露天礦臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究

露天礦臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究

梯子爆炸的設(shè)計(jì)直接影響露天礦生產(chǎn)的后道過(guò)程。為了提高臺(tái)階爆炸的設(shè)計(jì)水平，石仁溝煤礦和科研院所合作，研究和應(yīng)用了露天礦邊坡爆炸的專(zhuān)家系統(tǒng)。1礦巖爆破性分區(qū)進(jìn)行爆破分區(qū)的研究是為建立石人溝露天礦臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。爆破分區(qū)的試驗(yàn)研究工作分兩步進(jìn)行:首先從礦巖的爆破性分級(jí)入手,以能量平衡準(zhǔn)則為理論,以爆破漏斗體積、爆破塊度組成和巖石聲阻抗作為判據(jù)的爆破性分級(jí)方法,對(duì)石人溝鐵礦的礦巖進(jìn)行了爆破性能的測(cè)定和等級(jí)的劃分。其次以礦巖的可爆性進(jìn)行分區(qū)。礦巖爆破性分區(qū)與單純爆破性分級(jí)不同,一是在研究對(duì)象上,分區(qū)是以區(qū)域?yàn)橹行膶?duì)礦巖爆破性加以區(qū)分;二是在分區(qū)準(zhǔn)則上,除巖石固有的物理力學(xué)屬性外,更強(qiáng)調(diào)節(jié)理、裂隙的影響和高應(yīng)變率下的礦巖動(dòng)載特性。為此我們利用SHPB高速?zèng)_擊裝置測(cè)定了礦巖動(dòng)載特性,并且對(duì)采場(chǎng)巖體裂隙系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。其結(jié)果為:8線(xiàn)至18線(xiàn)間各礦體的動(dòng)抗壓強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量最大,8線(xiàn)以北略小,18線(xiàn)以南最小。根據(jù)各種試驗(yàn)得出各區(qū)域范圍內(nèi)各類(lèi)型礦體和巖體爆破性等級(jí)值,如表1所示,以此值為原始資料建立臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)。2樓梯爆炸設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的建設(shè)專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由6部分組成:知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)接口、解釋程序和知識(shí)獲得程序,見(jiàn)圖1。2.1樓梯爆炸設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)研究2.1.1實(shí)用的基于知識(shí)的臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于知識(shí)的臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要用來(lái)完成露天礦臺(tái)階爆破各個(gè)設(shè)計(jì)階段的任務(wù),并盡可能使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟符合爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家或現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣。一個(gè)實(shí)用的基于知識(shí)的臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是專(zhuān)家系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合,應(yīng)是一個(gè)智能CAD系統(tǒng)。既要能象爆破專(zhuān)家一樣進(jìn)行爆破參數(shù)的選擇和確定,又要具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力。2.1.2爆破參數(shù)確定的階段進(jìn)行臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)要分多步進(jìn)行:①爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家或爆破技術(shù)人員首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破條件對(duì)整個(gè)爆區(qū)進(jìn)行爆破參數(shù)的初選,根據(jù)整個(gè)爆區(qū)的情況初步確定整個(gè)爆區(qū)的全局爆破參數(shù);②根據(jù)初選的爆破參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行鉆孔設(shè)計(jì)并現(xiàn)場(chǎng)布孔,這一階段主要是確定各個(gè)炮孔的位置和深度,大部分工作在室外完成;③鉆機(jī)根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔;④根據(jù)實(shí)際的情況和進(jìn)一步了解的爆破條件以及爆破施工環(huán)境等,在實(shí)施爆破作業(yè)之前進(jìn)行爆破施工設(shè)計(jì),這一階段工作主要是根據(jù)全局參數(shù)和各個(gè)炮孔的具體情況確定起爆方案和每一個(gè)炮孔的爆破參數(shù)等;⑤最后通過(guò)審批進(jìn)行爆破施工。