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采矿系统工程的发展与新趋势

  • 投稿霸霸
  • 更新时间2015-09-23
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张兴国

(同煤大唐塔山煤矿,山西 大同 037000)

【摘要】采矿系统工程是将采矿工程和系统工程相联系的一项综合工程。本研究首先介绍改系统工程的原理,然后从各种系统着手分析,最后针对当前的发展现状,预示未来采矿系统的发展趋势。

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关键词 采矿系统工程;发展;新趋势

通过调查研究笔者发现,以往的采矿工程无论从应用学科上还是开采方法上往往都是单一的,忽略了系统性和综合性。此外在知识的综合运用上也常出现脱节现象,因此需要运用系统工程的理念和方法,实现学科之间的渗透与交叉。

1 采矿系统工程的基本概况

1.1 国内的发展现状

21世纪以来,随着我国工业化进程的加快,人口规模的逐渐增大,对矿产资源的需求也越来越大。通过调查研究,笔者将现今我国的矿产资源状况总结为以下几点,第一是一些用量相对较少的矿产现存量较多,而需求量高的矿产则存量较少,这与现阶段人们生产生活的需求存在矛盾,需要适当调整。第二、我国矿产总资源丰富,但由于人口基数众多,使得人均矿产资源量相对不足。第三、很多地下资源难以开采,即使现存量丰富,但是没能找到合适的开采方法,便未能达到合理应用。最后我国矿产资源的分布区域不均匀。[1]近些年来采矿系统工程的理念被提出,采矿系统工程是在采矿工程原理的基础上,利用系统论、数学、统筹等方法进行分析的一门学科。采矿系统工程经过几十年的发展,已深入到采矿工程的各个领域。从国内外的角度来看,我国在采矿工业上起步较晚,在技术上仍存在着很多技术瓶颈。相比西方发达国家,仍然存在较大差距。对于我国当前的矿质开采,其研究范围则主要包括以下几个方面:矿床附加条件的分析与评价;矿山开采设计规划;矿山建设与项目评价;矿山生产工艺系统;矿山压力及边坡稳定等。

1.2 采矿系统工程的原理

我国已发现168种矿产,探明有储量的矿产157种,其中能源矿产9种,金属矿产54种,非金属矿产91种,水气矿产3种。已发现矿床、矿点20多万处。我国是世界上矿产资源总量丰富,矿种比较齐全的少数几个资源大国之一。但是经过很多年的开采,再加上很多采矿方法的不合理,我国的矿产资源已濒临枯竭,因此我们需要依据采矿系统工程的原理,科学开采。采矿系统工程是将系统工程的原理、理论和方法与采矿的方法、概况结合起来,最后运用数学、计算机等统筹学的方法进行处理。首先介绍采矿系统工程的应用学科,系统工程和采矿工程作为基础,目前也已广泛应用了统筹学的方法,如线性规划、整体规划、动态规划等规划理念,再结合计算机中的先进技术,如系统模拟、系统动态学、人工智能学、决策支持系统、人工智能、专家系统等。

2 采矿系统工程的基本理解

2.1 矿山地质系统

矿山地质系统包括以下几个方面,首先是从整体上进行地测数据的预处理,其中数据来源包括每年的地质勘探资源结果、各地的矿产资源记录等,然后对收集来的数据进行分类、汇总、整理。根据调查目的的不同采取不同的分类标准,将矿产数据进行分类,可以运用一些计算机软件协助整理,如Microsoft Excel,对收集来的数据进行预处理。预处理工作结束后,是矿产储量进行计算和资源评价。计算时,按照之前划分的分类标准,将调查样地分为各个领域,在此基础上针对矿产资源的数量、质量等不同评价因子进行分析。评价包括用软件处理和借助专家系统进行评定,常用的操作软件如如早期的dBASE/FoxBase、Foxpro以及近年的Access/Oracle。专家系统也是一个智能化的计算机操作系统,利用专家多年的经验和方法,对实践中的问题进行分析和评价。

