基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的采礦方法選擇系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

夏世羽

(羅甸縣自然資源局，貴州 羅甸 550100)

傳統(tǒng)的采礦方法選擇系統(tǒng)主要借助于專家系統(tǒng)的知識庫和推理機制來建立采礦方法查詢庫，此系統(tǒng)未能根據(jù)采礦方法選擇的決定性因素即開采技術條件如：礦體上下盤穩(wěn)固性、自燃性、地表陷落等建立[1-2]。而模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡等選擇方法適用于在符合決定性因素條件下對回采率、損失率和貧化率等經(jīng)濟指標進行優(yōu)選[3-4]。使用C++或Visual Basic語言編寫的桌面應用程序不利于礦山企業(yè)廣泛使用和在移動端使用[5-6]。在礦山實際開采過程中，隨著礦床賦存條件的不斷變化特別是礦體厚度和傾角變化，需要根據(jù)礦山生產(chǎn)能力和市場礦產(chǎn)品需求采用不同的采礦方法，以適應礦山發(fā)展[7]。通過將當前通用規(guī)范的采礦方法及其適用技術條件因素和經(jīng)濟指標等提煉出能利用關系型數(shù)據(jù)庫建庫的數(shù)據(jù)，采用PHP和HTML等互聯(lián)網(wǎng)技術構建出在互聯(lián)網(wǎng)平臺使用的采礦方法選擇系統(tǒng)。

1 采礦方法及其技術條件

當前通用規(guī)范的地下金屬、非金屬礦采礦方法分為三大類，對于每一類采礦方法，通過收集整理當前各教材、手冊和最新研究成果，從采礦方法適用技術條件，礦塊布置和結構參數(shù)，采準、切割和回采工藝等方面進行區(qū)分，排除相似變形采礦方法和已經(jīng)過時淘汰的采礦方法[8-11]，有32種當前標準的采礦方法如表1所示。

表1 標準采礦方法

通過收集整理分析，影響地下金屬、非金屬礦采礦方法選擇的技術條件因素有16種[8-10]，可以將其劃分為四個類別，分別為礦體自身條件：含礦體厚度、傾角、埋深、礦體相鄰性、廢石夾層、結塊性、自燃性、礦體穩(wěn)固性、礦石品位分布和礦石類型10種；圍巖條件：含礦體與圍巖接觸面規(guī)則度、接觸面品位、礦體上盤圍巖穩(wěn)固性和礦體下盤圍巖穩(wěn)固性4種；其他條件：含地表下沉條件、地下水涌出量2種。

每種因素根據(jù)它的變化范圍可以歸為不同的類別，如礦體厚度有水平、緩傾斜、傾斜、急傾斜等4類；礦體穩(wěn)固性有很穩(wěn)固、穩(wěn)固、中等穩(wěn)固、不穩(wěn)固、很不穩(wěn)固、極不穩(wěn)固等6類。如果在每一種開采技術條件的每一變化類別都有唯一對應的采礦方法條件下，可計算出需要的采礦方法總數(shù)量T如下：

式中：

A：礦體傾角條件總數(shù)；B：礦體厚度條件總數(shù)；C：礦體深度條件總數(shù)；D：上盤巖石穩(wěn)固條件總數(shù)；E：礦體相鄰條件總數(shù)；F：礦石結塊條件總數(shù)；J：下盤巖石穩(wěn)固條件總數(shù)；H：礦體夾層條件總數(shù)；I：礦石自燃條件總數(shù)；G：礦石類型條件總數(shù)；K：礦位分布條件總數(shù)；L：礦巖接觸面條件總數(shù)；M：地表下沉條件總數(shù)；N：地下水條件總數(shù)； O：礦體穩(wěn)固條件總數(shù)。P：礦巖面品位條件總數(shù)。

計算結果T>1.32×107，則滿足每一種技術條件的采礦方法理論上需要1000多萬種，但在實際工程中，有的采礦方法適用某一技術條件的多個類別，目前32種標準采礦方法滿足了大部分技術條件變化。

2 采礦方法選擇系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

2.1 技術條件的數(shù)據(jù)抽象

對于影響采礦方法選擇的每一種技術條件，將其分類抽象為適合關系型數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)字編號，以利于數(shù)據(jù)庫存儲和提高運算速度。因16種技術條件抽象出來的數(shù)據(jù)是離散的，采用枚舉類型可以列舉出每一種條件的分類數(shù)字編號，如將礦體傾角變化抽象出集合：[1 2 3 4 5]，共5種取值情況，如表2所示。

表2 礦體傾角條件數(shù)據(jù)抽象

將礦體厚度變化抽象出集合為：[1 2 3 4 5 6]，共6種取值情況，如表3所示。

表3 礦體厚度條件數(shù)據(jù)抽象

同理，可以將其他14種技術條件抽象出相應的枚舉類型的集合。再將抽象出來的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫MYSQL中。

