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礦業(yè)系統(tǒng)工程在我國的應(yīng)用及發(fā)展*

2016-06-02 03:24張子杰
現(xiàn)代礦業(yè) 2016年1期
關(guān)鍵詞:系統(tǒng)工程礦業(yè)瓦斯

張子杰 魯 杰

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院;2.山西國陽投資咨詢有限責(zé)任公司;3.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院)

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礦業(yè)系統(tǒng)工程在我國的應(yīng)用及發(fā)展*

張子杰1,2魯杰3

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院;2.山西國陽投資咨詢有限責(zé)任公司;3.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院)

摘要礦業(yè)系統(tǒng)工程是系統(tǒng)工程的分支,系統(tǒng)工程作為一門新興學(xué)科發(fā)展迅速,將其與礦業(yè)結(jié)合可促使礦業(yè)研究得到進一步發(fā)展。我國礦業(yè)系統(tǒng)工程正處于發(fā)展階段,將系統(tǒng)工程的相關(guān)原理及計算機技術(shù)相結(jié)合,在眾多煤礦企業(yè)中應(yīng)用,取得了良好的效果,而通過在礦業(yè)系統(tǒng)工程中的實際應(yīng)用,也使得系統(tǒng)工程理論得到更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞礦業(yè)系統(tǒng)工程計算機技術(shù)發(fā)展方向

礦業(yè)系統(tǒng)工程是礦業(yè)工程學(xué)科與系統(tǒng)工程學(xué)科相結(jié)合而形成的一個新的學(xué)科分支[1]。上世紀50年代,在礦業(yè)研究中運用運籌學(xué),標志著礦業(yè)工程與系統(tǒng)工程的結(jié)合,礦業(yè)系統(tǒng)工程隨即產(chǎn)生。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,60年代將運籌學(xué)原理與計算機技術(shù)綜合應(yīng)用于礦業(yè)研究, 并涌現(xiàn)出一批成果,礦業(yè)系統(tǒng)工程作為一個新的學(xué)科分支逐漸形成。經(jīng)歷了近50 a的發(fā)展,礦業(yè)系統(tǒng)工程已成為系統(tǒng)工程的一大分支。

1礦業(yè)系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀

系統(tǒng)工程理論方法和計算機技術(shù)于上世紀50年代末應(yīng)用于礦業(yè)。隨著計算機及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,礦山開采規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)管理等方面的問題,都可通過計算機模擬或建立數(shù)學(xué)模型進行優(yōu)化,而互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更使整個礦業(yè)系統(tǒng)工程得到飛速發(fā)展。目前,礦山系統(tǒng)工程與計算機技術(shù)已應(yīng)用于礦山設(shè)計、生產(chǎn)管理的各個方面。

(1)礦業(yè)資源開發(fā)規(guī)劃與管理。礦山資源在開采前必須進行前期規(guī)劃與設(shè)計,此階段系統(tǒng)工程主要在資源經(jīng)濟與管理、礦區(qū)資源評價、資源開發(fā)條件評價、資源環(huán)境保護等方面發(fā)揮重要作用[2]。如目前普遍應(yīng)用線性規(guī)劃進行資源開發(fā)最優(yōu)化的模擬與計算,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建模,找出適合的環(huán)保方案等。

(2)礦山地質(zhì)儲量計算。在礦山開采前期的地質(zhì)階段,可利用系統(tǒng)工程相關(guān)理論與方法,研究礦石最佳邊界品位,根據(jù)投資時間確定開采礦體范圍;通過估值方法推斷礦體輪廓、儲量及質(zhì)量指標,評估地質(zhì)資源,研究和建立礦床模型,將地質(zhì)信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、計算機模型化和可視化;通過研究礦石質(zhì)量,建立配礦模型,達到充分利用礦山資源的目的。

(3)優(yōu)化礦山規(guī)劃及設(shè)計。礦石儲量及品位確定后,礦山開采設(shè)計和規(guī)劃主要有以下幾個方面:①確定礦山合理的生產(chǎn)能力、建設(shè)順序及規(guī)模,應(yīng)用線性規(guī)劃和整體規(guī)劃,綜合考慮礦山整體成本及投入產(chǎn)出;②利用數(shù)學(xué)規(guī)劃和計算機仿真等技術(shù)建模,精確計算,確定礦山開采范圍境界及設(shè)備類型和數(shù)量;③使用專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論和方法,確定最終開拓方案;④采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計和控制更為合理;⑤采用預(yù)測技術(shù)、概率統(tǒng)計等方法建模,完善礦山安全管理。

(4)礦山企業(yè)現(xiàn)代化管理。在礦山管理中利用系統(tǒng)工程可到達安全高效管理的目的。如利用數(shù)據(jù)庫、人工智能和專家系統(tǒng)建立礦山管理信息決策系統(tǒng);應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化日常生產(chǎn)工序;利用傳感技術(shù)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控并優(yōu)化;運用數(shù)理統(tǒng)計嚴格管理和控制礦山各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量;使用成本管理理論和信息技術(shù),優(yōu)化控制礦山生產(chǎn)成本;通過因果分析和時間序列分析等數(shù)學(xué)方法,結(jié)合經(jīng)濟學(xué)理論,預(yù)測礦山生產(chǎn)的各項指標,使之達到最佳狀態(tài)。

