計算機技術(shù)在礦業(yè)中的應用

1、計算機技術(shù)在礦業(yè)中的應用簡述摘 要數(shù)字化礦山已成為未來礦業(yè)發(fā)展的主要方向之一，虛擬現(xiàn)實技術(shù)、專家系統(tǒng)、生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)等計算機應用技術(shù)在礦業(yè)中得到廣泛 發(fā)展 。本文簡要介紹了澳大利亞、美國和南非等計算機軟件公司開發(fā)的有關(guān)礦業(yè)方面的六種軟件。關(guān)鍵詞：計算機技術(shù)礦業(yè)應用AbstractDigital mining has become the one of the main direction of future development of mining industry, the compu ter application technology such as Virtual reality

2、 technology, Expert systems, Production information management systems and so on, which has been widely developed in the mining industry. This article briefly describes the computersoftware company in Australia, the United States and South Africa to develop the the six software for the mining indust

3、ry.Key words: Computer technology， Mining， Application由于微型計算的快速發(fā)展，圖形處理與現(xiàn)實功能技術(shù)的成熟，計算機現(xiàn)廣泛的應用與礦業(yè)工作領(lǐng)域，具體可分為：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦業(yè)中的應用、專家系統(tǒng)在礦業(yè)中的應用、生產(chǎn)系統(tǒng)信息化管理系統(tǒng)在礦業(yè)中的應用等等。本論文從這三個方面簡述計算機在礦業(yè)中的應用情況和未來應用前景。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦業(yè)中的應用虛擬 現(xiàn)實 ， 英 文 全稱 為 Virtual Reality (VR) ， 是 一 門涉 及 計算機、傳感與測量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。在礦業(yè)領(lǐng)域中，由于新技術(shù)、新設(shè)備的不斷引入，刺激了生產(chǎn)力的

4、發(fā)展，增加了礦業(yè)對于安全高效、自動化的需求，對生產(chǎn)環(huán)境、安全救災的虛擬己被提上了議程，同時，煤礦職工的安全培訓模式也急需改進， VR 技術(shù)將是解決這些問題的有效手段。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一般主要包括三維模型的建立、三維模型的渲染、系統(tǒng)的動畫設(shè)計、系統(tǒng)的漫游控制及界面和菜單的設(shè)計。目前國外比較成熟的虛擬應用系統(tǒng)有英國諾丁漢大學AIMS 研究中心開發(fā)的基于真三維的可以從全方位的觀察設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況及系統(tǒng)運行狀況的SAFE-VR 系統(tǒng)；美國賓西法尼亞大學開發(fā)的VR 礦工培訓系統(tǒng)，可以檢測頂板支護是否合理，查看工作面設(shè)備是否正確放置，應該采取哪些措施，應用該系統(tǒng)可以培訓礦工的安全意識。德國DMT 大學開發(fā)的礦井

5、決策模擬系統(tǒng)STMBERG，是采礦專業(yè)學生的訓練軟件。該軟件可以在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中提供地質(zhì)、開采設(shè)計、工作面狀況、工人、市場等方面的簡化條件，學生可以進行管理和決策。南非采礦與冶金學院利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的基于PC 機的危險識別訓練模擬器，可以訓練礦工對井下環(huán)境的危險識別。國內(nèi)比較成熟的虛擬應用系統(tǒng)有中國礦業(yè)大學針對露天礦的規(guī)劃研究建立了露天礦三維模型和生態(tài)重建模擬系統(tǒng)；中國科技大學將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于安全工程中，建立了大空間建筑火災虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，模擬了大型建筑物發(fā)生火災時的情形；中國礦業(yè)大學利用VR技術(shù)通過對煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)可控可視化的研究，模擬了井下的生產(chǎn)系統(tǒng)。專家系統(tǒng)在礦業(yè)中的應用專家系統(tǒng)

