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關(guān)鍵詞：采礦系統(tǒng)；新興科學(xué)；基本原理；技術(shù)

分類號】：TD822

1 前言

1.1 系統(tǒng)工程研究的目的

系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設(shè)計、實施和運用系統(tǒng)的工程技術(shù)。根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，綜合應(yīng)用自然科學(xué)和社會科學(xué)中的有關(guān)思想、理論和方法，利用電子計算機作為工具，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、要素、信息和反饋進行分析，以達到最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)設(shè)計、最優(yōu)管理和最優(yōu)控制的目的。

1.2 系統(tǒng)工程研究的對象

系統(tǒng)工程研究的對象往往是復(fù)雜的大系統(tǒng)乃至巨系統(tǒng)。系統(tǒng)的復(fù)雜性體現(xiàn)在：A、構(gòu)成系統(tǒng)的要素本身往往就是一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)，從而體現(xiàn)了系統(tǒng)的多層次性；B、系統(tǒng)涉及的因素往往是多維的（時間維、邏輯維、知識維）；C、系統(tǒng)是由不同質(zhì)的要素集合而成的；D、系統(tǒng)可以是包含人在內(nèi)的人―機系統(tǒng)。[1]

2 采礦系統(tǒng)工程

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。[1]把具有先進科學(xué)技術(shù)含量的系統(tǒng)工程學(xué)與傳統(tǒng)的單一的采礦工程學(xué)相結(jié)合，形成采礦系統(tǒng)工程學(xué)，這是近些年來采礦工作者潛心研究形成的一門新興學(xué)科。

2.1 采礦系統(tǒng)工程能夠迅速得到重視和應(yīng)用的原因

2.1.1 整體性

采礦工程涉及面廣、作業(yè)點分散、影響因素多，需要從總體上進行全面協(xié)調(diào)，而這正是系統(tǒng)工程的特長。以往的采礦工程，往往側(cè)重于單個作業(yè)或環(huán)節(jié)，運用系統(tǒng)工程，使人們科學(xué)地從總體上整合采礦問題，在礦山規(guī)劃、設(shè)計和評估中表現(xiàn)尤為突出。

2.1.2 邊緣性

采礦工程涉及許多學(xué)科， 過去有脫節(jié)的現(xiàn)象。通過系統(tǒng)工程，人們研究學(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)計學(xué)、系統(tǒng)模擬技術(shù)、人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等

邊緣學(xué)科。

2.1.3 先進性

采礦工程是一門古老的技術(shù)，常常依賴于經(jīng)驗判斷而不是精密計算。通過采礦系統(tǒng)工程引入各種現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計數(shù)據(jù)、管理信息系統(tǒng)以及計算機技術(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。

2.2 采礦系統(tǒng)工程具有的特點

采礦系統(tǒng)工程在處理問題時，要考慮采礦工業(yè)受外界影響因素多的特點。因此，多目標決策、模糊決策、人工智能、計算機輔助設(shè)計等系統(tǒng)工程技術(shù)在礦業(yè)界的應(yīng)用就顯得十分重要。

2.3 采礦系統(tǒng)工程的應(yīng)用范圍

目前國內(nèi)外用系統(tǒng)工程方法研究采礦工程問題，已涉及相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域，從礦床估值與評價，到采礦生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理與控制，都有可觀的研究成果出現(xiàn)。

（1）礦床賦存條件的分析與評價：如礦床模型的建立，礦床資源條件評價等。

（2）礦山開采設(shè)計規(guī)劃：如礦山開采方法，開采工藝及設(shè)備選型， 礦井及露天礦開采境界的圈定，礦山生產(chǎn)能力及邊界品位的優(yōu)化， 礦井及采區(qū)設(shè)計，露天礦長遠設(shè)計，礦山短期生產(chǎn)計劃，礦區(qū)發(fā)展規(guī)劃等。