2.2 矿山规划与设计系统

针对矿山规划与设计系统,首先需要对矿山产量与产品进行评价。上述提到我国矿产资源中存在的一个普遍问题,即很多矿产存在于地下,由于采矿方法的限制,尚未开采利用。矿山产量与产品的计算,大多利用线性规划的方法进行,当然有时也采用非线性规划、整体规划等方法。[2]以获得最大的经济社会收益为目的,限制条件则是开采方法与技术。对于地下开采,首先需要运用计算机模拟的方法,借助专家系统的辅助,进行矿山开采与运输管道的模拟建设,当然为了更好的再现地下矿山的地质环境,最好借用三维立体图形来展示。然后,根据实际地质环境的特点,考虑真实条件下的限制条件,实现虚拟设置的再现,最后针对开采结果,进行资源投资分析。并将每次的地质勘测结果作为日后实践的经验,在保证人们人身安全和实现最大经济社会收益的基础上,避免出现同样的失误。

2.3 矿山生产工艺系统

矿山生产工艺系统重在开采工艺与设备的选择,具体来讲,需要考虑影响矿质因素的权值,并用人工神经网络解算。还可以运用数学方法,针对当地的地质环境,建立合理的数学模型,借助模型来反映整个生产工艺流程。在建立模型时,除了应用型的处理之外,还要检验模型的合理性,从而选择最优的模型,也即模型的优化建设。对于工艺设备的选择,则要跟进市场或该领域的发展状况,尽量选用较新型的设备,这样可以实现更多的功能,在实践过程中,提高工作效率。工艺与设备选择后,便是开采工艺过程的分析,除了上述提到的检验模型的合理性之外,还要针对所开采得到的矿产的种类、质量、数量进行客观性的评价,同样借助计算机模拟、专家系统分析等方法进行。

2.4 矿山管理信息系统

上述笔者详细介绍了采矿系统工程的几种系统矿山地质系统、矿山规划与设计系统、矿山生产工艺系统,通过上述具体介绍,可以基本明确采矿工程的工作内容和技术要领。但,虽然采矿工程是一项工程性质的产业,但是随着现代科学技术的发展,采矿产业也需要加入现代科技的元素,在完成其基本工作内容的基础上,加快工作效率,保障工作效果。并且笔者通过调查发现,近年来,国内外已经有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、人事等工作。

3 采矿系统工程的发展新趋势

依据现今的发展状况,笔者将采矿系统工程的发展趋势归结为以下几点:第一是多种研究方法的综合运用,该类工程作为一项综合性的工程存在,只采用一种方法是不能够实现的。第二是新学科、新技术的发展与应用。随着计算机技术的发展更新,为采矿系统工程也提供了更多的理念与方法。[3]第三是计算机运算与实际环境的有机结合,由于地质环境的复杂性,尤其是地下矿质资源则更难开发,针对这些现状,利用计算机甚至是开发性机器人进行矿质资源的首次勘探,并将这些操作过程与后台计算机管理记录结合在一起,这样不仅可以更大程度上保证采矿工人的安全,还可以减少劳动力的支出,仅仅需要很少的技术工人进行控制即可实现矿质的开采与利用。

4 结语

笔者上述主要对国内外采矿工程的发展现状,采矿工程应用的基本原理,以及从四个主要的矿山系统(矿山地质系统、矿山规划与设计系统、矿山生产工艺系统、矿山信息管理系统)进行论述,可以基本明确采矿工程的工作内容和发展概况。采矿系统工程在矿业系统工程中作为最重要的学科,占据着非常重要的位置。掌握好采矿工程的技术和发展要领,可以很大程度上提高采矿系统企事业单位的生产效率。

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参考文献

[1]邵登陆,岳宗洪,张宏文.采矿系统工程的发展现状与新趋势[J].中国矿业,2011,14(21):153-198.

[2]云庆夏,陈永锋,卢才武.采矿系统工程的现状与发展[J].中国矿业,2012,15(52):256-290.

[3]刘建华,邵传玲,岳宗洪.采矿系统工程的发展与新趋势[J].现代矿业,2013,34(11):453-548.

[责任编辑:薛俊歌]