(5)采礦軟件的發(fā)展。采礦軟件是礦業(yè)系統(tǒng)工程與計算機技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,早期礦用軟件通常是針對個別礦山課題開發(fā)的專用程序,適用性有限。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,模塊化軟件包的使用加強了礦業(yè)軟件的適用范圍,在上世紀80年代以來,西方主要采礦國家推出大量適用于礦業(yè)的軟件,涵蓋礦床開采評估、設(shè)計、計劃和生產(chǎn)管理軟件包,如Datamine、Mincom、Medysystem、PC-Mine、Surpac、M-K Eagles[2]等,目前采礦軟件已廣泛應(yīng)用于各大礦山企業(yè)[3],使礦山經(jīng)營發(fā)生了根本性的改變,實現(xiàn)了礦山科學(xué)管理和優(yōu)化開采的同時,降低生產(chǎn)成本。

2礦業(yè)系統(tǒng)工程的發(fā)展趨勢

礦業(yè)系統(tǒng)工程不僅要在礦業(yè)開采基本原理的基礎(chǔ)上不斷與系統(tǒng)工程深化結(jié)合,更要隨現(xiàn)代科技的發(fā)展通過計算機及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),使礦業(yè)系統(tǒng)工程的適用性、廣泛性不斷增強[4]。

(1)學(xué)科配合化,方法多樣化。礦業(yè)系統(tǒng)工程作為一門綜合性學(xué)科,在今后的發(fā)展過程中,更需要多學(xué)科配合。以礦山調(diào)度為例,從硬件方面來講,安全高效的調(diào)度涉及到計算機、無線通訊等,而軟件就包括線形規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、數(shù)據(jù)處理等多方面,合理的調(diào)度其實就是多方面綜合的結(jié)果,這也正體現(xiàn)了系統(tǒng)工程多樣化的特點。

(2)項目合作化、系統(tǒng)大型化。礦業(yè)系統(tǒng)工程具有復(fù)合系統(tǒng)多層次、多環(huán)節(jié)的特點,單一工程的優(yōu)化不能適用整個礦井生產(chǎn)的要求,需要進行更大范圍、巨系統(tǒng)、系統(tǒng)動力學(xué)等方面的深入研究,使礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更加寬廣。

(3)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。計算機的使用使礦業(yè)系統(tǒng)工程實現(xiàn)了界面化和互動功能,各類礦山軟件是最好的體現(xiàn)。而互聯(lián)網(wǎng)提高了礦業(yè)系統(tǒng)工程解決問題的能力,利用互聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)系統(tǒng)功能的共享,從而改變傳統(tǒng)的系統(tǒng)問題。如礦山在進行系統(tǒng)建模過程中,可通過互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)查找相關(guān)參數(shù),更可使專家系統(tǒng)簡潔化,而系統(tǒng)模型建立后更可通過互聯(lián)網(wǎng)共享,增加系統(tǒng)的適用性。

3礦業(yè)系統(tǒng)工程的應(yīng)用實例

煤與瓦斯突出現(xiàn)象是煤礦生產(chǎn)的重要災(zāi)害之一,不僅對生產(chǎn)有嚴重影響,更會威脅到礦工的人身安全。雖然煤與瓦斯突出現(xiàn)象并無規(guī)律可循,但影響煤與瓦斯突出的因素目前已被技術(shù)人員基本掌握,故可利用礦業(yè)系統(tǒng)工程的相關(guān)理論建立模型并結(jié)合計算機進行預(yù)測,從而找出區(qū)域突出的危險性,預(yù)防安全事故。

分析煤與瓦斯突出的影響因素可建立層次結(jié)構(gòu),利用層次分析法,結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論建立層次模型。如圖1所示。

圖1 煤與瓦斯突出影響因素層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)層次分析法的相關(guān)原理,采用1~9標度法確定各項因素的權(quán)重并進行歸一化處理,通過構(gòu)造判斷矩陣,將定性問題定量化(見表1),再結(jié)合模糊綜合評判構(gòu)造隸屬度函數(shù),根據(jù)隸屬度函數(shù)計算,判斷該區(qū)域煤與瓦斯突出的危險性。

通過計算可得到危險性權(quán)重,分別對應(yīng)無突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)和嚴重突出危險區(qū),據(jù)此便可判定出煤與瓦斯突出危險性等級,對應(yīng)的最大權(quán)重值就是煤層的突出危險等級。

4結(jié)語

礦業(yè)系統(tǒng)工程作為一門新興學(xué)科,其發(fā)展空間和適用范圍是巨大的。應(yīng)加大礦業(yè)系統(tǒng)工程的投入,使前沿科技更多的與礦業(yè)結(jié)合,更能保證礦井安全、高效生產(chǎn),通過對整體系統(tǒng)的優(yōu)化,降低成本,增加企業(yè)利潤,使礦業(yè)開采更為綠色、

表1 定性指標定量化

安全。

參考文獻

[1]肖福坤,張俊文.礦業(yè)系統(tǒng)工程[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2010.

[2]魏超.采礦系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀與新發(fā)展趨勢研究[J].山東煤炭科技,2014(5):15-16.

[3]高林.采礦系統(tǒng)工程的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,2014(8):31,33.

[4]吳立新,汪云甲,丁恩杰,等.三論數(shù)字礦山——借力物聯(lián)網(wǎng)保障礦山安全與智能采礦[J].煤炭學(xué)報,2012(3):357-365.

(收稿日期2015-09-22)

*山西大同大學(xué)校級青年科學(xué)研究項目(編號:2015Q14)。

張子杰(1983—),男,碩士研究生,030024 山西省太原市府西街108號。

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