（3）礦山建設(shè)及項目評價：如新建或改擴建礦山投資項目的評價，礦井或露天礦建設(shè)過程的優(yōu)化等。

（4）礦山生產(chǎn)工藝系統(tǒng)：如采礦工作面生產(chǎn)狀況分析，礦山采運系統(tǒng)分析，露天礦卡車運輸調(diào)度系統(tǒng)，礦井通風(fēng)排水系統(tǒng)，礦山生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性，礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等。

（5）礦山壓力及邊坡穩(wěn)定：如采場礦壓及其控制，回采巷道布置與支護，露天礦邊坡穩(wěn)定分析等。

（6）其它方面：如爆破工程，疏干排水工程，礦區(qū)環(huán)境工程研究等，屬近年開拓的研究領(lǐng)域。

3 采礦系統(tǒng)工程在采區(qū)設(shè)計方案優(yōu)化中的應(yīng)用

3.1 采區(qū)方案設(shè)計

采區(qū)設(shè)計通常分為二個階段進行，即確定采區(qū)主要技術(shù)特征的采區(qū)方案設(shè)計和根據(jù)批準的方案設(shè)計而進行的采區(qū)單位工程施工圖設(shè)計。采區(qū)方案設(shè)計除了需要闡述采區(qū)范圍、地質(zhì)條件、煤層賦存情況、采區(qū)生產(chǎn)能力、采區(qū)儲量及服務(wù)年限等基本情況外，應(yīng)著重論證和確定以下問題：采準巷道的布置方式及生產(chǎn)系統(tǒng)、采煤方法選擇、采掘工作面的工藝裝備、采區(qū)參數(shù)、采區(qū)機電設(shè)備的選型與布置、安全技術(shù)措施等。

3.2 方案優(yōu)化

采礦工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中所要進行的礦井采區(qū)設(shè)計， 采用采礦系統(tǒng)工程理論與技術(shù)來進行，克服以往人工方案比較的局限性。人工進行采區(qū)設(shè)計方案比較一般只有2～3個方案， 最多5～6個方案，且依賴少數(shù)專家經(jīng)驗判斷進行決策，而采用采礦系統(tǒng)工程理論與技術(shù)方法來進行方案比較，由于采用了技術(shù)經(jīng)濟數(shù)學(xué)模型和電子計算機運算，所提出的設(shè)計方案經(jīng)過數(shù)理組合可以達到十多個，甚至幾十個，從而使選優(yōu)的范圍更加廣泛，計算更加精確，方案優(yōu)化更加科學(xué)性，擺脫了經(jīng)驗判斷的局限性。

采用采礦系統(tǒng)工程理論與技術(shù)方法來進行方案比較，最大的特點：A：能根據(jù)給定的優(yōu)化原則在諸多可行方案中選取出最優(yōu)方案， 且運行速度快，經(jīng)濟、合理、可靠。B：改經(jīng)驗判斷為精密計算來進行方案比較，通過采礦系統(tǒng)工程引入各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)模型和計算機運算，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。采區(qū)設(shè)計方案優(yōu)化的目的：就是在各種可供選擇的定性方案和定量參數(shù)中選取最優(yōu)方案和參數(shù)。

3.3 優(yōu)化內(nèi)容

采區(qū)優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容包括兩個方面：一是選擇采煤方法、采區(qū)機械設(shè)備；二是確定采區(qū)巷道布置系統(tǒng)及其主要參數(shù)。巷道布置系統(tǒng)一經(jīng)確定，并進行施工投入生產(chǎn)后，在采區(qū)整個生產(chǎn)期間內(nèi)基本上不能改變，它是采區(qū)設(shè)計優(yōu)劣的主要標志。利用采礦系統(tǒng)工程進行采區(qū)優(yōu)化設(shè)計的重點是解決采區(qū)巷道布置方案及其主要參數(shù)的選擇。

3.4 優(yōu)化方法

優(yōu)化所采用的主要方法有：線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、圖論及網(wǎng)絡(luò)分析、決策論、對策論、系統(tǒng)模擬、人工智能學(xué)、計算機輔助設(shè)計等。

3.5 優(yōu)化參數(shù)

