矿床开拓方案选择

矿床开拓方案选择§1矿床开拓方案选择的基本要求及其影响因素在矿山设计中，选择矿床开拓方案的总体设计中十分重要的内容，包括确定主要开拓巷道和辅助巷道的类型、位置、数目等。本章对选择矿床开拓方案和步骤、基本要求和应考虑的影响因素以及专家系统的应用作简要说明一、选择开拓方案的基本要求矿床开拓是矿床开采的一个主要问题。它往往决定整个矿山企业建设的全貌，并与矿山总平面布置、提升运输、通风、排水等一系列问题有密切的联系。矿床开拓方案一经选定并施工之后，很难改变。为此，选择矿床开拓方案满足下列基本要求：（1）确保工作安全，创造良好的地面与地下劳动卫生条件，具有良好的提升、运输、通风、排水等功能：（2）技术上可靠，并有足够的生产能力，以保证矿山企业均衡地生产；（3）基建工程量最少，尽量减少基本建设投资和生产经营费用；（4）确保在规定时间内投产，在生产期间能及时准备出新水平；（5）不留和少留保安矿柱，以减少矿石损失；（6）与开拓方案密切关联的地面总布置，应不占或少占农田。二、影响矿床开拓方案选择的因素（1）地形地质条件、矿体赋存条件，如矿体的厚度、偏角、走向长度和埋藏深度等；（2）地质构造破坏，如断层、破裂带等；（3）矿石和围岩的物理力学性质，如坚固性、稳固性等；（4）矿区水文地质条件，如地表水（河流、湖泊等），地下水、溶洞的分布情况；（5）地表地形条件，如地面运输条件、地面工业场地布置、地面岩体崩落和移动范围，外部交通条件、农田分布情况等；（6）矿石工业储量、矿石工业价值、矿床勘探程度及远景储量等；（7）选用的采矿方法；（8）水、电供应条件；（9）原有井巷工程存在状态；（10）选场和尾矿库可能建设的地点。三、选择矿床开拓方案的方法和步骤对于一个矿山，往往有几个技术上可行的而在经济上不易区分的开拓方案，矿床开拓设计是从中选出最优方案。由于矿床开拓设计内容广泛，它涉及到井田划分、选场和尾矿库的相关位置以及地面总平面布置等一系列问题，往往不能轻易地判断方案的优劣，因此，必须综合分析比较方法，才能选出最优的矿床开拓方案。用综合分析方法选择矿床方案的步骤如下。1、开拓方案初选在全面了解了设计基础资料和对矿床开拓有关的问题进行深入调查研究的基础上，根据国家技术经济政策和设计任务书，充分考虑前述影响因素，提出在技术上可行的若干方案，对各个方案拟定出开拓运输系统、通风系统，确定主要开拓巷道类型、位置和断面尺寸，绘出开拓方案草图，从其中选出3～5个可能列入分析比较的开拓方案。在方案初选中，既不要遗漏技术上可行的方案，又不必将有明显的方案列入比较。2、开拓方案的初步分析比较对初选出的开拓方案，进行技术、经济、建设时间等方面的初步分析比较，删去某些无突出优点和难于实现的开拓方案，从中选出2～3个在技术经济上难于区分的开拓方案，列为进行技术经济比较的开拓方案。3、开拓方案的技术经济比较对初步分析比较选出的2～3个开拓方案，进行详细的技术经济计算，综合分析评价，从中选出最优的开拓方案。在技术分析比较中，一般要计算和对比下列技术经济指标：（1）基建工程量、基建投资决额和投资回收期；（2）年生产经营费用、产品成本；（3）基本建设期限、投产和达产时间；（4）设备与材料（钢材、木材、水泥）用量；（5）采出的矿石量、矿产资源利用程度、留保安矿柱的经济损失；（6）占用农田和土地的面积；（7）安全与劳动卫生条件；（8）其他值得参与技术经济比较评价的项目。通过以上技术经济比较评价，衡量矿床开采的技术经济效益，最后应估算出矿床开采的盈利指标。在进行技术经济计算时，一律按国家规定的扩大概算指标进行计算。§2矿床开拓方案选择专家系统一、专家系统概述专家系统是20世纪70年代兴起的一门计算机应用科学，它同模式识别和智能机器一起构成了人工智能三大前沿领域。专家系统的实质是一套基于广泛的人工领域专家知识，应用推理方法模拟领域专家思维与解决领域问题的过程的计算机程序。一个成功的领域专家系统，应当是综合吸收了本领域的理论知识和众多领域专家的实践经验及解决实践问题的策略，因而能够模拟一个专家的水平去解决本领域的问题，从而使领域专家的知识与智能秘以充分发作用。同时，作为计算机程序的专家系统又具有不受人的心理因素、地哉因素、时间因素的影响，以及方便、灵活、准确、快速的优点。专家系统作为种有效而实用的工具，为人类提供了保存、传播、利用和评价领域专家知识和经验的一种有效手段。