2.1.3系統(tǒng)的全球設(shè)計(jì)(1)爆破結(jié)果的輸出通過(guò)以上分析,臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)BBES系統(tǒng))包括如下幾個(gè)部分。①爆破參數(shù)選擇部分。該部分主要根據(jù)整個(gè)爆區(qū)的情況進(jìn)行臺(tái)階爆破參數(shù)的初選。②鉆孔設(shè)計(jì)部分。該部分根據(jù)初選的爆破參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)炮孔布置等確定各個(gè)炮孔的合理設(shè)計(jì)深度并以圖表的形式輸出設(shè)計(jì)結(jié)果。③爆破施工設(shè)計(jì)部分。該部分根據(jù)初選的爆破參數(shù)、最后炮孔的實(shí)際數(shù)據(jù)確定起爆方案,并統(tǒng)計(jì)整個(gè)爆區(qū)的爆破材料消耗等。④爆破效果預(yù)測(cè)部分。主要是根據(jù)施工設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行臺(tái)階爆破效果的預(yù)測(cè)和常用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算等。⑤知識(shí)庫(kù)維護(hù)和管理部分。主要是對(duì)知識(shí)庫(kù)、爆破實(shí)例庫(kù)、礦巖特性庫(kù)、炸藥特性庫(kù)和常用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)和管理。主要工作包括修改、添加、建立、刪除、顯示等功能。⑥幾何參數(shù)的輔助選擇部分。該部分主要是為了充分發(fā)揮技術(shù)人員的能動(dòng)性。技術(shù)人員或用戶(hù)可以很方便地改變孔網(wǎng)參數(shù)和起爆順序,以便觀(guān)察實(shí)際起爆時(shí)的孔網(wǎng)參數(shù)和布孔時(shí)的孔網(wǎng)參數(shù)的區(qū)別,以及起爆順序?qū)拙W(wǎng)參數(shù)的影響。根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)確定合理的幾何爆破參數(shù)。⑦幫助信息部分。該部分主要是為整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)功能提供幫助信息,為設(shè)計(jì)者的操作提供方便。(2)采用引發(fā)快速推理機(jī)BBES系統(tǒng)采用Turboprolog2.0語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具。①Turboprolog語(yǔ)言是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,具有很大的靈活性,這對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常重要;②推理的搜索和匹配工作由Turboprolog中的一個(gè)內(nèi)部子程序完成,無(wú)需編程者編制推理機(jī);③Turboprolog有豐富的窗口功能,便于專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā);④Turboprolog的價(jià)格也比較低,是經(jīng)濟(jì)的;⑤Turboprolog和其它語(yǔ)言有方便的接口,所以它也是可靠的。2.2回原下拉菜單該系統(tǒng)的用戶(hù)界面采用下拉式菜單,參看圖2。系統(tǒng)完成某一功能后,自動(dòng)返回原下拉菜單,如用戶(hù)選擇了“用專(zhuān)家系統(tǒng)選擇爆破參數(shù)”這一下拉菜單項(xiàng),系統(tǒng)則調(diào)用臺(tái)階爆破參數(shù)選擇專(zhuān)家系統(tǒng),完成后系統(tǒng)自動(dòng)返回原下拉菜單。與此類(lèi)似,用戶(hù)可依次利用系統(tǒng)完成其它功能。圖2BBES系統(tǒng)主菜單下的所有下拉菜單2.2.1混合控制推理策略該子系統(tǒng)是進(jìn)行爆破參數(shù)的初選。采用基于實(shí)例和基于規(guī)則相結(jié)合的混合控制推理策略。知識(shí)的內(nèi)部表示形式有邏輯謂詞和產(chǎn)生規(guī)則兩種,共包括三類(lèi)規(guī)則:實(shí)例規(guī)則、條件規(guī)則和修改規(guī)則。2.2.2爆區(qū)的預(yù)期超深、炮孔確定主要是確定合理的炮孔設(shè)計(jì)深度?？