將所有技術條件分別抽象出數(shù)據(jù)后，即可根據(jù)每一種采礦方法對應的技術條件建立相應的采礦方法數(shù)據(jù)記錄。對于任意一種采礦方法，可以通過收集該采礦方法的標準適用技術條件和在不同礦山的使用技術條件來歸納出該采礦方法的適用范圍。如削壁充填采礦法適用條件如下：礦體厚度為水平或微傾斜礦體，礦體傾角及埋藏深度不限；對于相鄰礦體同樣可使用該采礦方法進行地壓管理和分別回采礦石；對礦石結塊性和礦石自燃性沒有要求，對礦體和上下盤巖石的穩(wěn)固性不限，但該采礦方法僅適用于高品位礦石或者貴重金屬礦石開采，否則成本較高，同時要求礦巖接觸面規(guī)整，否則礦石損失率和貧化率較高；該采礦方法對礦巖接觸面品位和地下水條件不限制，均可使用；特別是在地表不許下沉的條件下使用該采礦方法較為有利。從該采礦方法的適用技術條件中抽象出每一種技術條件對應的枚舉數(shù)據(jù)記錄如表4所示。

表4 削壁充填采礦法枚舉數(shù)據(jù)記錄

2.2 采礦方法選擇系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立

對于表1中的每一種采礦方法，通過上述方法可以歸納出所有的技術條件所對應的枚舉數(shù)據(jù)，并收集和統(tǒng)計該采礦方法對應的主要經(jīng)濟指標，如礦石貧化率、礦石損失率、生產(chǎn)能力和采切比等和其他需要說明的信息數(shù)據(jù)，從而建立完整的采礦方法選擇系統(tǒng)數(shù)據(jù)表。

對建立的采礦方法技術經(jīng)濟條件指標數(shù)據(jù)表進行分析可以發(fā)現(xiàn)，當前技術條件下空場采礦法和崩落采礦法不適用于礦體埋藏較深、礦體相鄰以及地表不許下沉等因素；對于任何傾角和厚度的礦體，空場采礦法和充填采礦法都已全覆蓋；而對于傾斜、急傾斜的薄礦體則沒有標準的崩落采礦方法。

3 采礦方法選擇系統(tǒng)界面接口設計

將動態(tài)編程語言PHP用于數(shù)據(jù)處理和與數(shù)據(jù)庫MYSQL交互，實現(xiàn)從服務器端到用戶客戶端的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出，通過結構化查詢語言SQL的比較運算符和匹配運算符實現(xiàn)采礦方法選擇時數(shù)據(jù)庫查詢處理，數(shù)據(jù)處理流程圖如圖1所示。

在數(shù)據(jù)處理過程中，將不同的處理過程封裝為函數(shù)形式，便于修改調(diào)試和代碼重用，其中數(shù)據(jù)轉換與數(shù)據(jù)驗證函數(shù)代碼如圖2所示：

圖1 數(shù)據(jù)處理流程圖

圖2 數(shù)據(jù)轉換與數(shù)據(jù)驗證代碼

利用標記語言HTML和CSS顯示控制在瀏覽器端顯示輸出效果，在瀏覽器端顯示用戶訪問界面如圖3所示。

圖3 采礦方法選擇系統(tǒng)用戶界面

4 采礦方法選擇系統(tǒng)的使用

某鐵礦開采技術條件為：平均地質(zhì)品位31.4%，屬低品位礦石，礦體有上下兩層，相隔距離15 m，上層礦體平均傾角15°，下層礦體平均傾角35°，屬緩傾斜到傾斜礦體，平均厚度9～12 m，礦體最小埋深100 m，地表不允許陷落，礦體頂?shù)装鍨閳杂矌r石，屬穩(wěn)固圍巖。

將該開采技術條件提煉出相應的數(shù)據(jù)輸入到圖3選擇系統(tǒng)中，顯示結果如表5所示，選擇結果同時顯示最佳采礦方法和該采礦方法損失率、貧化率等經(jīng)濟指標，并備注該采礦方法其他收集數(shù)據(jù)。

表5 采礦方法選擇結果

在某些輸入條件下，此系統(tǒng)選擇的結果有多種可選方案，表明在該開采技術條件下有多種可行的采礦方法，此時可以查看每一種采礦方法的經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)，對比不同采礦方法的經(jīng)濟指標差異，礦山企業(yè)根據(jù)自身生產(chǎn)設備，技術力量和生產(chǎn)能力情況，如要求損失、貧化低，或者要求生產(chǎn)能力大，或者要求生產(chǎn)組織工藝簡單等選擇最適合當前需要的采礦方法。

5 結論

(1)通過對每一種標準采礦方法技術條件抽象為便于數(shù)據(jù)庫存儲和關系運算的枚舉集合類型，采用網(wǎng)絡編程語言實現(xiàn)從服務器端到客戶端的數(shù)據(jù)傳輸，從而建立標準的采礦方法選擇系統(tǒng)。

(2)該系統(tǒng)采礦方法及其開采技術條件數(shù)據(jù)來源于標準采礦方法，系統(tǒng)選擇結果準確可靠，可以在移動設備上通過瀏覽器使用，操作簡單、方便快捷，能隨時根據(jù)礦山條件變化選擇采用合理的采礦方法，不因個人知識面的局限性錯選或漏選合理的采礦方法。

(3)對于深部或者其他復雜地質(zhì)條件下的礦體，研發(fā)出新型采礦方法及其適用技術條件后，該采礦方法及其適用技術條件存入此系統(tǒng)作為一種新的標準采礦方法，從而為其他相似條件的礦山在采礦方法優(yōu)選時提供參考。