1、专家结构一个专家系统程序由若干个程序模块组成，各模块根据其功能的不同相对独立，其基本组成部分包括：知识库、推理机、数据库、解释程序、知识获取程序和用户接口程序。其中，知识库和推理机是专家系统的核心。2．知识的表达与知识库的建立知识库中所拥有的知识数量与知识水平，决定了专家系统水平的高低。因此，知识的获取、知识的表达、知识库的设计与构造是建造专家系统的一个技术关键。（1）知识的来源。知识库是领域知识与专家经验的存储器。知识的来源一般分为两个方面，即领域的理论知识与专家的经验知识。领域的理论知识通常指写在书本上或文献著作中公开发表为大家所公认的知识；专家的经验亦称做启发性知识，这种知识能使专家在需要时候作出训练有素的猜测，辨别有希望解决问题的途径，有效地处理有错误的或不完善数据。（2）知识的表达。（3）知识库的建立。3．推理机（1）（1）推理机的功能。（2）（2）推理机的组成。二、开拓方案选择专家系统1．1．领域问题的分析对于一特定矿床，可以用多种不同的方式来建立通达矿体的开拓巷道，形成不同的开拓系统。不同的开拓方法与开拓系统所构成的生产规模及所需的生产费用大不相同，如何在保证安全生产的前提下，选择一种既能满足设计生产能力的要求、技术上可靠，又能减少基建时间和基建费用的开拓方案，是矿山设计者首先需要考虑的原则问题。严格地讲、最准确、最有说服力的方法是：在各种方案开拓设计的基础上，再进行设计方案的经济指标比较，从中选择最优的开拓方案。然而，一方面由于人力、物力、财力及时间的限制，这样的做法不尽可行；另一方面，长期的矿山设计和生产实践培育出许多经验丰富的采矿专家，凭借他们的学识和经验既能指出不可行的开拓方案，同时也能指出较为可行的开拓方案，这就大大缩小了需进行方案设计与经济比较的范围，减少了不必要人力、物力和财力消耗，缩短了设计工作时间。开拓方案选择专家系统，即是一个基于采矿专家经验和采矿领域知识进行开拓方案选择的人工智能系统，该系统可模拟采矿专家的思维与推理方法，对地质及赋存条件已知的矿体指出可行的或优选的开拓方案。2．开拓方案知识库的建立通过广泛收集、整理地下开拓方法的领域知识，将国内外矿床开拓实践中所运用的各种开拓方案进行了分析归纳，得出发图8-1所示的开拓方案主分类结构：矿床开拓方案的选择主要取决于矿体的赋存条件，发矿体赋存形态、埋藏深度、矿石的物理力学性质、围岩的物理力学性质与稳定性、矿区的地表地形及水文地质条等。对于某一矿体依据上述几个方面条个可初步确定合理的开拓方案类型：单一开拓或联合开拓方式，再根据矿床的围岩状况及地表地形条件进一步确定开拓巷道位置。因此，可归纳出如图8-2所示的典型开拓方案选择则架。基于上述开拓方案选择领域的知识分析，开拓方案选择知识库由以下三部分组成：（1）开拓方案分类知识。以谓词topic来表达开拓方案的主分类结构，具体的定义形式如下：topic（开拓方案类元，开拓类型说明）（2）开拓方案选择规则。以谓词rule来表达开拓方案的选择规则，具体的定义形式如下：rule（规则序号，开拓方案元，开拓方案类元，[适用条件表]）[适用条件表]：：=[适用条件1，适用条件2，……，适用条件n]（3）矿体条件事实知识描述。以谓词condition来描述各种矿体赋存条件事实性知识，如矿体厚度、矿体倾角、矿体走向长度、矿体延深、围岩稳定性、地表面形及工业场地位置等影响开拓方案选择的因素。谓词condition的具体定义形式如下：condition（序号，条个描述元，[条件值域表][条件值域表]：：=[上限值，下限值]3．开拓方案选择专家系统开拓方案选择专家咨询系统主要由开拓方案知识库、用户接口程序、专家系统解释程序、开拓方案决策推理机、综合数据库五个主要功能组成。程序系统各主要功能模块的调用过程及系统的信息流程如图8-3所示。开拓方案选择专家系统的运行原理是：首先，通过调用用户接口程序模块。提示用户按屏幕窗口中所显示的信息，依次输入咨询矿体的赋存条件，如矿体的赋存深度、矿体的走向长度、矿体的倾角、矿体的厚度、围岩的稳定性等信息。然后，系统调用开拓方案决策推理机，执行开拓方案推理决策操作。先搜索知识库典型开拓方案选择规则及其适用条件，接着检查动态综合数据为库中已记忆的有关咨询矿体的赋存信息。若已记忆的矿床住处不充分，系统则调用查询用户模块，通过屏幕显示提问形式进一步向用户查询，并将查询结果整理后存入动态综合数据库，并继续进行开拓方案的目标搜索与条件匹配操作。若决策推理过程成功，则系统将决策结果显示开屏幕窗口；否则，显示出相应的解释信息。