6、是人工智能中的一個重要的應用領(lǐng)域，它實現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應用，從一般推理策略探討轉(zhuǎn)向運用專門知識的重大突破。專家系統(tǒng)具有以下特征：專家系統(tǒng)解決實際問題時不受周圍環(huán)境的影響，能夠高效率、準確、周到、迅速和不知疲倦地進行工作；專家系統(tǒng)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗以及他們協(xié)作解決重大問題的能力，可以使專家的專長不受時間和空間的限制，使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識和經(jīng)驗得到總結(jié)和精煉，促進各領(lǐng)域的發(fā)展，廣泛有力地傳播專家的知識、經(jīng)驗和能力；軍事專家系統(tǒng)的水平是一個國家國防現(xiàn)代化的重要標志之一；研究專家系統(tǒng)能夠促進整個科學技術(shù)的發(fā)展，對人工智能的各個領(lǐng)域的發(fā)展起了很大的促進作用，并將對科技、經(jīng)濟、國

7、防、教育、社會和人民生活產(chǎn)生極其深遠的影響。具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。近十多年來，專家系統(tǒng)獲得迅速發(fā)展，應用領(lǐng)域越來越廣，解決實際問題的能力越來越大，國內(nèi)外開發(fā)出來一大批應用與礦業(yè)領(lǐng)域的專家決策系統(tǒng)?；诿旱V安全的有安全監(jiān)控專家系統(tǒng)研究，采掘工作面技術(shù)安全措施自動編制專家系統(tǒng)研究，基于專家系統(tǒng)的煤與瓦斯突出區(qū)域預測研究，煤與瓦斯突出預測專家系統(tǒng)研究。基于礦上機械方面的有提升機故障診斷專家系統(tǒng)研究，綜采設(shè)備配套專家系統(tǒng)研究，工作面液壓支架選擇專家系統(tǒng)研究?；诘V山壓力方向的有煤礦回采巷道支護設(shè)計專家系統(tǒng)研究，綜放面頂板控制設(shè)計專家系統(tǒng)研究，采場頂板控制專家系統(tǒng)研究，工作面壓力監(jiān)測專家系統(tǒng)研究

8、?；诓擅悍椒ǚ较虻挠胁擅悍椒ㄟx擇與配套設(shè)備選型專家系統(tǒng)研究，采煤方法選擇與配套設(shè)備選型專家系統(tǒng)研究，工作面開采工藝方式選擇專家系統(tǒng)研究，基于分層采礦方法選擇專家系統(tǒng)研究等等。生產(chǎn)信息化系統(tǒng)在礦業(yè)中的應用煤炭行業(yè)要走新型工業(yè)化道路，實現(xiàn)行業(yè)的跨越式發(fā)展，就應該廣泛應用先進適用的信息技術(shù)，通過現(xiàn)代化的管理手段提升管理水平和生產(chǎn)效率。信息化管理的目的是為了提高管理的效率，管理的重要內(nèi)容是要做出相應的“決策”，管理的信息化為管理者的決策提供支持，提高管理決策的科學性、時效性和適應性。生產(chǎn)信息化管理具有以下功能：對煤礦生產(chǎn)的掘進地點、回采工作面、掘進隊、回采隊等各種基礎(chǔ)信息進行管理，有利于企業(yè)對自身資

9、源進行合理利用；方便煤礦生產(chǎn)企業(yè)制定年度、季度、和月度生產(chǎn)計劃，提供各部門共享計劃報表，方便對生產(chǎn)計劃進行打印、上傳以及對各種計劃進行匯總分析，為管理層提供決策依據(jù)；實現(xiàn)生產(chǎn)過程的標準化，制定合理的生產(chǎn)計劃，為設(shè)備，人力，資金等資源配置和作業(yè)調(diào)度做準備；為生產(chǎn)過程的安全監(jiān)測、評估、預測和管理，實現(xiàn)成本管理的實時控制，實現(xiàn)成本準確和及時預算；在實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中所需工序進行標準化后，對于某一具體的工作地點，只需根據(jù)其特殊的地質(zhì)條件完成標準工序的具體化，即增加特殊的相關(guān)信息，就可以實現(xiàn)某一特定工作場所的工序的標準化，因而可以快速地完成相關(guān)作業(yè)規(guī)程制定的工作，提高工作質(zhì)量和效率。能對瓦斯、通風、防塵、

