分层设计法在采矿方法选择系统中的应用.pdf

S e r i e s No ． 3 2 5 J u l y 2 0 0 3 砖 METAL M I NE 总 第 3 2 5 期 2 0 0 3 年 第 7期 分层 设计 法在 采矿方 法选择 系统 中的应 用 李 明 陈 广平 北京科技大学 摘要针对人工智能语言 P r o l o g的特点， 结合采矿方法的分类特征， 提出并采用一种分层设计的方法， 从而 使采矿方法选择系统脉络清楚 ， 条理分明， 且提高了该软件开发的速度和效益。 关键词采矿 方法分层 设计P r o l o g Appl i c a t i o n o f Hi e r a r c h i ca l De s i g n M e t ho d i n t he S e l e c t i o n Sy s t e m o f M i ni ng M e t h o d Li M i n g Ch e n Gu a n g pi ng Un i z ； r s i t yo f＆ 2 a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e c h a r a c t e ris t i c s o f P r o l o g， a n a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e l a n g u a g e ， a n d i n c o mb i n a t i o n wi t h t he da s s i f i cat io n f e a t u r es o f mi n i n g me t h o d s ， a h i e r a r c h i c a l d esi g n me t h o d v q a s p r o p o s e d a nd a d o p t e d， ma k i n g t he s e l e c t i o n s y s t e m o f mi n i ng me t h o d de a r i n s k e l e t o n a n d c o n s e c u t i o n a n d i mp r o v i n g t he d e v e l o p me n t s p o l an d b e n e fit s o f t h i s s o f t wa r e ． Ke y wo r d s Mi n i n g me t h od ， Hi e r arc h i c a l d esi gn ， P r o lo g 采矿方法选择是地下矿 山生 产技术 的重要 环 节， 直接影响着矿山企业 的经济效益。 目前我国绝 大部分矿山都采用常规方法进行采矿方法的选择设 计 ， 智能化程度低。为了克服这一缺陷， 提出了以人 工智能语言 P r o l o g为开发工具 ， 以分层 设计 的思想 为主线构筑的一套采矿方法选择的软件系统。其 中 分层设计法的应用使此 系统的构造化繁为简 ， 结构 清晰 ， 既缩短了系统 的开发周期 ， 又节省了投资 ， 效 益显著 1 分层设计的原理及准则 1 分层设计的原理。在设计 1个大型软件系 统或复杂应用程序时 ， 首先深入分析问题找 出解决 问题 的主线 ， 然后由初始问题开始 ， 沿着主线 由外 向 里或从上到下把问题分成若干层 ， 再对每个层次的 各个部分进行分析 ， 此时各层 的简单部分可以用程 序设计语言直接表达 的， 将不再分层。对于复杂部 分可以继续分层 ， 直到能够用程序设计语言将 其表 达清楚为止 。 2 分层设计的准则。分层设计首先是要求设 计者必须对要解决 的问题有一个清楚 的认识， 分清 主次， 找出问题 的主线 ， 这一点是至关重要的。