計算機在礦山中的應(yīng)用

1、第一節(jié) 計算機在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用信息化社會中，計算機在社會經(jīng)濟、文教、衛(wèi)生、軍事及科學(xué)技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用， 正深刻地改變?nèi)祟惖纳姝h(huán)境及生活方式。眾所周知，計算機從應(yīng)用功能來看，可進行 文字處理，數(shù)據(jù)傳輸及保存和處理，圖件的處理和繪制等，以及到現(xiàn)在的人工智能開發(fā) 和應(yīng)用等。礦山企業(yè)也不例外，計算機的使用和普及對礦山企業(yè)的發(fā)展也將起到前所未 有的促進作用，本節(jié)僅就礦山企業(yè)的應(yīng)用原理做簡單概述。一、礦山企業(yè)普及計算機的必要性1、礦山企業(yè)數(shù)據(jù)的冗雜性迫切需要計算機數(shù)字化處理礦山企業(yè)是一個特殊的生產(chǎn)領(lǐng)域。現(xiàn)代礦山一般規(guī)模龐大，面積較廣，生產(chǎn)環(huán)節(jié)繁 雜，不同礦山地質(zhì)條件和礦體賦存條件差別很大，主要表現(xiàn)為

2、：礦床地層構(gòu)造復(fù)雜，礦 體厚度不穩(wěn)定，傾角變化大，頂?shù)装宀环€(wěn)定，有時受地下水的威脅等等；生產(chǎn)方式復(fù)雜， 生產(chǎn)礦井提升、運輸方式多樣；設(shè)備復(fù)雜，種類繁多，設(shè)備數(shù)量多。由此可見，礦山的 信息量巨大，并且數(shù)據(jù)類型多，包括地質(zhì)、采礦、測繪、選冶、分析、安全環(huán)保、經(jīng)濟 建設(shè)、生產(chǎn)與管理等多方面的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)具有以下主要特點：數(shù)據(jù)來源多樣性。礦山生產(chǎn)數(shù)據(jù)涉及地、測、采、選、冶等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)載體有 文字資料、表格、圖形影像、數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)分布時空性。數(shù)據(jù)具有時空四維的幾何和屬性信息，并且隨著生產(chǎn)的持續(xù) 進行，數(shù)據(jù)時刻處于不斷的更新和變化中。生產(chǎn)階段多變性。礦山信息涵蓋礦山生產(chǎn)和建設(shè)的各個階段，如探礦階段、開

3、 拓階段、采準(zhǔn)階段、備采階段、選冶階段等。數(shù)據(jù)結(jié)果不確定性。礦山的各種數(shù)據(jù)來自不同的空間和環(huán)境，許多數(shù)據(jù)具有不 確定性或模糊性，需在礦山生產(chǎn)的統(tǒng)一使用中才能發(fā)揮作用。2、礦山企業(yè)生產(chǎn)的特殊性需要各種數(shù)據(jù)處提供科學(xué)依據(jù)由于礦山企業(yè)生產(chǎn)具有投資大、風(fēng)險高等特殊性，礦山企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有重要經(jīng) 濟價值。大量的數(shù)據(jù)不及時收集、整理、保存，一旦丟失，將給礦山造成巨大的經(jīng)濟損 失。礦山數(shù)據(jù)的保存和分析對礦山的生產(chǎn)、技術(shù)、安全、管理、效益、資源的有效利用 及環(huán)境的保護具有重要意義，例如礦山生產(chǎn)外圍的找礦，地質(zhì)災(zāi)害評估，采礦對地下水 及地表水、生態(tài)的影響，礦山塌陷區(qū)的復(fù)墾等，均需要有大量詳實可靠的數(shù)據(jù)做為科學(xué)