采區(qū)優(yōu)化設(shè)計的主要參數(shù)：采區(qū)類型、采準巷道的數(shù)目和位置、聯(lián)絡(luò)巷道形式、采區(qū)走向和傾斜長度、采煤工作面長度和區(qū)段數(shù)目、同時生產(chǎn)的工作面數(shù)目和采區(qū)生產(chǎn)能力等。

3.6 優(yōu)化思路

采區(qū)優(yōu)化設(shè)計的思路：根據(jù)給定的采區(qū)煤層賦存條件、費用單價指標和優(yōu)化內(nèi)容，在多種技術(shù)上可行的巷道布置方案中選取最優(yōu)方案。對某一種采區(qū)巷道布置方案選取一組最佳參數(shù)，同時選取采區(qū)巷道布置及其參數(shù)組合中的最優(yōu)方案。

3.7 優(yōu)化步驟

采區(qū)優(yōu)化設(shè)計的步驟： ①確定優(yōu)化準則，采用單指標或多指標。②編制技術(shù)經(jīng)濟數(shù)學(xué)模型。③確定技術(shù)上可行的方案，或根據(jù)煤層條件在可供選擇的方案集合中初選技術(shù)上可行的方案。④確定進行優(yōu)化的主要參數(shù)和各項參數(shù)取值的上下限、間隔數(shù)值。⑤搜集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。⑥上機運行輸出優(yōu)化結(jié)果。⑦對優(yōu)化結(jié)果進行檢查和加工整理。[1]

4 結(jié)束語

采礦系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，采礦系統(tǒng)是一個多目標、多因素、多變量的、隨機性因素影響很強的、生產(chǎn)對象和作業(yè)環(huán)境變化很大的、多種技術(shù)互相作用下的復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)。對于如此復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，運用采礦系統(tǒng)工程中的優(yōu)化理論和技術(shù)方法，來進行采區(qū)設(shè)計優(yōu)化，能收到十分明顯的效果，為采區(qū)設(shè)計優(yōu)化開拓了廣闊的前景， 摒棄了人工經(jīng)驗判斷進行方案選擇的局限性，進而使用電子計算機在多達幾十個待選可行方案中進行優(yōu)化，更加科學(xué)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化。

參考文獻：

[1]張幼蒂，王玉浚. 采礦系統(tǒng)工程[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

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關(guān)鍵詞：數(shù)字化；礦山測量；優(yōu)化措施

中圖分類號：P231文獻標識碼： A

礦山產(chǎn)品的需求量隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展得到不斷的增加，這既表示經(jīng)濟正在快速發(fā)展，又是一種挑戰(zhàn)，對礦山建設(shè)工作提出了更高的要求。從礦山測量工作一直到資料的傳輸與保存工作，再到礦山安全開發(fā)的實踐，在此過程之中，每個環(huán)節(jié)都要求精益求精。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用給我們的工作提供了幫助，對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)與通信技術(shù)，在礦山工作中進行積極應(yīng)用，對于安全開采具有非常重要的意義。

一、概述數(shù)字化礦山測量技術(shù)

隨著礦山生產(chǎn)的不斷發(fā)展，以及市場對礦山產(chǎn)品需求的不斷增加，礦山測量工作的重要性日益凸顯，礦山測量工作成為影響礦業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的重要因素。

1.礦山測量技術(shù)的概念

一般來說礦山測量技術(shù)就是指在開發(fā)礦山的過程中運用各種幾何要素以及各種工程的位置進行測繪，在礦山的開發(fā)與研究中，對各種空間關(guān)系的研究也是一門應(yīng)用技術(shù)。先進的測量儀器是在1949年以后開始走進我國，用于對地表巖層移動進行觀測和研究，監(jiān)督礦產(chǎn)資源開發(fā)。

2.礦山測量的主要任務(wù)

對礦井上下采掘工程圖以及礦區(qū)地形圖進行精確繪制；與實際需要相結(jié)合對采礦工程的幾何要素進行測設(shè)；對礦體的形狀和埋藏位置進行具體的測量與確定

；嚴格地監(jiān)督礦產(chǎn)開發(fā)的工作進程；對礦區(qū)巖層的穩(wěn)定與移動進行觀測；方便采礦計劃的制定，為其提供準確的數(shù)據(jù)資料。

