淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

李文軍 周楊 張?jiān)品?/p>

(1.浙江省有色金屬地質(zhì)勘查局,浙江紹興 312000;2.中國平煤神馬集團(tuán)平頂山天安煤業(yè)股份有限公司計(jì)財(cái)處,河南平頂山 467000;3.神華神東上榆泉煤礦管理處,山西河曲 036504)

淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

李文軍1周楊2張?jiān)品?

(1.浙江省有色金屬地質(zhì)勘查局,浙江紹興 312000;2.中國平煤神馬集團(tuán)平頂山天安煤業(yè)股份有限公司計(jì)財(cái)處,河南平頂山 467000;3.神華神東上榆泉煤礦管理處,山西河曲 036504)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被各行各業(yè)廣泛應(yīng)用,計(jì)算機(jī)技術(shù)在采礦工程中同樣發(fā)揮了其強(qiáng)大的功能作用。文章介紹了幾種常見的計(jì)算機(jī)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用為例,探討了計(jì)算機(jī)技術(shù)在采礦工程中發(fā)揮的重要作用。

計(jì)算機(jī) 虛擬模擬

1 采礦工程的特點(diǎn)及計(jì)算機(jī)機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用

(1)開采礦產(chǎn)資源的過程和作業(yè)叫做采礦。采礦工作有以下顯著特點(diǎn)：1)采礦工作受客觀條件的限制，特別是地下采礦。勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作條件惡劣，安全性差，不易實(shí)施機(jī)械化和自動(dòng)化作業(yè)。2)降低采礦工作的貧化率和損失率是采礦工作中重要的質(zhì)量要求。3)采礦工作的地點(diǎn)由于受到礦產(chǎn)資源賦存條件多樣而隨著工作面的推進(jìn)而變換。4)采礦工作的對(duì)象是礦產(chǎn)資源，因此礦山也存在著一定的服務(wù)年限。5)礦山建設(shè)受礦產(chǎn)資源的限制，不能自由選擇礦址。

基于上述幾點(diǎn)，采礦工程需要做到高產(chǎn)高效，而工作面的內(nèi)部工序匹配，能力配套，生產(chǎn)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)，工藝參數(shù)優(yōu)化組合效果的分析和檢驗(yàn)是高產(chǎn)高效礦井開采模式有效期的保證，也是高產(chǎn)高效礦井開采模式風(fēng)險(xiǎn)降到最低的先決條件。

(2)采煤工作面生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)模擬是利用計(jì)算機(jī)對(duì)采煤工作面生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)行為動(dòng)態(tài)模仿，從中得到人們需要的信息。其模擬特點(diǎn)是：1)幾種工序同時(shí)模擬。2)模擬系統(tǒng)以普采工作面生產(chǎn)過程為基礎(chǔ)模擬對(duì)象，可轉(zhuǎn)化為終采工作面生產(chǎn)過程。3)本模擬系統(tǒng)輸出主要以工作面單產(chǎn)為主，并同時(shí)輸出相應(yīng)的各種工作面工藝參數(shù)，如采煤機(jī)運(yùn)行速度，支柱，回柱，柱梁速度，支架放煤速度，工作面長度，開機(jī)率等，從而確定合理的工作面參數(shù)。

(3)模擬模型的規(guī)則：1)采煤機(jī)進(jìn)刀過程中發(fā)生故障概率忽略不計(jì)。2)在生產(chǎn)過程中，某段開始回柱，若采煤機(jī)進(jìn)刀后又返回此段時(shí)，柱子仍未回完，則發(fā)生停機(jī)回柱故障。3)柱梁，支柱工序若滯后采煤機(jī)安全距離，則發(fā)生停機(jī)掛梁，停機(jī)支柱故障。

2 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件功能的強(qiáng)化、發(fā)展和成本的顯著下降，計(jì)算機(jī)應(yīng)用得到了進(jìn)一步的拓寬和深化。尤其是作為人與信息科學(xué)相結(jié)合的高新技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡稱VR)給計(jì)算機(jī)的應(yīng)用帶來了新的活力。這主要是因?yàn)椋ㄟ^虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建一個(gè)三維現(xiàn)實(shí)中，人們可以通過感官活動(dòng)的人機(jī)交互和特殊設(shè)備并參與其間，例如某些電腦游戲軟件，科幻電影中，人們成三維空間，像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展非常神奇的環(huán)境，將成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的重要手段，將對(duì)人類生活的各個(gè)方面產(chǎn)生積極的影響。采礦工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序也不例外。計(jì)算機(jī)模型，CAD軟件越來越成為工程師的重要手段，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)和管理。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)三維的現(xiàn)實(shí)采礦環(huán)境，無論是采礦業(yè)務(wù)或工藝設(shè)備運(yùn)行過程中，無論是作為一個(gè)真正的視頻拍攝。更顯著，操作者可以與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互，他可以通過任何空間到系統(tǒng)中，在任何時(shí)間，以模擬任何區(qū)域，生成動(dòng)態(tài)的，直觀的反應(yīng)和基于人的參與，VR系統(tǒng)操作，從而使計(jì)算機(jī)仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)更為實(shí)用，并產(chǎn)生巨大的效益。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門新興學(xué)科，應(yīng)用研究，在采礦業(yè)才剛剛起步，但這一領(lǐng)域的研究已經(jīng)表明虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中挖掘廣闊的前景。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人類與信息科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，由一個(gè)計(jì)算機(jī)生成的三維環(huán)境，人機(jī)交互組成。通過使用傳感器的人，效應(yīng)器實(shí)現(xiàn)與VR虛擬環(huán)境的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的高級(jí)階段的計(jì)算機(jī)和認(rèn)知過程相互作用，該虛擬環(huán)境，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生具有多種真實(shí)現(xiàn)實(shí)的感知水平，不僅在同一空間多媒體的形式，其中，所述圖像可以是基于人類視覺和人體運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，所以簡單地說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是非常復(fù)雜的，并且在人與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)想象的方法和手段相互作用。