4、 分析和決策的依據(jù)。3、礦山企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展也迫切需要科學(xué)、高效的生產(chǎn)及管理方式目前，大部分礦山工程施工、開采過程、設(shè)備、材料信息、經(jīng)營管理信息等的收集 和處理主要停留在手工操作上，已不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)、管理、辦公等要求。礦山企 業(yè)急需高效的管理方法與系統(tǒng)來適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展。生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化，生產(chǎn)程序的智能 化等科學(xué)手段應(yīng)是滿足這一需求的最好方法之一。高效應(yīng)用計算機及其應(yīng)用系統(tǒng)可以達 到：生產(chǎn)前，提供科學(xué)優(yōu)化方案及程序生產(chǎn)中，可隨時根據(jù)各種情況(數(shù)據(jù))的變化，迅速得出預(yù)測結(jié)果，及時提供應(yīng) 對措施或修改設(shè)計方案。包括對井下安全情況的即時監(jiān)測等情況。生產(chǎn)后的各種數(shù)據(jù)是企業(yè)未來生產(chǎn)決策的科學(xué)依據(jù)

5、?？傊?，礦山企業(yè)是一個復(fù)雜的動態(tài)生產(chǎn)系統(tǒng)，該生產(chǎn)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)非線性、行為多 樣性、信息不確定性和狀態(tài)不可逆性的特點。面臨著非常巨大的困難，數(shù)字化礦山的建 立將提供解決這些問題的可能。二、礦山計算機應(yīng)用原理及范圍簡述1、礦山企業(yè)計算機應(yīng)用原理按礦山企業(yè)對計算機的應(yīng)用功能來看，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：（1）文字及簡單的圖表處理文字及簡單的圖表處理屬于計算機的基礎(chǔ)知識，一般用于管理部門或?qū)懳淖謭蟾鏁r 使用，這一類辦公軟件較多。（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理和分析常見于生產(chǎn)部門，對所采集的數(shù)據(jù)可進行科學(xué)分析或統(tǒng)計應(yīng) 用。簡單的也可用正常的辦公軟件，如Office/Excel/Word等均有表

6、格處理功能，可以對 部分?jǐn)?shù)據(jù)進行處理。此外也有專門的系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)對礦山各種數(shù)據(jù)的科學(xué)分析，如 GIS系統(tǒng)等。（3）礦山圖件的處理和生成：傳統(tǒng)礦山生產(chǎn)所用圖件或圖紙均是先由專業(yè)技術(shù)人員進行底圖的繪制，然后由描圖 員對底圖進行描繪，得出透明圖紙或聚脂薄膜圖，最后經(jīng)過曬圖才能得到生產(chǎn)設(shè)計所需 藍圖。不僅工序繁瑣，而且有時由于描圖員不能很好的理解技術(shù)人員的意圖，或不能完 全看懂圖紙，經(jīng)過描繪的圖紙也就經(jīng)常有這樣或那樣的問題，對礦山生產(chǎn)有較大的影響。而現(xiàn)在地理信息技術(shù)可以使礦山地理信息數(shù)字化，利用礦山地面和井下測量信息構(gòu) 建礦山的幾何空間框架。礦山數(shù)據(jù)源包括地形圖、測量資料、礦山土地利用圖、地質(zhì)圖 及

7、文字報告、礦床產(chǎn)狀圖及文字報告、采掘工程圖、井上下對照圖、礦山機械設(shè)備圖紙 等。其儲存形式，主要有圖象、圖形、文字、表格等。這些為數(shù)據(jù)源靜態(tài)的一面。另一 方面，由于礦山生產(chǎn)和區(qū)域社會的不斷發(fā)展，還有大量動態(tài)數(shù)據(jù)，即在生產(chǎn)過程中不斷 更新、增加的數(shù)據(jù)和信息。這部分?jǐn)?shù)據(jù)是生產(chǎn)和管理的最新資料，是系統(tǒng)保持現(xiàn)實性所 必需的。（4）礦山生產(chǎn)程序的智能化及模擬計算機的應(yīng)用可以將礦山各種數(shù)據(jù)、信息綜合起來，實現(xiàn)科學(xué)分析、虛擬現(xiàn)實、模 擬生產(chǎn)等，為礦產(chǎn)資源評估、礦山規(guī)劃、開拓設(shè)計、生產(chǎn)安全和決策管理提供直觀有效 和科學(xué)的依據(jù)。2、礦山企業(yè)計算機應(yīng)用范圍礦山生產(chǎn)中，計算機的應(yīng)用在礦山不同部門或生產(chǎn)階段其工作重點

