金属矿床地下采矿方法选择专家系统的开发.pdf

第 3卷 第 3期 V0 1 ． 3 N o ． 3 采矿技术 Mi ni ng Te c h no l o g y 2 0 0 3年 9月 s o p ．2 0 0 3 金属矿床地下采矿方法选择专家系统 的开发 周 前 ， 唐正荣 1 ． 中南大学信息学院， 长沙4 1 0 0 8 3 ； 2 ． 长沙矿山研究院， 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 介绍 了针对金属矿床地下开采 而设计 的地 下采矿 方法专家系统 的设计过程和设 计方法， 阐明了应用专 家系统 ， 正确选择适合于矿床 埋藏条件的采矿方法 ， 并据此确定合 理的开采顺序 ， 从而降低矿石损失和贫化 ， 实现矿 山企业科 学决策与管理的重要意义。 关键词 地下开采 ； 采矿方法选择 ； 专家系统 ； 知识库 ； 人工智能 1 专家系统简介 专家系统是 上世 纪 6 O年代 的产 物 ， 到上 世 纪 8 O年代得到了快速的发展， 并且在医疗、 故障诊断、 宏观经济决策等领域的应用取得了巨大的成功。专 家系统是人工智能应用研究 的主要 领域 ， 其 目的是 模拟人类专家的推理思维过程 ， 根据已获取的信息 ， 进行推理决策 ， 以解决非数值 问题 的求解。一个 完 整的专家系统是 由知识库 、 综合数据库 、 推理机 、 解 释机、 人机接 口和知识获取等几个模块组成， 其中知 识库、 综合数据库和推理机是最基本的部分 ， 知识获 取系统 、 解释系统是所有专家 系统都期 望有的重要 模块 。 2 采矿专家系统应用的必要性 在采矿方法设计中 ， 根据 回采作业的需要 ， 设计 采准切割巷道的数量 、 位置与结构 ， 以满足 回采工作 的要求 ， 达到最好 的回采效果。 由于金属矿床埋藏 条件的复杂性， 矿岩性质的多变性， 导致了金属矿床 地下开采采矿方法的繁杂性和难确定性。同时采矿 方法对矿山生产 的许 多指标 如 矿山生产规模 、 矿 石损失率、 贫化率、 劳动生产率、 成本及安全等 都 有很大的影响， 所以金属矿床地下开采的采矿方法 选择合理与否， 将直接关系到矿山企业的经济效果。 由此可见 ， 对 于地下开采的矿 山， 选择技术上可 行、 经济上合理的采矿方法是设计 必不可少的重 要环节。然而 ， 影 响采矿方法选择 的因素很多 ， 一类 为自然条件 如 地质条件、 矿体赋存状况及矿石的 价值等 ； 另一类是人为要求 如 环保要求、 技术上 可行的前提下投资或决策者的倾向性要求等 。这 两方面的矛盾导致在采矿方法中难以建立确切的适 用函数关系， 从而使得通过传统的对比法和实地考 察确定的采矿方法的合理性在一定程度上受人们主 观因素的影 响。因此 ， 通过依赖专家经验 ， 建立专家 知识库和推理机制， 开发基于规则的采矿方法选择 专家系统用于矿山开采的采矿方法选择无疑是十分 必要的。 3 采矿专家系统的设计与开发 金属矿床地下开采采矿方法通常分为空场采矿 法 、 充填采矿法和崩落采矿法3大类 ， 每大类采矿方 法中， 又按方法的结构特点、 回采工作面的形式、 崩 矿方式以及地压管理的特点分为不同的组别 如 房柱采矿法、 留矿法和分段空场法等 ， 依据传统的 经验， 每一组采矿方法中又有许多典型的采矿方法。 由此可见， 金属矿床地下开采的采矿方法 自身的复 杂性决定了地下采矿方法专家系统是一个复杂问题 的求解系统， 它具有大型复杂问题求解系统的特点， 针对这些特点， 并在广泛收集、 整理与归纳专家经验 和知识的基础上， 本专家系统经过选取合理的知识 表达方式和组织方式 ， 通过逐步分解法， 将地下采矿 方法专家系统分为若干个小的、 功能比较单一的子 系统来进行开发实现。 3 ． 1 开发平台简介 专家系统主要依赖于采集 自矿山的原始数据， 通过对其进行存贮处理， 再与综合了专家经验的规 则库进行比较推理， 从而预测 出最佳的采矿方法。 故本系统以 M ic r o s o f t Wi n d o w s 为操作平台， 采用人 机界面非常友好的 V i s u a l F o x p r o 数据库编程语言完 成数据库的建立、 修改等数据处理工作 ， 再利用 V is - u a l B a s i c 编程语言的数据控制功能， 直接调用 F o x - p r o 数据库， 全面完成本专家系统的设计与开发。 ⋯T 一 1 Ⅱ l 1 维普资讯 第3卷第3期 周 前， 等 金属矿床地下采矿方法选择专家系统的开发 1 9 3 ． 2 系统组成模块及其功能 专家系统采用功能模块化设计方法 ， 构造 出以 下 4个子功能模块 ， 其层次关系见 图 1 。 图 1 系统模型框 图 1 主控模块 实 现对 整个程序 系统各功能模 块 的控制调用 。 