地下鈾礦開采可靠性研究

蔣巍

摘 要：地下鈾礦開采是一項系統(tǒng)化的柔性工程，它是有多種子系統(tǒng)構(gòu)成的，在層次以及影響因素上都具有多樣性，它對安全生產(chǎn)有著極高的要求，尤其是在礦井通風(fēng)、礦山爆破上更是如此。在這種情況下，受其復(fù)雜的開采環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)安全系統(tǒng)以及事故多樣化的誘因等的影響，研究其開采的可靠性勢在必行。本文以相關(guān)理論以及多智能體等技術(shù)的運(yùn)用為指導(dǎo)，研究分析了某地下鈾礦山在建立其可靠性開采模型上的相關(guān)情況，這對實際優(yōu)化維修地下鈾礦以及生產(chǎn)計劃的合理安排有著極大的現(xiàn)實意義以及借鑒價值。

關(guān)鍵詞：地下鈾礦 開采 可靠性

中圖分類號：TD86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0088-02

1 多智能體系統(tǒng)相關(guān)理論

1.1 Agent的基本概念

1986年，馬文·明斯基出版了一本名為《心智社會》的著作，在該書中，第一次提出了“Agent”一詞。在明斯基看來，現(xiàn)實世界中的許多問題都要由個體協(xié)商后才能真正被解決，在這個過程中，那些加入?yún)f(xié)商的就被稱作Agent。自此之后，計算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及人工智能等相關(guān)領(lǐng)域中就出現(xiàn)了智能體的相關(guān)概念并由此向其他研究領(lǐng)域蔓延。一般而言，Agent擁有4種顯著特點，其一是自主性，其二是交互性，其三是反應(yīng)性，其四是主動性。

1.2 Multi-Agent系統(tǒng)理論

所謂的多智能體通常指的就是多智能體技術(shù)或系統(tǒng)，其中多智能體系統(tǒng)簡稱MAS。對于分布式人工智能而言，MAS是極為重要的分支。一般而言，若是單Agent受相應(yīng)功能的限制無法解決一定問題時，就會用到MAS，通常是在一定規(guī)則的要求下實現(xiàn)單Agent間的協(xié)作與通訊，大多運(yùn)用在復(fù)雜而大型的系統(tǒng)上。

對于地下鈾礦而言，其安全生產(chǎn)的相關(guān)系統(tǒng)極為復(fù)雜，它要在確保安全的基礎(chǔ)上，將爆破、開采以及運(yùn)輸?shù)认鄳?yīng)功能集為一體。以該系統(tǒng)的相關(guān)特點以及工藝特征為標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)可被分成6種單智能體：其一是主控Agent，其二是爆破Agent，其三是采裝Agent，其四是運(yùn)提Agent，其五是通風(fēng)Agent，其六是控制污染物Agent。

2 地下鈾礦開采多智能體系統(tǒng)可靠性優(yōu)化實現(xiàn)

2.1 某地下鈾礦山基本概況

本文以嶺南地區(qū)的一個地下鈾礦作為研究對象，其鈾礦是低品位花崗巖型?？傮w來看，該礦床的面積達(dá)到了1550m×1000m，在該范圍之內(nèi)有兩千余個礦體。當(dāng)單裂縫控制礦體時，礦體會簡單地呈現(xiàn)板狀或脈狀形態(tài)。那些礦體大多都是中小型規(guī)模，開采資源的標(biāo)高都要>40m，走向長度最大為325m，傾向長度則最大為225m，厚度在0.15～15.57m的范圍之間，平均應(yīng)該達(dá)到1.5m。礦山在炮孔上呈上向中深形態(tài)，是依據(jù)扇形排面來安排的，與鑿巖平巷相垂直，采用機(jī)械通風(fēng)。

