采礦系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀與新趨勢(shì)

朱廣亮

摘 要 采礦系統(tǒng)工程是由采礦工程與系統(tǒng)工程相結(jié)合而形成的一個(gè)新的學(xué)科分支，在礦業(yè)系統(tǒng)工程研究中，已經(jīng)占據(jù)重要地位。研究采礦系統(tǒng)工程，特別是煤礦系統(tǒng)工程，不但有利于提高我國(guó)及世界的采礦技術(shù)和安全技術(shù)，而且還能給采礦系統(tǒng)企業(yè)帶來(lái)豐厚經(jīng)濟(jì)效益和提高安全保障?，F(xiàn)概括了采礦系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論與技術(shù)，介紹了采礦系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了采礦系統(tǒng)工程的發(fā)展的新趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 采礦系統(tǒng)；采礦系統(tǒng)工程；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

前言

采礦系統(tǒng)工程是根據(jù)采礦工程內(nèi)在規(guī)律和基本原理，以系統(tǒng)論和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法，研究和解決采礦工程綜合優(yōu)化問題的采礦工程學(xué)科分支，這也是適應(yīng)采礦系統(tǒng)工程發(fā)展需要而新起的一門新學(xué)科。首先，由于采礦工程涉及面廣、作業(yè)點(diǎn)分散、影響因素多，需要從總體上進(jìn)行全面協(xié)調(diào)，這就需要借助系統(tǒng)工程來(lái)發(fā)揮；其次，采礦過程涉及許多學(xué)科，以往有脫節(jié)的現(xiàn)象。通過與系統(tǒng)工程結(jié)合發(fā)展，研究學(xué)科之間的相互滲透和交叉，出現(xiàn)安全系統(tǒng)工程、邊坡系統(tǒng)工程、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)等邊緣學(xué)科；再次，采礦工程是一門古老的技術(shù)，常常依賴于經(jīng)驗(yàn)判斷而不是精密計(jì)算。通過采礦系統(tǒng)工程引入各種現(xiàn)代數(shù)字和計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以將許多定性分析轉(zhuǎn)化為定量決策，大大提高了采礦工程的科學(xué)性，使其發(fā)展成為一門利用現(xiàn)代高科與系統(tǒng)工程結(jié)合優(yōu)化的新型學(xué)科，這也為我國(guó)采礦工程帶來(lái)新的活力和發(fā)展。

1 采礦系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀

采礦系統(tǒng)工程經(jīng)過幾十年的發(fā)展，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，已經(jīng)深入到采礦工程的各個(gè)領(lǐng)域，如礦床賦存條件的分析與評(píng)價(jià)、礦山建設(shè)及項(xiàng)目評(píng)價(jià)、礦山生產(chǎn)工藝系統(tǒng)和礦山壓力及邊坡穩(wěn)定等。在采礦系統(tǒng)工程中，已廣泛使用運(yùn)籌學(xué)，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。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)中的許多先進(jìn)技術(shù)，如計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)等，也已成為采礦系統(tǒng)工程的常用手段。信息科學(xué)的任何進(jìn)展都會(huì)很快在采礦系統(tǒng)工程中得到印證[2]。例如，20世紀(jì)中期人們開展專家系統(tǒng)研究后不久，20世紀(jì)70年代即推出PROSPECTOR找礦專家系統(tǒng)。又如GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感系統(tǒng)）問世后不久，在礦業(yè)界即得到應(yīng)用。至于礦業(yè)上使用的硬、軟件，更是隨著計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代不斷地變化。如果說，我國(guó)采礦系統(tǒng)工程在理論研究上和國(guó)外相比只存在1～2年的差距，那么在實(shí)際應(yīng)用上則有5～7年的落后。主要表現(xiàn)在：

1.1 應(yīng)用廣度上的差距

以各種礦用計(jì)算機(jī)軟件為例，雖然國(guó)內(nèi)各單位開發(fā)了許多，但能夠在市場(chǎng)上銷售并與國(guó)外軟件抗衡者，則少如鳳毛麟角。

1.2 硬件設(shè)備上的差距

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限，硬件設(shè)備上的落后也延誤采礦系統(tǒng)工程的發(fā)展。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)早已知曉，但國(guó)內(nèi)只有少數(shù)單位具有相應(yīng)的操作定位及立體視覺裝置。

1.3 用深度上的差距

我國(guó)采礦系統(tǒng)工程的應(yīng)用，往往停留在初級(jí)階段。我國(guó)的采礦系統(tǒng)工程，在前進(jìn)過程中更多的是照搬、模仿，創(chuàng)新的亮點(diǎn)較少。以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為例，國(guó)外采用多邊形法求礦巖量，我國(guó)也仿用：國(guó)外利用AutoCAD作為CAD技術(shù)的工作平臺(tái)，我國(guó)也同樣使用。至于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，GPS應(yīng)用于等復(fù)雜技術(shù)，更是以引用為主。