3.數(shù)字化礦山測量技術(shù)

數(shù)字化礦山測量技術(shù)主要是指通過應(yīng)用計算機以及通信技術(shù)對礦山進行測量。具體說來，數(shù)字化礦山測量技術(shù)主要包括調(diào)度、采集、包裝等系統(tǒng)，其中采集主要是指對數(shù)據(jù)進行測量、整理與保存，同時采集也是最重要的一個系統(tǒng)。

二、數(shù)字化測量技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

1.全站儀及其在礦山測量中的應(yīng)用

全站儀作為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的測繪儀器是電子技術(shù)與光學(xué)技術(shù)發(fā)展結(jié)合的光電測量儀器?！叭緝x”全稱為“全站型電子速測儀”通常又稱為“電子全站儀”或“電子速測儀”。它是把測距、測角和微處理機等部分結(jié)合起來形成一體能夠自動控制測距、測角、自動計算水平距離、高差、坐標增量等的測繪儀器，同時可自動顯示、記錄、存儲和數(shù)據(jù)輸出，全站儀又因其實現(xiàn)了測距的發(fā)射軸、接收軸與望遠鏡視準軸三軸共軸的結(jié)構(gòu)，更適合于對移動目標及空間點的測量，內(nèi)部有極其豐富的測量軟件，將其運用到礦山測量中能有效簡化測量程序，提高測量工作效率和精度。全站儀由于兼具有經(jīng)緯儀和測距儀的優(yōu)點且以數(shù)字形式提供測量成果、操作簡便、性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可通過電子手簿與計算機進行通訊等優(yōu)點使其在礦山測量中得到了廣泛的應(yīng)用。礦區(qū)地面控制測量、地形測量、工程測量均可利用全站儀進行，聯(lián)系測量、井下測量工作也可用全站儀進行。以全站儀為代表的智能化、數(shù)字化儀器是礦山測量儀器今后的發(fā)展方向之一?；谌緝x和現(xiàn)代計算機技術(shù)可建立礦山三維數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、處理的測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的手簿記錄、手工錄入、繁瑣計算等大量的重復(fù)性的工作。此外，全站儀在礦山地表移動監(jiān)測、礦區(qū)土地復(fù)墾工程實施、露天及井下采礦生產(chǎn)與建設(shè)等方面也都得到很好應(yīng)用。如今免棱鏡和具備紅外可見光測距功能全站儀在礦山測量中廣泛應(yīng)用，使現(xiàn)代礦山測量技術(shù)得到飛速發(fā)展。在礦山測量別是露天礦山測量中，經(jīng)常會碰到臺階過高、棱鏡無法到達的區(qū)域，例如：輸電電線實際高度是否滿足安全距離；某一硐口標高是否設(shè)計合理；需要現(xiàn)場尋找更加經(jīng)濟實際、便于施工的入口位置；需要尾礦壩庫容擴建時合理水位點數(shù)據(jù)測量等，全站儀免棱鏡測量功能可及時精確完成

2.三維激光掃描技術(shù)及其在礦山測量中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是一種新興的基于高密度點云數(shù)據(jù)進行體積計算的實景復(fù)制技術(shù)，其核心是激光發(fā)射器、激光反射鏡、激光自適應(yīng)聚焦控制單元、CCD技術(shù)、光機電自動傳感裝置。三維激光掃描測量技術(shù)的特點主要體現(xiàn)在實現(xiàn)遠距離非接觸測量，數(shù)據(jù)點密集、精度高、速度快、成本低、安全系數(shù)高、管理方便等。它有效地解決了復(fù)雜礦山開采區(qū)的測量精度問題，特別是在開展露天礦山測量工作中，豐富的可視化數(shù)據(jù)分析模型形象直觀，不用到實地踏勘就能使管理者對礦山的開采過程和狀態(tài)一目了然，達到礦區(qū)實際開采圖像、數(shù)據(jù)和開采狀態(tài)的高度一致，是目前露天礦山測量中應(yīng)用廣泛的技術(shù)手段，實現(xiàn)了礦山儲量真正的動態(tài)監(jiān)測。從而使礦產(chǎn)儲量登記統(tǒng)計更加真實，對于建立以資源消耗量為基礎(chǔ)的礦產(chǎn)資源補償費征繳制度、維護礦產(chǎn)資源國家所有權(quán)益、礦業(yè)權(quán)人權(quán)益、礦業(yè)權(quán)市場的健康發(fā)展，都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