2 数据库子 系统 主要实现本专 家系统 中知 识库的建立、 修 改等功能 。本专家 系统的知识库 由 事实库和规则库组成。事实库用于存放采集自矿山 的原始数据 如 矿体厚度、 倾角、 开采深度、 矿房宽 度等 ， 规则库 用于存 放适用 金属矿 床地下 开采 的 各种采矿方法的主要技术 指标 如 工作面工效、 矿 石损失率、 矿石贫化率 等 ， 以便 于 “ 经验 专家子 系 统” 的调用。知识库的建 立实际上是解决专家 知识 和经验的表达问题 ， 它是专家 系统 所需完成 的首要 任务 ， 其关键在于知识的表示 ， 即将人类专家的知识 和经验表示为计算机能识别 、 理解和运用 的形式 ， 知 识库中知识 的数量 和质量决定了专家系统处理问题 能力的强弱。本专家系统的数据库子系统模块为用 户提供 了扩充和修改功能 ， 用户 可根据矿 山 自身的 特点以及专家经验的积累来对事实库和规则库进行 修改和扩充。 3 经验专家子系统 完成 本专家 系统 的分析 推理， 实现最佳采矿方法预测功能。此功能模块在 “ 数据库子系统 ” 所建立 的知识库 的基础 上 ， 运用专 家系统 的推理机制 ， 模仿人 类专家运用来 源于知识 和实践的思维过程， 预测出符合具体条件的金属矿 床地下开采的最佳采矿方法。本系统的推理机由推 理控制程序和黑板构成， 采用的搜索算法为深度优 先搜索方法， 通过面向对象方法设计实现。推理控 制程序负责处理推理结构和控制推理去向， 黑板则 用于保存中间结果 如 当前使用的规则、 已用过的 规则、 可用规则 以及 当前规则 的执行情 况等 。推 理机的消息结构如下 MB B H MB MS G Z K S S K S T E P J L F Z 一1 浅眼房柱法f g． d b f f z s ． d b f 2 1 MB B H 推理 目标在规则 中的编号 ； MB MS 对推 理 目标的描述； G Z K 目标所在的规则库名； S S K 规 则库的事实库名 ； S T E P 推理机是否按单步运行方 式启动 ； J L 目标推理结论。 4 输出模块 可打印输出预测结果及其推理 过程。 4 小 结 地下采矿专家系统实质上是一种智能计算机程 序 系统 ， 它通过模仿采矿专家分析 问题 和解决 问题 时的思路 ， 达到用计算机智能选择金属矿床地下开 采采矿方法的 目的。在使 用专家系统时 ， 用户 可根 据 自身矿床埋藏的条件、 矿岩的性质等具体特点， 合 理建立和组织相应的事实库， 以使专家系统运行更 加可靠和有效 。 参考文献 [ 1 ] 吴桂义， 况礼澄， 等． 矿井回采工作面开采工艺方式选择专家 系统[ J ] ． 中国矿业 ， 1 9 9 9 ， 8 3 ． [ 2 ] 景广军， 梁雪梅 ， 等． 神经网络专家系统在矿业中的应用[ J ] ． 金属矿 山 ， 2 0 0 1 ， 2 2 ． 收稿 日期 2 0 0 3一 o 41 2 山东 2 0 o 4- - -l lr ． -t T ig 事 设有生产与建设、 试验与研 究、 经 济与管理 、 新 产品 新技术和 文摘 与信息 5个栏 目。主要报 道山 东省 冶金 工业的地质水文 、 采选 工艺、 焦化耐 火 、 冶炼 、 轧 钢 、 材料 、 理化检验 、 自动控制 、 冶金 设备 、 经济 与管理以及相 关学科 的发 展动态 、 科研 、 设 计 、 生产 和管理 等方 面的成果 与经验 ， 重点介绍 国内同行业的先进设备、 先进技术、 适用技术、 科研成果、 经营管理经验、 专题综述与科技动向等， 并刊登企业介绍和广告。可供从事金 属与非金属矿山建设、 采矿与选矿、 冶炼、 轧制、 焦化和耐火等专业的工艺、 设计与管理人 员 及相关专业大专院校师生参阅。 山东冶金 为双月刊， 公开发行， 国内统一刊号 C N 3 7 1 2 0 3 ／ T F ， 国际标准书号 I S S N 1 0 0 4 4 6 2 0 。大1 6 K ， 每期7 O页， 定价7 ． 0 o 元， 全年 4 2元。欢迎单位 或个人 订 阅。 地址 山东省济南市历下区解放 东路6 6号。邮编 2 5 0 0 1 4 。开户行 济南工行山大路分理处。帐号 1 6 0 2 0 0 3 1 0 9 0 1 4 4 2 3 7 0 2 请注明 订阅 山东冶金 。收款单位 山东省冶金科学研究院。也可邮局汇款至 山东冶金 编辑部。电话 0 5 3 1 8 5 9 3 0 5 4 。传真 0 5 3 1 8 5 9 3 0 5 5 电． 平 信 箱 ． s d v i b i b s j n 8 ． c 0 ms dv i bib2 6 3 n e t网 址 ． h t t o ／／．www d a v e i i n o m ] 盯1 维普资讯