2 采礦系統(tǒng)工程發(fā)展新趨勢(shì)

2.1 多種研究方法的綜合應(yīng)用

從采礦系統(tǒng)工程的角度看，采礦系統(tǒng)是一個(gè)多目標(biāo)、多因數(shù)、多變量、隨機(jī)性因數(shù)影響很強(qiáng)、生產(chǎn)對(duì)象和作業(yè)環(huán)境變化很大、多種技術(shù)互相作用下的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。單獨(dú)應(yīng)用系統(tǒng)工程研究的某一種方法，效果往往不理想，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(xiàn)代系統(tǒng)工程的特點(diǎn)。

2.2 多項(xiàng)內(nèi)容的綜合分析決策

采礦系統(tǒng)工程在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上普遍具有多層次、多環(huán)節(jié)，和各子系統(tǒng)之間的關(guān)系比較復(fù)雜，還由于不同地區(qū)的礦山所開采的礦產(chǎn)資源條件不同，而造成同項(xiàng)內(nèi)容的系統(tǒng)各異性。在處理和解決某一問題時(shí)，往往涉及的內(nèi)容多和互相影響大，所以需要并且正在朝著多項(xiàng)內(nèi)容綜合分析決策的方向發(fā)展。

2.3 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與可視化功能的密切結(jié)合

不但采礦系統(tǒng)工程決策的結(jié)果，需要體現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)圖上，而且醒目的圖像顯示，將成為交互式工程設(shè)計(jì)的有效手段。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，將更多在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)二維和三維實(shí)體圖像顯示和輸出。動(dòng)畫顯示與VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。

2.4 嚴(yán)格優(yōu)化技術(shù)正向?qū)嵱靡蟊平?/p>

在采礦系統(tǒng)工程的早期，人們利用運(yùn)籌學(xué)得出采礦問題的最優(yōu)解，然而它們常常偏離采礦的工藝技術(shù)要求。CAD技術(shù)的出現(xiàn)，又促使人們將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，但卻忽視了優(yōu)化的目標(biāo)。目前的趨勢(shì)是，在人機(jī)的交互作用下實(shí)現(xiàn)決策的優(yōu)化，并盡可能提高作業(yè)的自動(dòng)化程度。

2.5 采礦系統(tǒng)工程理論與采礦工程實(shí)踐將進(jìn)一步結(jié)合

采礦工程的實(shí)踐，推動(dòng)著采礦系統(tǒng)工程研究方法的發(fā)展。今后，隨著采礦實(shí)踐的發(fā)展需要，兼收嚴(yán)格優(yōu)化方法的優(yōu)化功能與非嚴(yán)格優(yōu)化方法的靈活使用性（如人機(jī)交互功能、用戶友好界面），將會(huì)是一種發(fā)展趨勢(shì)[5]。許多理論研究成果，正在向礦山企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)移，使用性強(qiáng)的項(xiàng)目推廣，反過來(lái)也能推動(dòng)該理論的發(fā)展完善。

3 結(jié)束語(yǔ)

采礦系統(tǒng)工程是采礦工程與系統(tǒng)工程相結(jié)合而形成的一門新興學(xué)科，基于采礦系統(tǒng)工程是根據(jù)采礦工程內(nèi)在規(guī)律和基本原理，以系統(tǒng)論和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法研究和解決采礦工程綜合優(yōu)化問題的新興科學(xué)，已迅速得到廣大采礦工作者的重視。采礦系統(tǒng)工程作為一門新興學(xué)科，已促進(jìn)了采礦技術(shù)水平的發(fā)展。今后，要努力將此科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，進(jìn)一步提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 云慶夏，陳永鋒，盧才武.采礦系統(tǒng)工程的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)礦業(yè)，2014，13（2）：1-6.

[2] 云慶夏，陳永鋒.近年來(lái)我國(guó)采礦系統(tǒng)工程的成就[J].中國(guó)鉬業(yè)，2015，（Z1）：50-53.

[3] 賈斌.關(guān)于采礦系統(tǒng)工程的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)的探討[J].科技風(fēng)，2015，（5）：119.

[4] 云慶夏，陳永鋒.我國(guó)采礦系統(tǒng)工程的技術(shù)進(jìn)展[J].金屬礦山，

1999，（11）：7-11.

[5] 張幼蒂，王玉凌.采礦系統(tǒng)工程及其發(fā)展趨勢(shì)探討[C].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)四屆三次理事會(huì)議暨98學(xué)術(shù)年會(huì).世紀(jì)之交的煤炭科學(xué)技術(shù)《煤炭學(xué)報(bào)》1997年增刊.徐州：中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)，2013：4.