10、隱患排查等資料進行快速錄入、分類、查詢、統(tǒng)計、分析。但是由于煤礦生產(chǎn)活動涉及的工序繁多、隨機性太強，導致管理系統(tǒng)過于復雜，另外目前適用于井下環(huán)境標準的以太網(wǎng)及計算機設(shè)備尚未進入實用階段，限制了工序流轉(zhuǎn)的實時性使生產(chǎn)管理系統(tǒng)的廣泛推廣存在一定困難。計算機軟件在礦業(yè)中的應用1） MINESCAPE礦 山計 劃 系 統(tǒng)具有 15 年 為 礦業(yè) 服務(wù) 歷 史 的澳 大 利亞 明 科 姆 (Mincom) 公司 為 礦 業(yè)公司提供的服務(wù)十分全面從單一的專用軟件到全面設(shè)施的管理軟件 。MINESCAPE是 一 種 以 uNIx 工 作 站為 基 礎(chǔ) 的模 塊 化 軟 件 系 統(tǒng) 它 包括礦山現(xiàn)場全部技術(shù)信

11、息管理，從鉆孔數(shù)據(jù)采集太大降低。當工藝系統(tǒng)的負荷變化時，平滑地改變輸送機的速度可以以較低的單位耗電量運輸必要的礦巖量。故而，由不可調(diào)速電力拖動(輸送機和破碎機的主傳動裝置使用繞線式異步電動機)轉(zhuǎn)變到可調(diào)速電力拖動(異步機一整流器串級調(diào)速等)的措施是適當?shù)?。膠帶輸送機多電動機電力拖動裝置中各異步電動機負載的問題是當前一項迫切的問題，膠帶輸送機經(jīng)常有幾臺電動機同時工作在空載狀態(tài)或在輕負荷下運行。在這種工作狀態(tài)下，各電動機消耗約70 的無功電能。為了改善由功率相同的幾臺同型號電動機組成的多電動機拖動裝置電動機的負荷狀態(tài)，在重載輸送機起動時，使用全部拖動裝置，而 在負 載 減輕 時 t 最 好切 除其

12、 中的 一 部 分，同時 接入 電動 機的 最 合理數(shù)量可由參考文獻所介紹的方法來確定。為實現(xiàn)這項措施必須在拖動裝置的所有電動機上安裝斷路器。采用破碎機一膠帶轄送機自動控制系統(tǒng)，能夠保證最有效的和有節(jié)奏的工作狀態(tài)，并減少停機和降低耗電量。2）輪胎和車輛跟蹤系統(tǒng)美國 固特 異 (Goodyear) 公 司宣 稱 它設(shè) 計 了 一種 據(jù)信 是首 剖 的計 算機軟件程序，它將輪胎和車輛特性聯(lián)系起來，并將它們使用的結(jié)果聯(lián)系起來，以優(yōu)化輪胎作業(yè)指標為目標。管理人員使用這種系統(tǒng)，可對車隊的輪胎進行抽樣，將輪胎與車輛的參數(shù)進行對比，確定特定條件下應用什么輪胎最佳。該系統(tǒng)并不想跟蹤車隊中的每一個輪胎，因為那樣

