矿业系统工程-介绍

矿业系统工程是矿业工程学科与系统工程学科相结合而形成的一个新的学科分支。矿业工程与系统工程的结合,是从50 年代将运筹学应用于采矿业的研究起始的。随着计算机技术的迅速发展,60 年代将运筹学原理与计算机技术综合应用于矿业研究的一批成果涌现出来,使矿业系统工程做为一个新的学科分支逐渐形成。经历近40 年的蓬勃发展,矿业系统工程已成为系统工程在各行各业中开展较为充分的一大分支。

矿业系统工程-发展

矿业系统工程的研究源于计算机与运筹学在矿业中的应用,可以追溯到20世纪50年代初的运筹学应用研究迅猛发展时期。1951年D1Hicks发表了题为《煤炭工业中的运筹学》的论文;1955年J1W1Dunlap和H1H1Jacobs提出了一个某磷盐岩矿索斗铲作业的模拟模型是计算机模拟在矿业中应用研究的经典之作;同年T1M1Ware在巴黎召开的一次国际采矿会议上,作了题为《运筹学与未来矿山》的报告,并于翌年发表了题为《采矿工业中的运筹学》的论文;1957年P1P1Hypher在英国剑桥召开的第一届国际运筹学会议上,发表了题为《采矿中的运筹学》的论文;同年M1Allais应用概率理论,对在撒哈拉沙漠实施大规模地质勘查的效果进行了评估。

由美国矿业界4个学术单位(宾西法尼亚州立大学、亚利桑那大学、克罗拉多矿业学院及美国采矿工程师学会)联合发起,于1961年在美国亚利桑那大学召开了第一届“计算机或计算机技术和运筹学在矿业中的应用”国际会议,其后逐渐发展成为世界性学术会议组织,该会议是矿业系统工程研究领域的最重要学术论坛,会议论文代表着该领域的学术水平、预示着发展趋势。

矿业系统工程 - 在若干重要领域的应用

地质统计学与矿床建模

地质统计学在矿业工程中的应用近年来主要是向实用化方向发展, 较集中的研究成果及发展方向是:

1) 从局部地质参数估值向矿床储量及平均品位的确定方面扩展;

2) 不同边界品位下矿床可采储量的分析与确定, 矿床储量经济分析与风险分析;

3) 将地质控制与地质统计学计算结合起来进行估值及建模;

4) 条件模拟方法有广泛的应用研究成果, 并向其“下游”应用领域扩展;

5) 将地质统计学与地理信息系统( GIS) 结合起来, 提供一种空间性、随机性工具, 用于储量估值及环境影响评价。

人工智能与矿山设计的优化

为了适应复杂的矿业大系统优化要求, 人工智能方法的综合集成化已被提上日程。这里综合集成化的概念应包含: 数据与知识信息的综合集成、从定性到定量分析的综合集成、人工智能方法各分支之间的交叉融合以及与其它优化理论与技术的综合应用。

可视化技术与矿井运输

可视化技术(Visualization) 中的虚拟现实技术(灵境技术) 的特点是在计算机上创造出一个三维的现实环境, 通过感官及专用装置进行人—机交互活动, 使人们感到身临其境, 直接参与该系统的各项活动。虚拟现实技术是可视化技术的高层次表现, 已用于矿井运输事故再现与分析、矿山设备操作培训等方面, 有其广阔的应用前景。

最优控制理论与矿山经营管理

最优化控制理论应用于矿山经营管理方面主要有:

1) 经营信息预测: 利用卡尔曼滤波、自适应滤波等手段, 从大量数据中去伪存真, 精确预测矿山经营情况;

2) 安全工作控制;

3) 企业经济控制: 利用各种状态观测方法分析作业成本、矿石成本及利润, 对矿山经济活动进行总体控制, 以提高经济效益;

4) 矿山经济控制: 根据国家资源条件及市场供求关系, 利用控制理论从行业角度研究矿山生产和供应策略, 实现国民经济的整体最优。

专家系统与采准巷道支护

专家系统综合了国内外支护设计决策方面的最新研究成果和多个领域专家的知识。首先以经验设计出初步设计方案, 依据岩体分级分区而建立的理论模式进行理论设计, 并进行校验, 提出启发性函数, 利用现场监控获得的信息反馈设计, 完成支护设计的优化。

数据挖掘技术与矿山生产流程

利用Data Mining 技术对矿业系统工程中的生产流程从头到尾优化生产、减少污染, 经济效益都很显著。为了使Data Mining 和先进控制、生产管理更好地结合, 可建立对应于每个车间的“计算机中的虚拟车间”常规作业分析每个车间的数据, 用Data Mining 所得的数学模型模拟生产实况。“虚拟车间”可说是一种新思想。