我国矿业系统工程的应用及发展

我国矿业系统工程的应用及发展

［摘 要］ 系统工程是一门研制计算机、导弹和宇航船等等大工程的综合性的学科，然而矿业系统工程就是其诸多工程的 一个分支学科。本文简略地介绍矿业系统工程在我国的发展历史和应用现状，同时对矿业系统工程的发展趋势做了一定的分析和展望。

［关键词］ 矿业系统工程 应用与现状 发展趋势 理论基础 技术

前言

矿业系统工程顾名思义就是矿业工程与系统工程相结合而形成的一个新兴的学科分支。矿业工程与系统工程结合的起因是20世纪50 年代将运筹学知识运用到于矿业的研究而崛起的一门特色学科。随着计算机各种技术的飞速发展，20世纪 60 年代将运筹学与计算机技术综合应用于矿业研究的得到一定的成效后，矿业系统工程这一个新的学科分支自此形成而注定有好发展。 经历近 50 多年的蓬勃发展，矿业系统工程已成为系统工程在各行各业中开展较为庞大而优秀的一大分支学科了。

1. 矿业系统工程的发展现状

1.1 矿业系统工程在我国起因和现状

在我国 20 世纪 50 年代末期主要是运筹学在采矿工

程中的应用， 而 60 年代开始有矿业系统工程新的研究成

果。 在此期间， 我国由于文化大革命的原因中断多年了系统工程大力研究，直到改革开放以后，为了赶上国际发展形势，才再次开展矿业系统工程的研究。进入20世纪80年代后期， 研究系统工程的精力和时间投入更加放大， 研究成果大量涌现， 我国大量矿业系统工程研究成果在国际会议上得到肯定，这时期我国矿业系统工程研究已经开始踏入世界的研究队伍里面。根据每一届的APCOM 国际会议以及我国矿业系统工程学术会议论文集发表的论文来看， 我国学者在矿业系统工程领域起步比国外确实起步晚一大截， 但我国发展比较快，研究范围较为广泛。相对于从前的矿床模型系统、 矿山生产优化控制系统、 矿山优化设计系统等方面现在各方面均有大量进步。对于一些人工智能方法应用、 地理信息系统等新兴学科及技术的应用，也能保证赶上国际前沿迅速发展的水平。但总的来说， 我国矿业系统的研究仍然相对不成熟, 理论成果和生产实践程度稳和度还不高。国际计算机和运筹学在矿业中应用已经很不错了，是国际上矿业系统工程发展的一个缩影，也就是所谓的APCOM 。到目前为止APCOM 已举行过 三十多届 APCOM 会议。 2001年 4 月在北京由中国矿业大学承办的第 29 届 APCOM 会议，这是该会议首次在发展中国家召开，有来自二十多个国家的将近三百名专家学者及国际矿业软件公司代表参加。会议收到论文 500多篇关于矿业系统会议的内容, 是历届 APCOM 会

议中最成功的一次会议。总的来说，在我国矿业系统工程作为一门新兴的综合性边缘学科，在理论、方法和系统都还处于发展之中，他将比随着生产技术、基础理论、计算工具的发展而不断发展。

1.2 矿业系统工程在我国的发展历程

我国矿业系统工程的发展主要经历以下三个阶段：（1 ） 萌芽期 ，20世纪50 年代主要是利用线性规划中的理论运输问题来解决矿石调配运输问题，有着明显的经济效益。到了20世纪 60 年代将运筹和优化法运用到矿山很多方面其经济效果更明显。70 年代初期， 这个时期由于历史原因矿业系统工程没有得到发展及好的应用， 这个阶段只是将运筹学的理论和实际问题结合运用，由于理论尚未成熟其效果不是很好。（2 ）发展期 （改革开放到八十年代后期）。这个时期主要是学习国外先进技术来应用我国矿山具体实际情况，通过计算机模拟理论来实现矿山的管理，但是这个过程中出现了不少麻烦。同时， 国内也筹办了很多有关矿业系统工程会议来共同研讨各矿山系统，为了矿业系统工程继续有好的发展，因此全国各大高等学校也随即开设了矿业系统工程这课程，而且有的学校还招矿业系统工程的研究生。（3 ）发展壮大的时期期 （90 年代初至今天 ）。这个时期主要继续引进国外先进的矿业系统工程技术，然后再结合我国具体现状，相关学者努力开发了矿业系统工程的相关软件

来解决国内的实际矿山诸多问题，到目前为止具有我国特色风格的矿业系统工程已经发展形成，而且理论技术还算相对成熟，在国际上还有较好的口碑，这就是我国矿业系统工程简单发展的历程。

1.3 矿业系统工程基础理论与技术

矿业系统工程依赖大部分现代技术科学和工程技术高层次的科学理论与技术。采用的较多基础理论及有关技术主要是如下各方面：

（1 ） 系统工程是运筹学的学科分支，运筹学经常被

用到的主要有如下知识点： a 目标规划；b 非线性规划；c 整数规划； d 线性规划；e 动态规划；f 决策论； g 存储论；h 排队论等等知识。

（2 ） 系统工程是若干现代应用数学的学科分支，基本上都是与研究概率论和随机理论及模糊数学相关， 例如： a 概率论与数理统计；b 随机过程；c 地质统计学； d 可靠性理论；e 模糊数学； f 灰色系统理论等等数学知识，数学在矿业系统工程的贡献是不可估量的，当然数学不但在矿业系统工程有很大的贡献在其他领域的贡献谁人必须都得承认。