其次 是对细分的各子系统采取“ 各个击破” 的原则来解决 问题 。 3 分层设计 的优点 ①系统代码的可读性 、 重 要性、 可维护性比较高； ②程序设计思路清晰、 易于 管理 、 可操作性 强； ③模块化结构条理 、 简练 、 易懂 ； ④其投资省 、 见效快 ， 收到了较好的实用效果。 2 分层设计模型及概述 1 采矿方法分类。金属矿山采矿方法根据回 采时的地压管理方法可分为三大类 空场采矿法 、 崩 落采矿法 、 充填采矿法。其 中每一类采矿方法 中又 包括多种方法 ， 目前 比较常用的采矿方法就有 2 1种 之多 ， 且每一种方法又各有其 自身的特点。采矿方 法种类虽多， 但影响其选择的因素却大同小异， 可以 归纳为几条 ， 这一特点非常有利于我们编写软件系 统知识库 中的规则 。采矿方法详细分类见表 1 。 2 分层设计模型。软件系统 的分层体系结构 没有统一的规定 ， 不同的应用可有不同的分层结构 ， 根据分层设计 的思想和原则及便 于解决 问题 的想 法 ， 本系统采用 了 2种 分层模型 ， 以结 构模型一为 主 ， 结构模型二为辅进行系统设计。 2 ． 1 分层设计模型一及概述 图 1 1 初始化 设置此 目标的目的是给用户提供 一 些有关程序使用方面 的知识 ， 并且读人用户 的输 入信息 ， 主要 由一系列的 目标 w r i t e 组成。 李明， 北京科技大学7 0 7 信箱， 硕士研究生， 1 0 0 0 8 3北京市海淀区 学 院路 3 0号 。 2 5 裁 维普资讯 总第 3 2 5期 金 氍 矿 山 2 0 0 3年第 7期 表 1 金属 矿床地 下采矿方法分类 类别 组别 典 型 采 矿 方 法 空 场 采矿 全 面采矿法 法 房柱采矿法 留矿 采矿法 分段采矿 法 阶段矿房法 全面采矿法 房柱采矿法 留矿采矿法 分段矿房法 水平深孔落 矿阶段矿 房法 垂 直深孔 落矿阶段矿房法 垂 直深孔 球状药包落矿 阶段矿 房法 充填 采 矿 单层充填采矿法 壁式充填采矿法 法 分层充填采矿法 上向水平分层充填采矿法 上向倾斜分层充填采矿法 下 向分层充填采矿法 分采充填采矿法 分采充填采矿法 支架充填采矿法 方框支架充填采矿法 崩落 采 矿 单层崩落法 法 分层崩落法 分段崩落法 阶段崩落法 长壁式崩落法 短壁式崩落法 进路式崩落法 分 层崩落 法 有底柱分 段崩落 法 无底柱 分段崩落法 阶段强制崩落法 阶段 自然崩落法 图 1 系统分层设计 的结构模型 一 2 识别 、 推理 、 判 断 是程序 的主体 目标 。在 此系统中有 2 1 个规则对应着 2 1种采矿方法 。若这 2 1 条规则 都不适用 ， 则 用第 2 2条规 则 ， 即无 法判 断。识别规则举例如下。 i d e n t i f y “ r o o m a n d p i l l a r me t h o d ” 一 c o n d i t i o n h d ， c f 1 ， c o n d i t i o n q g ， c f 2 ， c o n d i t i o n k t f ， c f 3 ， c o n d i t i o n b l ， c f 4 ． ／ * 矿体厚度 h d 可信度因子 c f 1 ， 矿体倾角 q g 可 信度因子 c f 2 ， 矿体稳固性系数 k t f 可信度因子 c f 3 ， 地表不允许陷落 b l 可信度因子 c f 4 。 *／ 3 输出结论 用来显示 已被系统推断 出的采 矿方法 ， 该规则有 2种形式 ， 一种用 于识别成功 ， 一 种用于识别失败。规则如下 。 