13、做對于大多數(shù)車隊來講太昂貴和太費時問，但是程序可對10、20、30或100輛汽車抽樣 ?？?以結(jié)合車輛的結(jié)構(gòu)形式、功率大小以及汽車的操作維修條件等影響因素來對比某些數(shù)據(jù)，如輪胎位置、充氣壓力和胎面磨損式樣等。而且可用圖來表示趨勢，反映輪胎與車輛的最佳組合，使輪胎作業(yè)指標最佳。改善輪胎作業(yè)指標可提高輪胎的原始壽命。這樣，使外胎保養(yǎng)得更好，從而可以胎面翻新，延長服務(wù)期。固特異公司的現(xiàn)場銷售人員受過應用該系統(tǒng)的訓練，該系統(tǒng)使用 IBM 兼容的PC機，約100美元即可買到這種程序。這種程序放在88 9ram (3.5英 寸 ) 或 133 35mm (5.25英 寸 ) 的 軟盤 上 。 可 以 從

14、固特異公司設(shè)在各地的銷售辦事處或公司總部買到。爆破軟件美國精確 爆破 服 務(wù)公 司 (Precision Bting Services)1994年 出 版了 它 的 爆破軟件的新產(chǎn)品樣本它包含20種用于爆破設(shè)計和振動控制的程序。這些 軟件 中 包括 有 Blasting Plan Desig ner(爆破 設(shè)計 設(shè)計 者 )程序，這個程序可幫助用戶快速而容易地作出包括圖形在內(nèi)的專業(yè)爆破設(shè)計。該程序把輸入信息按易于理解的邏輯進行排列。報告可用點陣式或激光噴墨式打印機打印出來。還包括有輸入數(shù)字信息以及爆破布置圖和炮孔的垂直橫斷面圖。該程序根據(jù)起始表面及炮孔延遲時間， 自動計算起爆時間。報告中包括全

15、部按起爆順序分類的起爆時問數(shù)據(jù)。屏幕輔助可使用戶便于使用該程序，甚至對于那些剛剛開始使用計算機解決爆破作業(yè)的人員，也是如此。4） Teehbas 勘 探地 質(zhì) 程 序Teehbase 是 礦山 軟件 公 司 (MINEsoItLtd) 開 發(fā)的 一 種 關(guān)系 數(shù) 據(jù)庫軟件程序包。程序包經(jīng)過優(yōu)化，適用于勘探地質(zhì)工作者使用的各種數(shù)據(jù)。數(shù) 據(jù)庫結(jié)構(gòu)適用于1、2、25和3維數(shù)據(jù)，以及圈定礦產(chǎn)和地質(zhì)界限的多邊形數(shù)據(jù)和眾多的地質(zhì)信息系統(tǒng)的應用。程序包包含一些工具軟件，用于數(shù)據(jù)的處理、修改、建模和圖形顯示。因此，對于整個勘探地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)組織和分析的幫助至為重大。數(shù)據(jù)可由 dBASE、 Lotus 1-2

16、 3棋盤 式平 衡 表 程序 直 接輸 入 或 由 ASC 1 碼 文件 直接 裝 入 Techbase 數(shù) 據(jù) 庫 中 。 同 樣， 圖形 數(shù)據(jù) 也可 直 接以 dxf 格式輸出，用于對話或CAD編輯。應用范目包括繪圖 地球化學、地球 物理 和 資源 評價 。 Techbase 可 有 效地 管理 復 雜 的鉆 孔 數(shù)據(jù) ，包 括鉆孔孔口信息、孔內(nèi)樣品分析信息、巖性和蝕變、組分數(shù)據(jù)及其它數(shù)據(jù)。地質(zhì)和土壤信息可用不同顏色和圖例進行顯示。輔助功能中還 有詳 細 的測 井記 錄分 析 和 地表 立 標桿 等 功 能 Techbase 可 使 用戶迅速而容易地計算體積和初步儲量，還配備有大量的建模和