8、也不盡相同，具 體如下：（1）礦床資源及經(jīng)濟效益分析計算機在礦床資源評價和經(jīng)濟效益分析方面的快捷和高效主要體現(xiàn)在計算機的計 算功能，如對礦床的綜合評價及礦體邊界品位的確定，礦塊經(jīng)濟模型的建立及塊值的計算, 可行性研究及方案選擇中的經(jīng)濟效益分析，經(jīng)濟指標(biāo)的合理確定等。下面僅以邊界品位的 動態(tài)優(yōu)化為例論述計算機技術(shù)在此方面的應(yīng)用。邊界品位是用于區(qū)分礦石和廢石的臨界品位。與邊界品位相互作用的因素很多,如 采、選、冶成本，產(chǎn)品價格，時間因素,品位空間分布，采、選、冶生產(chǎn)能力及開采計劃等。 傳統(tǒng)的成本法（即生產(chǎn)成本等于產(chǎn)品價值）所確定的邊界品位是一個只考慮成本與價格的 單一靜態(tài)品位。由于產(chǎn)品價格與生產(chǎn)成

9、本不會是一成不變的,資金也具有時間價值，傳統(tǒng) 的成本計算法已無法將這如此多的因素計算在內(nèi)，而且費時費力，并且即使計算完畢時， 可能各種因素又出現(xiàn)新的變化。但是計算機的應(yīng)用卻為這類優(yōu)化問題的求解開辟了一條 新的思路。如昆明工程大學(xué)的計算機網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)法的探討。其原理是以最大凈現(xiàn)值為目標(biāo), 考慮采、選、冶生產(chǎn)能力、品位分布及開采計劃要求的系統(tǒng)優(yōu)化方法，建立生產(chǎn)組織優(yōu)化 模型,用計算機進行求解。（2）地下開采中的生產(chǎn)管理地下開采中，不同的采礦方法的生產(chǎn)指標(biāo)（如礦山生產(chǎn)規(guī)模、礦石損失率、貧化率、 勞動生產(chǎn)率、成本等）不同，都有很重要的影響。所以采礦方法選擇的合理、正確與否， 將直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟效益。對

10、于地下開采的礦山設(shè)計，選擇技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理 的采礦方法是設(shè)計中必不可少的重要環(huán)節(jié)。因為影響采礦方法選擇的因素很多，一類是自然條件，如礦體的地質(zhì)狀況、賦存條件 以及與市場密切相關(guān)的礦石價值等;另一類是人為要求，如地表的保護要求、技術(shù)上可行 的前提下投資者（決策者）的傾向性要求等。傳統(tǒng)的采礦設(shè)計依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗水平或 沿用實例類比方式，已遠(yuǎn)不能適應(yīng)礦山的發(fā)展，近些年來，人們在采礦工程領(lǐng)域引入了人 工智能來解決領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)驗判斷問題，即不確定性推理問題。一些典型的應(yīng)用有多目標(biāo)決策 線性規(guī)劃、灰色系統(tǒng)理論、基于規(guī)則的專家系統(tǒng)等。北京有色冶金設(shè)計研究總院的顧秀 華等人結(jié)合采礦設(shè)計的工藝特點開發(fā)了一套

11、幫助設(shè)計者根據(jù)礦山資源條件進行采礦方 法初選并對初選出的幾種采礦方法進行經(jīng)濟比較并決策的專家系統(tǒng)。細(xì)化了采礦方法及 方案的分類，將基于規(guī)則的專家系統(tǒng)引入采礦工程設(shè)計,并在技術(shù)條件允許的前提下，給投 資者（決策者）以傾向性選擇的機會，由此初選出推薦方案，再對推薦方案進行經(jīng)濟優(yōu)化選 擇。其原理如圖2-2。圖2-2計算機采礦初選系統(tǒng)原理示意圖（編者制作）（3）礦山井巷設(shè)計方面現(xiàn)代礦山井巷設(shè)計的趨勢，是利用計算機進行自動設(shè)計，優(yōu)化選擇。其中AutoCAD 軟件起著功不可沒的作用。AutoCAD自問世以來，隨著微機硬件系統(tǒng)的發(fā)展，也經(jīng)歷了多次版本更新。AutoCAD版本的每次更新，都對其功能進行了必要的