2.2 某地下鈾礦山開采多智能體系統(tǒng)可靠性優(yōu)化控制

爆破Agent會用到ANFIS工具箱來建立相應(yīng)的礦石爆破模型，以此來對相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行確定，其中主要涉及到了幾種系統(tǒng)必需的輸入?yún)?shù)，其一是孔間距，其二是排間距，其三是空間補(bǔ)償系數(shù)，其四是最低抵抗線，其五是炸藥單耗，其六是炮孔密集系數(shù)。然后該系統(tǒng)會輸出爆破大功率等相應(yīng)參數(shù)并使之歸一化，再把數(shù)據(jù)中的前46組當(dāng)作訓(xùn)練數(shù)據(jù)，后4組當(dāng)作對比數(shù)據(jù)，調(diào)用ANFIS來建模，將訓(xùn)練誤差控制在大約0.0017999的精度上。而要想預(yù)防氡可能造成的傷害，確保礦井作業(yè)人員的健康，要將井下空氣里氡的濃度控制在國家規(guī)定值之下，也就是不能高于2.7kBq/m3。從實際調(diào)查的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，針對氡活度，應(yīng)該取0.5作為其校正系數(shù)，3.08×l05Bq/s作為其釋放速率，10.8m與5.5m分別作為其橫向與垂直擴(kuò)散參數(shù)，利用免疫遺傳算法來迭代優(yōu)化求解爆破模型。

從其具體生產(chǎn)的相關(guān)情況來看，要重視對采裝以及運(yùn)提等相關(guān)系統(tǒng)的建立，串聯(lián)相關(guān)設(shè)備，其可靠性情況可見表1。統(tǒng)計生產(chǎn)環(huán)節(jié)的相關(guān)資料，以其回歸分析結(jié)論為標(biāo)準(zhǔn)，可以明了維修設(shè)備的相應(yīng)費(fèi)用變動對其可靠性的影響，并算出回歸系數(shù)a。然后把維修設(shè)備的總費(fèi)用b輸入到相關(guān)模型中，就能利用相關(guān)算法來得出相應(yīng)設(shè)備的可靠度。

經(jīng)過優(yōu)化，在系統(tǒng)最大化可靠度的前提下，相應(yīng)設(shè)備的可靠度出現(xiàn)了一定的變動，其中R1'為0.8215，R2'為0.9621，R3'為0.9346，R4'為0.8968，R5'為0.8617和R6'為0.9449。由此可知，當(dāng)維修總費(fèi)用不變時，關(guān)鍵設(shè)備R2'、R3'、R5'、R6'被提高，非關(guān)鍵設(shè)備R1'、R4'被合理降低，就能確保系統(tǒng)的可靠度達(dá)到最大標(biāo)準(zhǔn)，即使得R'為0.5394。這時與原來的0.4881相比，有了10.5%的提高。因此，在維護(hù)成本受限的情況下，利用常規(guī)建模與免疫遺傳優(yōu)化算法能夠找出有效最大化系統(tǒng)可靠性的方法。具體來看，其相關(guān)情況可見表2。

通風(fēng)Agent則會利用專家評估、現(xiàn)場檢查以及分析層次等相關(guān)方法來得到通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。然后運(yùn)用相應(yīng)算法來展開優(yōu)化求解。

最后則是針對其集成模型來展開迭代優(yōu)化求解，最終可得出系統(tǒng)優(yōu)化后能夠達(dá)到0.918的最佳可靠度，這就完成了完全優(yōu)化系統(tǒng)集成以及分布式自治。通常情況下，可靠性有5種等級，其一是不可靠，即可靠度在0～0.6；其二是較為不可靠，可靠度在0.6～0.7；其三是一般，可靠度在0.7～0.8；其四是較為可靠，可靠度在0.8～0.9；其五是可靠，可靠度在0.9～1.0。安全監(jiān)督相關(guān)部分評價該礦井達(dá)到了可靠等級。在礦山實際開展安全生產(chǎn)時，要及時對爆破、通風(fēng)以及運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保優(yōu)化控制其安全生產(chǎn)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)其管理效率的提高以及決策的最優(yōu)化。

3 結(jié)語

本文針對某地下鈾礦山建立了相應(yīng)的模型并使之在實際安全生產(chǎn)中得到了運(yùn)用，利用實際案例來對該可靠性模型進(jìn)行了驗證，確保其可行性。在控制氡濃度符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過有效方法保證了該系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這對開采鈾礦山在相關(guān)決策上起到了支撐作用并對制定其安全生產(chǎn)計劃有著重要的現(xiàn)實意義。

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