17、計算技術(shù) 。（5）計算機輔助流量分析FlowTEK 程 序是 PC機 應用 的 專用 軟 件 包 。 它是 明 特克 (Mintek) 公司開發(fā)的軟件，有助于開發(fā)和應用自動分析技術(shù)，現(xiàn)在已轉(zhuǎn)讓給其它研究部門。傳統(tǒng)的已被確認的濕化學分析法，如滴定法、光譜分析法和電化學法等，在流態(tài)分析技術(shù)的幫助下，越來越多地實現(xiàn)了自動化。這些新技術(shù)的全部潛在用途，包括注流分析和順序注入分析，只能靠計 算機 數(shù) 據(jù)采 集和 設(shè)備 控 制 來實 現(xiàn) 。 FlowTEK 軟件 具 有 足 夠 的靈 活性，可用于研究和方法開發(fā)，也可用于實驗室和生產(chǎn)過程中的分析作 業(yè)。6） 層 析 x 射 線 攝 法用改 進的 層 析 x

18、 射線 攝 法進 行地 表下 巖體 攝 影地 球 物 理層 析 x 射 線攝影法是使用地震波或無線電波對巖體結(jié)構(gòu)進行攝影的一種方法，和 x 射 線 掃描 人 體 組織 的 方法 一樣 。這種方法在采礦工業(yè)中已發(fā)現(xiàn)多種用途，包括巖性和巖體結(jié)構(gòu)特性分析、裂隙探測和水流監(jiān)測、空洞探測、以及應力狀態(tài)和礦山結(jié)構(gòu)的完整性評價。有兩 個重 要 問題 限制 地 球 物理 層 析 x 射線 技 術(shù)像 醫(yī) 學 上應 用的 層析 x 射 線 技術(shù) 那 樣 獲得 巨 大的 成功 。第 一 個 問題 就 是 波能 射源 和波 能接收機的位置受到限制：理想的解決辦法只有在被攝區(qū)域完全被波源和接收機所包圍的情況下才能得到；

19、第二個重要問題是需要對射線進行仔細跟蹤。先前已有的軟件產(chǎn)生陰影區(qū)，造成數(shù)據(jù)漏失。美國 礦山 局 開發(fā) 了一 種新 的 軟 件 用 于 PC機層 析 x 射 線攝 影 處 理 它 在射線跟蹤和非單一性兩大問題上取得進展。這種新的MIGRATOM 程序 ( 移 動 式 波前 層 析 x 射線 攝 影 技術(shù) ) 模 擬 連續(xù) 的 波前 傳 播 而 不 是 跟蹤各個射線的路徑可 避免出現(xiàn)陰影區(qū)問題另外 MIGRATOM程序把模糊邏輯概念結(jié)合到約束條件中，可減少非單一性問題。美國礦山局已把MIGRATOM程序用于各種礦業(yè)應用中包括探測地下廢棄巷道、評價礦柱中的應力分布和評價就地溶浸采礦前各種裂隙的特點。

20、結(jié) 論目前，計算機在礦業(yè)中的應用取得了很大的進步，初步實現(xiàn)了礦山的數(shù)字化，在礦業(yè)日常生產(chǎn)管理中，計算機的廣大應用，大大提高了生產(chǎn)效率，經(jīng)濟效益得到了明顯的提高。但目前計算機在礦業(yè)中的應用程度還偏低，系統(tǒng)化不足。未來計算機在礦業(yè)中的應用一方面要大力發(fā)展專家決策系統(tǒng)，為在日常生產(chǎn)中礦業(yè)技術(shù)科學的應提供一個智能平臺。另外三維顯示技術(shù)、生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的發(fā)展必為礦業(yè)領(lǐng)域安全、高效生產(chǎn)帶來質(zhì)的飛 躍。參考文獻：張金山等.專家系統(tǒng)與開發(fā)工具M. 北京：中國礦業(yè)大學出版社 ， 1994,12.張金山.計算機技術(shù)在采礦工業(yè)中的應用現(xiàn)狀與展望M.北京：中國礦業(yè)大學出版社，1997,7.出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下三分， 益州疲弊， 此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