12、完善和補充。第一代CAD系統(tǒng)是 二維設(shè)計和繪圖，它主要解決人們繁重的手工繪圖問題。第二代CAD系統(tǒng)是多數(shù)據(jù)的 軟件系統(tǒng)，除了二維設(shè)計和繪圖外，還有三維線框模型，實體模型，有限元分析計算和 數(shù)控加工等功能?，F(xiàn)在第三代AutoCAD開始嵌入了內(nèi)部編程語言，可以方便地調(diào)用 AutoCAD命令，實現(xiàn)參數(shù)繪圖和自動繪圖等，把整個系統(tǒng)真正集成起來，形成一個完 整的工作系統(tǒng)。真正實現(xiàn)高效快捷的人機互動功能，極大的提高了生產(chǎn)效率。如南方cass 系統(tǒng)、中望CAD、電子圖板等。（4）礦山企業(yè)管理及其他方面礦山因其生產(chǎn)的復(fù)雜性及特殊性，嚴(yán)重地制約著他的生產(chǎn)效率，為此有專業(yè)人員開 發(fā)了相應(yīng)的礦山管理軟件如MIS礦山

13、信息系統(tǒng)及B/S模式結(jié)構(gòu)等企業(yè)管理軟件等。此外礦山計算機在設(shè)備選型、井巷爆破、邊坡穩(wěn)定性分析研究方面也得到了廣泛的 應(yīng)用，如風(fēng)機、水泵、電動機、膠帶運輸機等設(shè)備的選型計算；計算機模擬爆破；巖體 穩(wěn)定性分析；實驗數(shù)據(jù)處理及參數(shù)選擇等。此外還有各類數(shù)據(jù)庫的建立,大區(qū)域或全行 業(yè)性微機聯(lián)網(wǎng)通訊等都是礦山運用計算機發(fā)展的領(lǐng)域。礦山對計算機的高效使用就是建設(shè)數(shù)字化礦山的過程。就是在礦山企業(yè)的生產(chǎn)過程 中實現(xiàn)管理及生產(chǎn)的信息數(shù)字化。充分利用計算機處理礦山企業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)科學(xué)分析， 為礦產(chǎn)資源評估、礦山規(guī)劃、開拓設(shè)計、生產(chǎn)安全和決策管理進行模擬、仿真和過程分 析，提供優(yōu)化開發(fā)和設(shè)計方案必將極大的促進礦山企業(yè)的

14、發(fā)展。三、礦山計算機應(yīng)用軟件示例五龍金礦是一座有著60多年歷史的國有大型金礦，從1990年引進第一臺386計算 機開始，五龍金礦在計算機應(yīng)用方面取得了長足的發(fā)展，到目前共有高端服務(wù)器兩臺， 高端商用計算機150臺，礦區(qū)內(nèi)部組建了 10M網(wǎng)絡(luò)，并接入10M光纖寬帶，而且又先 后購置了很多專業(yè)軟件。（一）南方 cass:南方cass是由南方測繪公司開發(fā)，以AutoCAD為平臺，面向地形地籍測量方面的 專業(yè)軟件，從1989年開始不斷推出以AutoCAD為平臺的測量系列軟件，歷經(jīng)幾代人的 努力，現(xiàn)在已經(jīng)推出以AutoCAD2008為平臺的Cass2008版。硬件環(huán)境CPU: Pentium III 或

15、 Pentium IV （建議使用 Pentium IV 以上）800 Mhz 或同等 級RAM: 512MB圖形卡：1024 x 768 VGA真彩色（最低要求）Open GL兼容三維視頻卡（可選） 需硬件支持DX9.0C硬盤：安裝750 MB軟件環(huán)境操作系統(tǒng)：Microsoft Windows NT 4.0 SP 6a 或更高版本；Microsoft Windows 9x； Microsoft Windows 2000； Microsoft Windows XP Professional； Microsoft Windows XP Home Edition； Microsoft Windo