3 GIS信息監(jiān)管系統(tǒng)在采礦系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的礦山監(jiān)管系統(tǒng)，是通過地理信息集成的原理，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與空間管理技術(shù)，對(duì)于采礦工程生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山生產(chǎn)信息空間分析與決策支持等功能的系統(tǒng)。地理信息是基于相同的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，主要通過測(cè)量，攝影測(cè)量與遙感技術(shù)，包括引入GPS全球定位系統(tǒng)，以及空間的礦山和資源特點(diǎn)緊密收集到的信息，在實(shí)時(shí)的做采礦監(jiān)測(cè)工作，提供準(zhǔn)確的空間定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的管理決策。

GIS信息監(jiān)控系統(tǒng)必須足以建立數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)源主要是各種類型的地質(zhì)和地形圖，圖形設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)圖，除了各種類型的技術(shù)報(bào)告和摘要的所測(cè)量的數(shù)據(jù)。形成過程中，主要使用現(xiàn)有的GIS軟件，在現(xiàn)實(shí)中再次發(fā)展的基礎(chǔ)上。除了各種空間分析和應(yīng)用仿真模型到我的，會(huì)來的GIS數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，通常用來衡量采礦挖掘軟件EAM系統(tǒng)，OA系統(tǒng)和GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)全面的，高效的管理這些數(shù)據(jù)，最后，該建立的GIS信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的操作是通過地面通訊站的系統(tǒng)軟件支持下，通過設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸終端和通信設(shè)備沿著鋪好的道路，地下固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)機(jī)，地質(zhì)數(shù)據(jù)智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和傳感器信息采集時(shí)，井下人員和具體數(shù)據(jù)的地下溫度，濕度等車輛動(dòng)態(tài)分配顯示在客戶端上，并利用互聯(lián)網(wǎng)部門級(jí)服務(wù)器或無線GPRS，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和地下開采的基態(tài)和地質(zhì)環(huán)境因素宗旨的變化。結(jié)合礦井地理信息系統(tǒng)的監(jiān)控和管理功能，找到通過信息化監(jiān)管模式，極大地方便了安全，高效的生產(chǎn)礦井。

4 數(shù)值模擬技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

數(shù)值模擬技術(shù)的新應(yīng)用，以持續(xù)改進(jìn)和不斷擴(kuò)大的工程設(shè)計(jì)，科研，工作人員和其他采礦項(xiàng)目周邊需求的安全電腦資訊覆蓋面已經(jīng)非常普遍，似乎已經(jīng)成為解決工程復(fù)雜的工程常規(guī)方法分析地形復(fù)雜的問題，是實(shí)現(xiàn)礦山工程應(yīng)力環(huán)境，施工預(yù)算，災(zāi)害預(yù)警和信息技術(shù)有顯著作用的描述方面，而對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景是相當(dāng)可觀的。

數(shù)值模擬技術(shù)主要是基于分析的數(shù)據(jù)收集采礦工程及圍巖巖土工程穩(wěn)定性數(shù)值方法，并建立了一個(gè)理想化的模型，通過一系列的機(jī)型上運(yùn)行，完成計(jì)算的具體問題的結(jié)論的融合。四，使用方法分別為：有限元法，離散單元法，有限差分法，邊界元法，加權(quán)殘值法等方法。在國內(nèi)外主要ANSYA，ADINA，這些軟件使用數(shù)值模擬軟件是通過有限元數(shù)值模擬分析可以完整的CAD軟件聯(lián)合開采，采礦工程，ANSYA，ADINA軟件有以下幾個(gè)方面的工作。

(1)數(shù)值模擬對(duì)于耦合現(xiàn)象的分析，能夠?qū)崟r(shí)有效地對(duì)煤礦中煤與瓦斯突出，地下滲水等事故進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(2)通過進(jìn)行熱力學(xué)，動(dòng)力學(xué)的分析，有助于有效控制熱動(dòng)力對(duì)于開采進(jìn)程的阻礙。

(3)可以通過運(yùn)用流體理論對(duì)充填材料性能進(jìn)行測(cè)試分析，能夠積極推進(jìn)新興工藝的發(fā)展。FLAC和UDEC更適合圍巖穩(wěn)定性模擬來解決變形和破壞的巖石，地質(zhì)分析的非線性彈性理論為所有類型的巖石。從為了劃分非線性和微觀基礎(chǔ)的線性彈性分析的原理宏觀的角度來看。在微觀來看，假設(shè)單元是相對(duì)均勻的，具有較強(qiáng)的彈性變形特性，同時(shí)還要考慮由于裂縫的存在下，關(guān)節(jié)之間極小的接觸，從而導(dǎo)致表現(xiàn)出非連續(xù)性。不僅對(duì)巷道以提供有效圍壓的控制數(shù)據(jù)，也為表面下陷，研究巖石蠕變特性。

5 結(jié)語

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的計(jì)算能力和功能特性越來越強(qiáng)大的今天，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)必將會(huì)有更大的提升空間，繼而使其為采礦工程提供更好的技術(shù)支持，促進(jìn)礦山的安全高效生產(chǎn)，改變傳統(tǒng)采礦業(yè)的落后，危險(xiǎn)性大的局面。

[1]唐維凱.淺談?dòng)?jì)算機(jī)模擬技術(shù)及其在采礦中的應(yīng)用.黑龍江科技信息,2013.

[2]趙永安.淺議計(jì)算機(jī)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用.工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2014.