简述采矿业系统工程新发展方向

简述采矿业系统工程新发展方向

摘要：采矿工程以及系统工程随着采矿业的发展逐渐派生出了一种新型的学科，即采矿系统工程，这种分支学科的形成是二者结合的产物。而文章主要就这种学科的理论以及其发展的现状和趋势做了分析探讨。并以提高我国采矿技术为目的，对其工程的内涵做了必要的论述。

关键词：新发展；趋势；采矿系统工程

作为新型分支学科，采矿系统工程是结合了采矿工程和系统工程两个学科而形成的。因此采矿系统中的理论以及基本原理和规律便成为了采矿系统工程的存在基础，而系统工程中的现代数学分析方法以及系统论则是解决这门分支学科中所遇到的综合工程的优化问题的重要手段和工具，这门新兴的学科实际上就是为了适应采矿业的发展而兴起的。

1 发展的现状

采矿系统工程已经经历了几十年的时间去发展，并且对于采矿工程各个环节都开始出现了这种工程的影子。主要的影响表现在以下：首先是分析以及评价矿床的赋存条件，其次是计划和设计矿山的开采；然后是评价矿山的建设以及项目的完成情况；并且在矿山的生产工艺上和稳定矿山的边坡以及压力上都具有着重要的作用；最后，爆破、排水以及环境问题都会被采矿系统工程所涉及。

1.1 地质系统

1.1.1 预处理地测数据

数据库的应用也是目前采矿系统工程的主要特点，而存放的数据主要就是地测数据。近些年中，矿界开始广泛的应用数据库的技术，对各种各样的地测数据进行了主题、集成以及时变以及非易事性等多重角度去整合。

1.1.2 评价资源以及计算储量

对于矿量的计算一般都是使用的数学积分的方式，通过对联系续的矿体进行块状的划分，通过每一个方块的单独计算，再整合出整体矿藏的方式。这种方法别成为采矿系统工程的方块法，连续的矿体由具有单独集合坐标的离散型的方块进行拼凑，然后通过数值计算的方式对整体矿岩量进行积分，从而得出整体矿岩量。在进行计算之后需要根据需要利用线框模型方式对整个矿产分布情况利用

剖面图或者是平面图进行表达。这样的模型大都是利用求交并差的方式利用了图形学由计算机进行高精度的计算得出。虽然这种方式能够推出地质图形，并解决了作图的一些问题，但是解决的力度还是不够，在地质平面图和剖面图中还存在有很大程度的问题。目前所提出的一些其他的方式诸如，模糊数学法、人工神经网络法。专家系统和拓扑结构都还不甚完善。

1.2 系统设计以及规划矿山

1.2.1 求解产量以及产品

对于矿山的规划是对产品的品种以及产量的规划，采矿系统工程的日常应用中，使用最多的就是线性规划。当然必要的时候整数规划以及非线性规划的方式也是必要的。矿山的利益最大化就是各个

函数的目标，而约束的条件则包括了加工以及开采的各个技术要求。对于此类问题，经济控制论也被一些学者提出进行研究，通过哈密尔顿的函数对最优的控制max值进行求解。而另一些专家则提出，动态规划的综合优化放是对产量以及便捷的品味进行规划也可以利用到产量和产品的规划中，或者通过井田=井型进行优化。除此之外，还有人通过遗传算法对矿山的矿石品级进行组合。

1.2.2 设计开采地下矿石

（1）地下开拓系统。这种地下的开采设计通常在开拓以及运输系统的设计中都是采用了专家系统进行确定，当然解析求极值的方法也可以利用，通过各项的费用计算累计得出一个模型，通过对这一数学模型的求解，得出最佳的方案。而计算机的模拟应用则是分析研究各个开拓运输方案优劣好坏的最佳方式。

（2）地下采矿方法。采矿方法的选择需要综合考虑到地下的多种情况，目前的选择方式是通过专家系统或者是模糊综合评判法。首先要做的就是对方案进行可行性的整理，这就需要一系列的逻辑推理，而最后的决策就要通过模糊评判了。煤矿一般都是层状分布的矿床，因此解析法是最可行的方式。通过对以各个工程费累计的数学模型进行求极值的处理，采用cad技术对巷道进行布置和采准切割，这样可以用最短的时间比较出各个方案的好坏。而在开拓以及切割和采准巷道的时候，对于空间关系的表达，三维立体图往往是最佳方式。

（3）采掘计划编制。人们常用线性规划优化地下矿山采掘计划。

规划中以最大赢利或最低成本作为目标，然后将各种开采技术要求作为约束条件。

1.3 矿山管理系统

1.3.1 矿山管理信息系统

近年来，国内外许多矿山都建立矿山管理信息系统，覆盖地测、设计、计划、设备、库存、营销、财会、人事等方面。近年来又由于erp 等管理软件的发展，更促使矿山管理信息系统向智能化决策支持系统发展，为中高级管理人员提供决策依据。

1.3.2 矿山生产过程监控

目前，矿山生产过程的监控还仅限于个别作业，尚未达到全过程自动控制。露天矿运输作业成本约占总成本的60% ，目前，通过gps卫星定位和多频道无线电通讯，实现车-铲-调度室之间的信息传递。在软件上大多采用线性规划加动态规划的自动调度模式。

1.3.3 技术与方法

（1）数学规划。这是采矿系统工程使用最早，也是最常用的一种数学手段。其中以线性规划最为常用。动态规划由于其分阶段决策的特点，特别适合于采矿作业在时间上按年（月）、在空间上按层（阶段）的特点，应用也很广泛。

（2）图论与网络。采矿界最常用的是网络计划技术，从事项目施工管理，包括工序流程网络图绘制、时间参数计算、工期与人力配置优化等，都有比较成熟的商业软件。另一项常用的技术是最短路问题，用于解决矿岩运输路线。

（3）计算机模拟。由于采矿系统复杂多变，很难写出严格的数学表达式，因此计算机模拟常被用来研究各开采方案的动态效果。

2 发展新趋势

2.1 多种研究方法的综合应用。这就需要采用综合性研究方法以解决综合性课题，这也正反映了现代系统工程的特点。

2.2 多项内容的综合分析决策。采矿系统工程在系统结构上普遍具有多层次、多环节，各子系统之间的关系比较复杂，还由于不同地区的矿山所开采的矿产资源条件不同，而造成同项内容的系统各异性。在处理和解决某一问题时，往往涉及的内容多，互相影响大，所以需要并且正在朝着多项内容综合分析决策的方向发展。

2.3 计算机应用与可视化功能的密切结合。不但采矿系统工程决策的结果需要体现在工程设计图上，而且醒目的图象显示将成为交互式工程设计的有效手段。随着计算机的飞速发展，将更多在计算机上实现二维和三维实体图象显示和输出。动画显示与vr（虚拟现实）技术得到广泛的应用。

2.4 严格优化技术正向实用要求逼近。在采矿系统工程的早期，人们利用运筹学得出采矿问题的最优解，然而常常偏离采矿的工艺技术要求。cad技术的出现，又促使人们将传统的设计方法转用计算机实现，但却忽视了优化的目标。目前的趋势是在人-机的交互作用下实现决策的优化，并尽可能提高作业的自动化程度。

2.5 新兴学科及边缘学科在采矿工程中的应用将继续迅速发展。采矿工程学科也不断从其他学科的发展吸取营养。