16、ws XP Tablet PC Edition瀏覽器：Microsoft Internet Explorer 6.0 或更高版本平臺：AutoCAD 2002/2004/2005/2006/2007/2008文檔及表格處理：Microsoft Office2003或更高版本軟件可實現(xiàn)地形圖的測制工作、地籍圖的測制工作、矢量化成圖工作以及地圖的管 理工作等。圖2-3南方CASS測繪等高線圖界面Cass可實現(xiàn)與pc-e500、帶內(nèi)存的全站儀及測圖精靈的數(shù)據(jù)通訊，可進行內(nèi)業(yè)成圖 整理、可實現(xiàn)等高線自動勾繪，如圖2-3。（二）MapGIS：MAPGIS是武漢中地數(shù)碼科技有限公司開發(fā)的新一代面向網(wǎng)絡(luò)超大

17、型分布式地理信息 系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件平臺。硬件環(huán)境CPU: Pentium III 或 Pentium IV （建議使用 Pentium IV 以上）800 Mhz 或同等 級RAM: 256MB 以上硬盤：安裝100 MB軟件環(huán)境操作系統(tǒng)：Microsoft Windows NT 4.0 SP 6a 或更高版本；Microsoft Windows 2000； Microsoft Windows XP Professional； Microsoft Windows XP Home Edition； Microsoft Windows XP Tablet PC Edition系統(tǒng)具有以下特點：采用分布

18、式跨平臺的多層多級體系結(jié)構(gòu)，采用面向“服務(wù)”的設(shè)計思想。具有面向地理實體的空間數(shù)據(jù)模型，可描述任意復(fù)雜度的空間特征和非空間特征，完全 表達空間、非空間、實體的空間共生性、多重性等關(guān)系。具備超大量空間數(shù)據(jù)存儲與管理能力，矢量、柵格、影像、三維四位一體的海量數(shù)據(jù)存 儲，高效的空間索引。采用版本與增量相結(jié)合的時空數(shù)據(jù)處理模型，“元組級基態(tài)+增量修正法”的實施方案，可 實現(xiàn)單個實體的時態(tài)演變。具有版本管理和沖突檢測機制的版本與|長事務(wù)|（長期的設(shè)計等工作，即長時間并發(fā)訪問） 處理機制。基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型的工作流管理與控制引擎，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)整和定制，解決GIS 和OA（Office Automat

19、ion，指自動化辦公）的無縫集成。標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)的空間元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)元數(shù)據(jù)的采集、存儲、建庫、查詢和共享發(fā)布， 支持SRW協(xié)議，具有分布間索能力。支持真三維建模與可視化，能進行三維海量數(shù)據(jù)的有效存儲和管理，三維專業(yè)模型的快 速建立，三維數(shù)據(jù)的綜合可視化和融合分析。提供基于 SOAP（SOAP: Simple Object Access Protocol簡單對象訪問協(xié)議）和 XML（extensible Markup Language 即可擴展標(biāo)記語言）的空間信息應(yīng)用服務(wù)，遵循Opengis規(guī)范，（Open Geodata Interoperation Specification,OGIS-

20、開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范，由美國 OGC（OpenGIS 協(xié)會，OpenGIS Consortium）提出）支持 WMS、WFS、WCS、GLM3（這些我 不太清楚但可以肯定的是網(wǎng)絡(luò)的什么系統(tǒng)即支持多人同時操作支持網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的共享）。支持互聯(lián)網(wǎng)和無線互聯(lián)網(wǎng)，支持各種智能移動終端。MapGIS提供五個子系統(tǒng)，分別是圖形處理、庫管理、空間分析、圖象處理及實用服務(wù) 共五個子系統(tǒng)。五龍金礦自2004年引進這一系統(tǒng)后，先后完成了大量的地質(zhì)、測量方面的圖件，為實現(xiàn) 數(shù)字化礦山奠定了基礎(chǔ)。如圖2-4。1APGIS編輯子系統(tǒng)-五龍金礦地形地質(zhì)圖3度帶10000.MPJTT 匚I國嗎工程文件I S3單文件I，OTT 匚I國嗎工程文件I S3單文件I，O國驗軸曹霉喜歧件酸字化賢編輯嘔編輯聰編輯歐量化皿它通層繇統(tǒng)庫C檢查。設(shè)置赴窗口工程輸出通助 歸蓋昌花，4 . 卷脂宵曹E %二.帛博：感叢，* X. F /曹m H食& 1：1曾O辛 K由說明| 8圖2-4 MapGIS繪圖