3.數(shù)字化資料處理技術(shù)

數(shù)字化資料處理技術(shù)主要是利用計算機對礦山測量工作中的數(shù)據(jù)進行分析和處理，包括數(shù)字，圖像以及文字表格，將采集到的礦山測量數(shù)據(jù)進行加工處理，制成表格后，進行數(shù)據(jù)共享。通過計算機專業(yè)化的處理軟件進行對資料的處理，不僅能夠建立有效的數(shù)據(jù)庫，同時也能夠增強數(shù)據(jù)的共享性，并對進行維護和保存，這對礦山測量這項工作有很重要的作用。

三、實現(xiàn)礦山測量數(shù)字化運用的方法

1.加大對先進的設(shè)備儀器的投入

要想實現(xiàn)礦山測量的數(shù)字化，先進的設(shè)備與儀器是基礎(chǔ)條件。目前，由于礦山企業(yè)低水平的數(shù)字化測量，測量的儀器也是很落后的，為了提高數(shù)字化測量的水平，要廣泛和全面的了解一下當(dāng)前有哪些先進的設(shè)備儀器，根據(jù)自己所在地區(qū)的實際情況和現(xiàn)階段所掌握的技術(shù)，引進設(shè)備儀器，在引進儀器的過程中，要注意到同類型儀器的不同型號和質(zhì)量等各方面的問題（儀器質(zhì)量差會造成測量數(shù)據(jù)誤差加大），并不斷的提高技術(shù)，改善現(xiàn)狀，促進企業(yè)數(shù)字化測量工作更順利的開展。

2.加大對技術(shù)人員的聘用，對測量人員的培養(yǎng)

在現(xiàn)在的礦山企業(yè)中，一般是文化水平較差的體力勞動者，而在測量中數(shù)字化技術(shù)的運用要求的是高素質(zhì)的專業(yè)人才，必須對這些高科技工具有能夠熟練的把控，所以礦山企業(yè)要加大對技術(shù)人員的聘用投入，對企業(yè)的一般員工進行在他們可以接受的范圍內(nèi)的技術(shù)培訓(xùn)，從整體上提高工作人員的專業(yè)素質(zhì)和掌握高技術(shù)設(shè)備的能力。這樣會對礦山開采中測量的數(shù)字化有更好的發(fā)展與運用，實現(xiàn)對礦產(chǎn)資源更充分的利用。

3.加強對礦山測量數(shù)字化運用重要性的認識

礦山企業(yè)的決策人員和管理者要認識到礦山測量數(shù)字化運用的必要性一方面，對礦山測量數(shù)字化就是要形成一種以信息化、智能化和自動化來帶動礦山企業(yè)獲得更好的發(fā)展前景的觀念，所以礦山測量數(shù)字化的運用，對企業(yè)提高在行業(yè)內(nèi)部的競爭力，獲得健康快速的發(fā)展是有重要作用的；另一方面，數(shù)字化的礦山測量技術(shù)，能夠更加準確的分析地形地貌等各方面，這樣會使得工作人員在進行礦山開采和礦品生產(chǎn)過程中的人身安全得到保障，以免發(fā)生山體崩塌等重大的危害性事故。

綜上所述，煤礦測量數(shù)字化成果在煤礦的安全生產(chǎn)以及安全管理中發(fā)揮了非常積極的作用，一方面做到了資源的科學(xué)、合理利用，另一方面對各種安全生產(chǎn)隱患的治理也非常高效。數(shù)字化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)管理中的應(yīng)用，極大地促進了煤礦工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻：

[1]邱本立,周青青,王建有.數(shù)字化測量技術(shù)在礦山測量的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010,19:74.