紤]的主要因素有:整個(gè)爆區(qū)的合理超深、炮孔預(yù)計(jì)待爆時(shí)間、炮孔直徑、臺(tái)階高度和每個(gè)炮孔的三維坐標(biāo)。以表格的形式輸出設(shè)計(jì)結(jié)果,指導(dǎo)鉆孔作業(yè)。2.2.3局部影響因素施工設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行爆破參數(shù)的最后確定。不僅考慮全局影響因素,而且要考慮局部影響因素。從某種意義上講,該子系統(tǒng)是一智能CAD系統(tǒng),一些設(shè)計(jì)規(guī)則和參數(shù)選擇原則被揉合進(jìn)系統(tǒng)中。輸出起爆網(wǎng)絡(luò)圖、炮孔爆破參數(shù)明細(xì)表和爆破材料消耗統(tǒng)計(jì)表。2.2.4爆炸效果預(yù)測(cè)系統(tǒng)輸入爆破施工設(shè)計(jì)結(jié)果,該子系統(tǒng)可進(jìn)行爆破效果預(yù)測(cè)和常用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì),輸出預(yù)測(cè)結(jié)果表。2.2.5爆破設(shè)計(jì)知識(shí)的內(nèi)部表示形式該系統(tǒng)是對(duì)各類(lèi)規(guī)則庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。主要工作包括知識(shí)庫(kù)的一致性維護(hù),實(shí)例規(guī)則庫(kù)的自適應(yīng)實(shí)現(xiàn),知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改、添加、建立、刪除、顯示等功能。在整個(gè)系統(tǒng)中,臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)知識(shí)分為兩大類(lèi):一類(lèi)用于爆破參數(shù)的初選;一類(lèi)用于臺(tái)階爆破的施工設(shè)計(jì)。根據(jù)知識(shí)所涉及范圍的不同,在BBES系統(tǒng)中,知識(shí)又分為全局規(guī)則和局部規(guī)則,各類(lèi)知識(shí)之間的關(guān)系可參見(jiàn)圖3。知識(shí)的內(nèi)部表示形式有邏輯謂詞和產(chǎn)生式規(guī)則兩種。在施工設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中知識(shí)僅采用產(chǎn)生式規(guī)則的形式表示。圖3BBES系統(tǒng)各類(lèi)知識(shí)間的關(guān)系2.2.5.實(shí)例規(guī)則庫(kù)的管理在臺(tái)階爆破選擇專(zhuān)家系統(tǒng)中,知識(shí)的內(nèi)部表示形式是用邏輯謂詞和產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)爆破設(shè)計(jì)知識(shí)的特點(diǎn),表示知識(shí)的規(guī)則分成了不同的層次?！皩?shí)例規(guī)則”反映的是由一系列爆破參數(shù)組成的爆破方案與影響爆破設(shè)計(jì)因素之間的關(guān)系。“條件規(guī)則”是對(duì)影響爆破設(shè)計(jì)因素的進(jìn)一步描述?！靶薷囊?guī)則”反映兩次爆破條件的差別對(duì)爆破參數(shù)的影響,這樣的知識(shí)表示便于知識(shí)庫(kù)的維護(hù)和管理。實(shí)例規(guī)則庫(kù)的管理主要包括:規(guī)則庫(kù)的刪除、添加、修改、調(diào)入、顯示等功能。條件規(guī)則庫(kù)用來(lái)保存各級(jí)條件規(guī)則。由于條件規(guī)則僅是對(duì)實(shí)例規(guī)則中的條件部分做進(jìn)一步的解釋,所以用戶(hù)沒(méi)有必要進(jìn)行條件規(guī)則的添加,只需要進(jìn)行條件規(guī)則的修改。所以條件規(guī)則的管理主要是對(duì)各級(jí)條件規(guī)則進(jìn)行修改和顯示。用戶(hù)調(diào)用這一功能時(shí),系統(tǒng)將顯示各級(jí)條件規(guī)則庫(kù)的文件名,用戶(hù)可用光標(biāo)鍵進(jìn)行選擇,然后在全屏幕編輯狀態(tài)下進(jìn)行具體條件規(guī)則的修改,按“F10”鍵則系統(tǒng)返回,按“ESC”鍵則放棄修改內(nèi)容。修改規(guī)則庫(kù)用來(lái)保存“修改規(guī)則”。與條件規(guī)則庫(kù)的管理類(lèi)似,修改規(guī)則庫(kù)的管理主要也是對(duì)具體“修改規(guī)則”的修改。用戶(hù)調(diào)用這一功能時(shí),系統(tǒng)則顯示修改規(guī)則庫(kù)的文件名,然后可在全屏幕編輯狀態(tài)下進(jìn)行具體規(guī)則的修改。2.2.5.爆破實(shí)例的轉(zhuǎn)化和保留臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)知識(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理包括工程爆破實(shí)例庫(kù)管理、礦巖特性數(shù)據(jù)庫(kù)管理、炸藥特性數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及對(duì)常用數(shù)據(jù)庫(kù)的修改等。