多運用在復雜而大型的系統上。

對于地下鈾礦而言，其安全生產的相關系統極為復雜，它要在確保安全的基礎上，將爆破、開采以及運輸等相應功能集為一體。以該系統的相關特點以及工藝特征為標準，該系統可被分成6種單智能體：其一是主控Agent，其二是爆破Agent，其三是采裝Agent，其四是運提Agent，其五是通風Agent，其六是控制污染物Agent。

2 地下鈾礦開采多智能體系統可靠性優化實現

2.1 某地下鈾礦山基本概況

本文以嶺南地區的一個地下鈾礦作為研究對象，其鈾礦是低品位花崗巖型。總體來看，該礦床的面積達到了1550m×1000m，在該范圍之內有兩千余個礦體。當單裂縫控制礦體時，礦體會簡單地呈現板狀或脈狀形態。那些礦體大多都是中小型規模，開采資源的標高都要>40m，走向長度最大為325m，傾向長度則最大為225m，厚度在0.15～15.57m的范圍之間，平均應該達到1.5m。礦山在炮孔上呈上向中深形態，是依據扇形排面來安排的，與鑿巖平巷相垂直，采用機械通風。

2.2 某地下鈾礦山開采多智能體系統可靠性優化控制

爆破Agent會用到ANFIS工具箱來建立相應的礦石爆破模型，以此來對相應的參數進行確定，其中主要涉及到了幾種系統必需的輸入參數，其一是孔間距，其二是排間距，其三是空間補償系數，其四是最低抵抗線，其五是炸藥單耗，其六是炮孔密集系數。然后該系統會輸出爆破大功率等相應參數并使之歸一化，再把數據中的前46組當作訓練數據，后4組當作對比數據，調用ANFIS來建模，將訓練誤差控制在大約0.0017999的精度上。而要想預防氡可能造成的傷害，確保礦井作業人員的健康，要將井下空氣里氡的濃度控制在國家規定值之下，也就是不能高于2.7kBq/m3。從實際調查的相關數據可知，針對氡活度，應該取0.5作為其校正系數，3.08×l05Bq/s作為其釋放速率，10.8m與5.5m分別作為其橫向與垂直擴散參數，利用免疫遺傳算法來迭代優化求解爆破模型。

從其具體生產的相關情況來看，要重視對采裝以及運提等相關系統的建立，串聯相關設備，其可靠性情況可見表1。統計生產環節的相關資料，以其回歸分析結論為標準，可以明了維修設備的相應費用變動對其可靠性的影響，并算出回歸系數a。然后把維修設備的總費用b輸入到相關模型中，就能利用相關算法來得出相應設備的可靠度。

經過優化，在系統最大化可靠度的前提下，相應設備的可靠度出現了一定的變動，其中R1'為0.8215，R2'為0.9621，R3'為0.9346，R4'為0.8968，R5'為0.8617和R6'為0.9449。由此可知，當維修總費用不變時，關鍵設備R2'、R3'、R5'、R6'被提高，非關鍵設備R1'、R4'被合理降低，就能確保系統的可靠度達到最大標準，即使得R'為0.5394。這時與原來的0.4881相比，有了10.5%的提高。因此，在維護成本受限的情況下，利用常規建模與免疫遺傳優化算法能夠找出有效最大化系統可靠性的方法。具體來看，其相關情況可見表2。

通風Agent則會利用專家評估、現場檢查以及分析層次等相關方法來得到通風網絡系統及其子系統的相關數據。然后運用相應算法來展開優化求解。

最后則是針對其集成模型來展開迭代優化求解，最終可得出系統優化后能夠達到0.918的最佳可靠度，這就完成了完全優化系統集成以及分布式自治。通常情況下，可靠性有5種等級，其一是不可靠，即可靠度在0～0.6；其二是較為不可靠，可靠度在0.6～0.7；其三是一般，可靠度在0.7～0.8；其四是較為可靠，可靠度在0.8～0.9；其五是可靠，可靠度在0.9～1.0。安全監督相關部分評價該礦井達到了可靠等級。在礦山實際開展安全生產時，要及時對爆破、通風以及運輸等相關參數進行調整，確保優化控制其安全生產系統，從而實現其管理效率的提高以及決策的最優化。

3 結語

本文針對某地下鈾礦山建立了相應的模型并使之在實際安全生產中得到了運用，利用實際案例來對該可靠性模型進行了驗證，確保其可行性。在控制氡濃度符合標準的基礎上，通過有效方法保證了該系統的安全運行，這對開采鈾礦山在相關決策上起到了支撐作用并對制定其安全生產計劃有著重要的現實意義。

參考文獻

[1] 葉勇軍，丁德馨，鐘永明，等.留礦法采場爆破鈾礦堆氡滲流析出規律的理論研究[J].原子能科學技術，2013，47（10）：1674-1679.

[2] 戴劍勇，陳曉輝.基于Simevents/Stateflow的礦山運提系統可靠性仿真分析[J].礦業研究與開發，2015（8）：97-101.

[3] 高飛.鈾礦山通風系統可靠性分析與評價[D].衡陽：南華大學，2015.

[4] 李秦，符可軍，張森永，等.鈾礦井下反射四通非電起爆網 路可靠性分析[J].中國礦業，2012（21）：484-487.endprint