o u t me s s a g e n o 一 ， n l ， n l ， wr i t e ’ ***********． ’ n l ， n l ， 26 wr i t e ’ F a i l u r e ’ ， n l ， n l wr i t e ’ I c a n n o t i d e n t i f y t h e me t h od． ’ ， n 1 ． n 1 ． o u t me s s a g e Mi n i n g me t h od 一n l ， n l ， wr i t e ’ ***********． ’ n l ， n l ， wr i t e ’ T h e me t h od i s ’ ， wr i t e ’ Mi n i n g me t h od． ’ ， n 1 ． n 1 ． 4 忘记信息 即系统识别完一种采矿方法后， 要去识别另一种之前须“ 忘记” 同上一个“ 采矿方法” 用户问答时所掌握的全部事实 ， 这可 以通过删除子 句来完成 ， 删除形式为 f o r g e t 一 r e t r a c t i s f a c t A t t r i b u t e ， T y p e ， f a i l ． f o r g e t 一r e t r a c t i s n o t At t r i b u t e ， Ty p e ， f a i l ． 以上 4个子 目标还可以继续分别划分为若 干个 子目标 ， 一直 到可 以方便 地用 P r o l o g表达 出来 为 止 。 2 ． 2 分层设计模型二及概述 图 2 川J‘ 嗍络层 H 幔务1 2 - 图 2 基于用户层／ 月 墨 务层的结构模型二 该分层设计将一个完整的应用分割成前端的用 户层和后端的服务层 ， 用户层负责接收和整理来 自 用户的数据， 并向后端的服务层发送请求； 而后端的 服务层则等待来自客户层的请求， 当接收到请求后， 将处理结果发还给客户层 ， 然后 由客户层显示 给用 户。其中的网络层可 以是真 正的网络或者干脆没 有， 此时用户层和服务层就融合为一个计算机， 即在 单机上实现用户层／ 月 艮 务层的应用 。 3系统开发工具 整个系统采用 2种开发工具 Vi s u a l P r o l o g 5 ． 2 及 Vi s u a l B a s i c 6 ． 0实现。主要 利用 了 P r o l o g语言 所具有的强大的逻辑推理功能 ，以及对不确定性 问 题所具有的模糊处理能力的特点， 根据预先编制的 下转第 4 4页 维普资讯 总第 3 2 5期 金 砖 2 0 0 3年第 7期 一 定浓度的硫酸溶液与硅藻土混合并充分搅拌。将 烧杯置于微波炉中， 按设计方案 ， 在微波作用下将物 料处理一定时间 ， 处理液立即过滤 、 水洗 、 烘干 ， 采用 酸溶 一原子吸收法分析测定渣 中的 F e 2_ O 3 。按下述 公式计算 F e 2 0 3的浸出率 F e 2 03 的浸 出率 1 一浸 出渣 F e 2 0 3含量／ 原 料 F e 2 0 3 含量 X 1 0 0 ％． 3 试验结果及讨论 3 ． 1 微波功率对硅藻土除铁的影响 在 固定硫 酸浓度 4 0 ％、 液 固比 5 1 、 微 波作用 3 0 mi n的条件下 ， 微波功率对硅藻土除铁影响的结 果见表 2 。 表 2 微波功率对硅藻土除铁影响 的结 果 微波功率／ W 6 0 1 3 0 1 9 0 2 4 0 4 0 0 6 4 0 渣中 F e z O3 ／ ％ 1 ． 4 7 0 ． 9 3 0 ． 8 3 0 ． 7 1 0 ． 6 3 0． 6 0 铁除去率／ ％ 2 7 ． 6 0 5 4 ． 1 9 5 9 ． 1 1 6 5 ． 0 2 6 8 ． 9 7 7 0 ． 4 4 从表2可知， 在微波作用下， 随着微波功率的增 加 ， 硅藻土中的 F e 2 03 含量降低 ， 硅藻土中铁 的除去 率增加。由于微波功率的增加意味着生产成本的上 升， 在实际应用中应根据产品对含铁量 的要求和生 产成本进行控制， 将微波功率降低到尽可能低的程 度。 