(1)工程爆破實(shí)例庫(kù)管理。工程爆破實(shí)例庫(kù)是用來(lái)存放臺(tái)階爆破的工程爆破實(shí)例的。每一個(gè)工程爆破實(shí)例和規(guī)則庫(kù)中的實(shí)例規(guī)則類(lèi)似,有爆破實(shí)例編號(hào)、爆破條件、爆破參數(shù)。此外還有爆區(qū)編號(hào)和爆破效果評(píng)述。在系統(tǒng)內(nèi)部仍采用邏輯謂詞表示。具體格式如下:Case(實(shí)例編號(hào),爆區(qū)編號(hào),[爆破參數(shù)表],[爆破條件表],爆破效果描述)。其中,爆破條件仍然采用數(shù)字代碼表示,和實(shí)例規(guī)則中的數(shù)字代碼一樣。系統(tǒng)在礦山應(yīng)用之后,每次爆破情況都存放在實(shí)例庫(kù)之中,對(duì)爆破效果較好的爆破實(shí)例,系統(tǒng)可以直接轉(zhuǎn)化為實(shí)例規(guī)則,并自動(dòng)存入對(duì)應(yīng)的規(guī)則庫(kù)。對(duì)工程爆破實(shí)例庫(kù)的管理,與實(shí)例規(guī)則庫(kù)的管理相似。包括工程爆破實(shí)例庫(kù)建立,工程爆破實(shí)例庫(kù)刪除,工程爆破實(shí)例庫(kù)添加,工程爆破實(shí)例庫(kù)修改,工程爆破實(shí)例庫(kù)調(diào)入和工程爆破實(shí)例庫(kù)顯示等功能。具體功能和實(shí)例規(guī)則庫(kù)管理中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)的功能相似。其中,工程爆破實(shí)例的添加和實(shí)例規(guī)則的添加有一些差別:在添加工程爆破實(shí)例時(shí),需要用戶(hù)輸入爆區(qū)編號(hào)和對(duì)爆破效果的描述。通過(guò)對(duì)實(shí)例的分析,用戶(hù)既可以從爆破效果好的爆破實(shí)例中獲取成功的爆破經(jīng)驗(yàn),也可以從不良的爆破實(shí)例中吸取教訓(xùn)。以便對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行修改和補(bǔ)充。BBES系統(tǒng)中,工程爆破實(shí)例庫(kù)的所有命名均以“Case”打頭,后面的符號(hào)可自定義。(2)礦巖特性庫(kù)管理。礦巖特性庫(kù)用來(lái)存放礦山常見(jiàn)礦石和巖石的常用物理力學(xué)性能和其在各個(gè)爆區(qū)相對(duì)應(yīng)的爆破性等級(jí)。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),調(diào)入礦巖特性設(shè)計(jì)庫(kù),就能根據(jù)爆區(qū)編號(hào)、礦巖類(lèi)型、礦體編號(hào)獲取其對(duì)應(yīng)的爆破性等級(jí),這樣就可在爆破參數(shù)選擇時(shí),利用實(shí)例規(guī)則庫(kù)中儲(chǔ)存的爆破性等級(jí)與爆破參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系加以選擇。礦巖特性庫(kù)管理主要包括礦巖特性庫(kù)的裝入、顯示、添加和修改等。系統(tǒng)內(nèi)部礦巖特性是采用謂詞的形式表示的。具體表示為:rock(序號(hào),礦巖名稱(chēng),[特性表])。添加一條礦巖及其特性時(shí),系統(tǒng)首先提示用戶(hù)輸入礦巖特性名稱(chēng),其名稱(chēng)可以用漢字,也可以用其它字符。然后系統(tǒng)顯示常用特性的名稱(chēng),用戶(hù)可用光標(biāo)鍵進(jìn)行選擇,選擇某一特性后,系統(tǒng)等待用戶(hù)輸入和選定該特性對(duì)應(yīng)的特性值。依次輸入所有的特性,按“ESC”鍵,系統(tǒng)則按上述格式存入礦巖特性庫(kù)。系統(tǒng)并提問(wèn)用戶(hù)是否繼續(xù)添加,否則,系統(tǒng)返回。3采場(chǎng)爆破效果自1997年以來(lái),通過(guò)應(yīng)用露天礦臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行采場(chǎng)爆破設(shè)計(jì)取得了顯著的效果:一是提高了采場(chǎng)爆破效率,減少了穿孔工作量,降低了炸藥單耗;二是改善了爆破效果,降低了采剝電耗,降低了選廠(chǎng)破碎成本;三是保證了采場(chǎng)各水平的平整及匯水坡面的形成;四是在采場(chǎng)境界處運(yùn)用新技術(shù)保證了邊幫的規(guī)整和安全。該系統(tǒng)應(yīng)用后每年創(chuàng)造效益200萬(wàn)元。4爆破分區(qū)的應(yīng)用(1)該系統(tǒng)來(lái)自礦山用于生產(chǎn),是一項(xiàng)使計(jì)算機(jī)按照爆破專(zhuān)家的思維方式解決臺(tái)階爆破設(shè)計(jì),以提高經(jīng)濟(jì)效益為目的的應(yīng)用研究項(xiàng)目。(2