（3 ）矿业系统是和计算机技术密切的交叉学科分支，很多计算机的技术被用到系统工程中来，现在随便列举几个：a 系统模拟学； b 系统动态学；c 人工智能学；d 决策

系统；e 管理信息系统； f 计算机辅助设计；g 数值方法；h 信息技术； l 遥感、GPS 系统及地理信息系统。

1.4 矿业系统工程研究领域的发展方向

随着各种新兴学科及高新技术的高速发展，矿业系统工程的研究领域也在不断向各个方向发展壮大。除了过去的大量地质勘探、优化矿山设计规划决策、进行矿床建模与资源评价、 优化矿山生产计划、优化控制通风安全系统、矿物加工优化控制、 优化项目管理等传统领域外， 近年来系统工程新发展的研究领域有：研究地质储量的分类、分析与优化矿山压力与边坡稳定、 爆破工程建模与优化矿业环境保护、 矿业领域的可持续发展、 矿业信息化与可视化系统、 人工智能方法在矿业中的应用， RS,GPS,GIS 在矿业系统中的应用、 国际互联网络的应用。

2 地质统计以及矿床的建模。 地质统计学在矿业工程中的应用近年来向实用化方向发展很快和趋于成熟。 主要的研究成果和发展方向主要有如下： a 从局部地质参数估值向矿床储量及平均品位的确定方面发展。b 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。c 不确定性分析。d 将地质控制与地质统计学计算结合起来进行估值及建模。在许多矿床埋藏条件下，能否解决好地质控制问题是地质统计学方法估值能否符合实际的关键。 e 条件模拟方法有广泛的应用研究成果。 f 将地质统计学与

地理信息系统结合起来， 提供了一种正常情况下的空间性和 随机性工具，用于储量的估算和环境影响的各种评价。然而优化矿山设计主要杨浦如下：软件实用化和商业化、 露天采矿与矿井设计优化的研究、 系统技术的模拟、 人工智能方法等等技术。

2. 矿业系统工程的发展趋势

矿业系统工程作为采矿专业学和系统工程学相结合的一门学科，第一， 矿业系统必须遵循采矿工程专业实质性的内在规律和原理，才谈到去努力解决采矿系统中遇到的一系列优化课题和一些技术性难题； 其二是它必须紧跟现代数学的发展节奏和计算机技术的进步的速度，不断地改进矿业系统这个领域的理论与实用技术技术。

（1） 跨学科配合多方法去研究

矿业系统工程，矿业系统的决策, 如果仅仅依靠某一单一学科的知识和相关方法，这样在理论和实践中都很难取得理想的结果。采用综合性研究方法以解决综合性工程课题， 这正反映了现代系统工程的特点。

（2） 多项目合作，大系统开发

矿业工程的系统结构具有层次和环节多的特点，因此需要灵活地从总体上进行全局性的规划和优选。在以往的从单项着手优化的基础上， 现在学者们已扩大视野， 开始转向于研究更广、 更大的对象，不再停留在以前的小范围和小

对象的 研究，这是一个很大的转折性突破。尤其是矿山决策系统的开发更注重全局和更大和更广的研究探讨。 最近几年来， 大系统、超大系统、 系统动力学等宏观研究各种手段在采矿领域得到很高的重视并得到很好的利用。

（3） 技术优化并用于现实

在矿业系统工程的萌发初期, 人们利用运筹学知识使采矿工程中很棘手的问题得到让人满意最优解，很多学者对此感到很骄傲和自豪，但是很意外的是这些理论在实际应用中达不到采矿的工艺要求。CAD 软件技术的发展又促使采矿工艺从将传统的手工设计方法转用计算机来轻松实现， 但却对目标优化没有做的很如意。 目前的趋势是在人、机、环境的考虑和结合作用下实现矿业系统工程决策的优化，并尽可能在工作场所提高作业的机械自动化程度以及实现无人工作面，实习数字化矿山。

（4） 运用新科学，矿业系统工程不断从其它采用新技术学科的发展中吸取精华。

前面一段时期， 人工智能画、 模糊数学、概率论、目标规划、非线性规划、 整数规划、线性规划、 动态规划、决策论、 存储论、 排队论等等知识在采矿系统工程中很受欢迎。 但是这些年来， 虚拟技术、 全球定位系统、 地理信息系统) 、 遥感技也就是所谓的3s 技术) 也在矿山的各种场合得到很乐观的应用。借助这些新新的学科、 新技术， 矿

业系统在将来会发展的很好，会更上一层楼即迈上一个高的台阶，这是所恨人都希望看到的结果。

3. 结语

矿业系统工程是一门才经过六七十年新起的学科，但是他对矿业的贡献非同小可，矿业工程的发展和矿山实际中的开采已起到了重要的作用，将来的矿山更需系统工程这门学科，还有很多方面需要改进，没有最好只有更好，而今天矿山效益那么好，我们不可以忘记矿业系统的功劳，没有它估计矿山在很多方面还得多挣扎几年也不一定能做到像现在一样好。在将来，通过学者进一步的深入研究以及很多工程师在实践中的经验相结合，我们有理由相信我国矿业系统工程与实际工程将会结合得更加紧密，理论和实践相联系使我国系统工程再次飞跃，同时我们也希望更多的矿业系统工程爱好者加入这个矿业系统工程的大家庭里面，从小的方面来说是为矿业系统提高矿山经济效益做出巨大贡献而奋斗终身，从大的方面来说为了国家人民而做出贡献。

参考文献

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［4］谭跃进. 系统工程原理. 科学出版社，2010