3 ． 2 硫酸浓度对硅藻土除铁的影响 在固定微波功率为 2 4 0 W 、 液固比 5 1 、 微波作 用 3 0 mi n的条件下 ， 硫酸浓度对硅藻土除铁影响的 结果见表 3 。 表 3 硫酸浓度对硅藻 土除铁 影响的结果 ％ 从表 3可知 ， 在微波作用下 ， 随着硫酸浓度的增 加 ， 硅藻土中的 F e 2 03 含量降低 ， 硅藻土中铁的除去 率增加， 但硫酸浓度对除铁效果的影响程度不大。 从成本控制的角度考虑 ， 应 当将 硫酸浓度尽量控制 在较低 的范围， 只要能保证铁的除去即可。 3 ． 3 微波作用时间对硅藻土除铁的影响 在固定微波功率为 2 4 0 W ， 液固比 5 1 ， 硫 酸浓 上接第 2 6页 知识库中的事实和规则来进行推理 ， 从而获得 满意 的答案。 4 结论 实践证明 ， 分层设计 的思想应用在矿山软件系 4 4 度 4 0 ％的条件下 ， 微波作用时 间对硅藻土除铁影响 的结果见表 4 。 表 4 微波作用时间对硅藻土除铁影响的结果 微波作用 时间／ mi n 5 1 0 1 5 2 0 3 0 4 5 6 0 渣中 F e z O3 ／ ％ 1 ． 8 1 1 ． 5 6 1 ． 0 5 0 ． 8 4 0 ． 7 1 0 ． 6 0 0 ． 5 8 铁除去率／ ％ 1 O ． 8 4 2 3 ． 1 5 4 8 ． 2 8 5 8 ． 6 2 6 5 ． O 2 7 O ． 4 4 7 1 ． 4 3 从表 4可知 ， 在微波作用下 ， 随着微波作用时间 的增长 ， 硅藻土中的 F e 2 03 含量降低 ， 硅藻土中铁的 除去率增加 。 通过试验研究和综合分析可知， 硅藻土在一定 浓度硫酸作用下 ， 微波化学除铁效果 的好坏与微波 功率 、 微波作用时间关系密切 ， 两者相互影响。当达 到相同的化学除铁效果时， 如微波功率较大， 则微波 作用时间减少； 微波功率减少， 则微波作用时间增 长。因而在应用中应充分注意微波功率与微波作用 时间的相互搭配 ， 使生产成本降到最低 ， 保证微波技 术在硅藻土除铁过程中的合理使用。 4 结论 硅藻土微波化学除铁效果与硫酸浓度、 微波功 率、 微波作用时间关系密切。在微波作用下， 随着硫 酸浓度的增加、 微波功率的增加、 作用时间的增长， 硅藻土中的 F e 2 0 3 含量降低， 铁的除去率提高。但 在应用微波技术 中应充分注意硫酸浓度 、 微波功率 、 微波作用时间的相互关系和搭配 ， 使生产成本降到 最低 ， 保证微波技 术在硅藻土除铁过程 中的合理使 用 。 参考文献 1 金钦 汉主编 ． 微波化学 ． 北京 科学技术出版社 ， 2 0 0 1 2 回瑞发 ， 徐玉书 ， 许静， 张涛 ． 微波作用下硅藻土 中氧化物析 出量的实验研究 ． 吉林大学 自然科学学报 ， 1 9 9 4 3 7 1 ～ 7 4 3 汤建伟 ， 钟本和 ， 许 秀成 ， 张宝林 ， 何大超 ． 微波作用 下促进磷 矿 分解反应的研究 ． 化工矿 物与加工 ， 2 0 0 1 5 1 3 ～ 1 7 4 彭金 辉 ， 杨显 万 ． 微 波能技术新 应用 ． 昆明 云南 科技 出版社 ， 1 9 9 7 5 黄昆 ．固体物理学 ． 北京 人民教育出版社 ， 1 9 7 9 6 黎铉海 ， 粟海锋 ， 黄祖强 ， 王淀佐 ， 邱 冠周 ． 机械 活化强化 浸出过 程的理论分析及其应用 ． 有色金属 ， 2 O 0 0 4 1 3 6 ～ 1 3 8 收 稿 日期2 0 0 3 ． 0 4 ． 2 5 - --- 一一 统的开发方面具有极大的灵活性和有效性。便于实 现系统的模块化 ， 使系统开发层次分 明， 脉络清楚 ， 易读易懂。既缩短了开发周期， 又节省了投资且使 系统维护更加方便。 收稿 日期2 0 0 3 0 2 ． 2 0 维普资讯