地下铀矿开采可靠性研究

蒋巍

摘 要：地下铀矿开采是一项系统化的柔性工程，它是有多种子系统构成的，在层次以及影响因素上都具有多样性，它对安全生产有着极高的要求，尤其是在矿井通风、矿山爆破上更是如此。在这种情况下，受其复杂的开采环境、网络化的生产安全系统以及事故多样化的诱因等的影响，研究其开采的可靠性势在必行。本文以相关理论以及多智能体等技术的运用为指导，研究分析了某地下铀矿山在建立其可靠性开采模型上的相关情况，这对实际优化维修地下铀矿以及生产计划的合理安排有着极大的现实意义以及借鉴价值。

关键词：地下铀矿 开采 可靠性

中图分类号：TD86 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0088-02

1 多智能体系统相关理论

1.1 Agent的基本概念

1986年，马文·明斯基出版了一本名为《心智社会》的著作，在该书中，第一次提出了“Agent”一词。在明斯基看来，现实世界中的许多问题都要由个体协商后才能真正被解决，在这个过程中，那些加入协商的就被称作Agent。自此之后，计算机科学技术以及人工智能等相关领域中就出现了智能体的相关概念并由此向其他研究领域蔓延。一般而言，Agent拥有4种显著特点，其一是自主性，其二是交互性，其三是反应性，其四是主动性。

1.2 Multi-Agent系统理论

所谓的多智能体通常指的就是多智能体技术或系统，其中多智能体系统简称MAS。对于分布式人工智能而言，MAS是极为重要的分支。一般而言，若是单Agent受相应功能的限制无法解决一定问题时，就会用到MAS，通常是在一定规则的要求下实现单Agent间的协作与通讯，大多运用在复杂而大型的系统上。

对于地下铀矿而言，其安全生产的相关系统极为复杂，它要在确保安全的基础上，将爆破、开采以及运输等相应功能集为一体。以该系统的相关特点以及工艺特征为标准，该系统可被分成6种单智能体：其一是主控Agent，其二是爆破Agent，其三是采装Agent，其四是运提Agent，其五是通风Agent，其六是控制污染物Agent。

2 地下铀矿开采多智能体系统可靠性优化实现

2.1 某地下铀矿山基本概况

本文以岭南地区的一个地下铀矿作为研究对象，其铀矿是低品位花岗岩型。总体来看，该矿床的面积达到了1550m×1000m，在该范围之内有两千余个矿体。当单裂缝控制矿体时，矿体会简单地呈现板状或脉状形态。那些矿体大多都是中小型规模，开采资源的标高都要>40m，走向长度最大为325m，倾向长度则最大为225m，厚度在0.15～15.57m的范围之间，平均应该达到1.5m。矿山在炮孔上呈上向中深形态，是依据扇形排面来安排的，与凿岩平巷相垂直，采用机械通风。

2.2 某地下铀矿山开采多智能体系统可靠性优化控制

爆破Agent会用到ANFIS工具箱来建立相应的矿石爆破模型，以此来对相应的参数进行确定，其中主要涉及到了几种系统必需的输入参数，其一是孔间距，其二是排间距，其三是空间补偿系数，其四是最低抵抗线，其五是炸药单耗，其六是炮孔密集系数。然后该系统会输出爆破大功率等相应参数并使之归一化，再把数据中的前46组当作训练数据，后4组当作对比数据，调用ANFIS来建模，将训练误差控制在大约0.0017999的精度上。而要想预防氡可能造成的伤害，确保矿井作业人员的健康，要将井下空气里氡的浓度控制在国家规定值之下，也就是不能高于2.7kBq/m3。从实际调查的相关数据可知，针对氡活度，应该取0.5作为其校正系数，3.08×l05Bq/s作为其释放速率，10.8m与5.5m分别作为其横向与垂直扩散参数，利用免疫遗传算法来迭代优化求解爆破模型。

从其具体生产的相关情况来看，要重视对采装以及运提等相关系统的建立，串联相关设备，其可靠性情况可见表1。统计生产环节的相关资料，以其回归分析结论为标准，可以明了维修设备的相应费用变动对其可靠性的影响，并算出回归系数a。然后把维修设备的总费用b输入到相关模型中，就能利用相关算法来得出相应设备的可靠度。

经过优化，在系统最大化可靠度的前提下，相应设备的可靠度出现了一定的变动，其中R1'为0.8215，R2'为0.9621，R3'为0.9346，R4'为0.8968，R5'为0.8617和R6'为0.9449。由此可知，当维修总费用不变时，关键设备R2'、R3'、R5'、R6'被提高，非关键设备R1'、R4'被合理降低，就能确保系统的可靠度达到最大标准，即使得R'为0.5394。这时与原来的0.4881相比，有了10.5%的提高。因此，在维护成本受限的情况下，利用常规建模与免疫遗传优化算法能够找出有效最大化系统可靠性的方法。具体来看，其相关情况可见表2。

通风Agent则会利用专家评估、现场检查以及分析层次等相关方法来得到通风网络系统及其子系统的相关数据。然后运用相应算法来展开优化求解。

最后则是针对其集成模型来展开迭代优化求解，最终可得出系统优化后能够达到0.918的最佳可靠度，这就完成了完全优化系统集成以及分布式自治。通常情况下，可靠性有5种等级，其一是不可靠，即可靠度在0～0.6；其二是较为不可靠，可靠度在0.6～0.7；其三是一般，可靠度在0.7～0.8；其四是较为可靠，可靠度在0.8～0.9；其五是可靠，可靠度在0.9～1.0。安全监督相关部分评价该矿井达到了可靠等级。在矿山实际开展安全生产时，要及时对爆破、通风以及运输等相关参数进行调整，确保优化控制其安全生产系统，从而实现其管理效率的提高以及决策的最优化。

3 结语

本文针对某地下铀矿山建立了相应的模型并使之在实际安全生产中得到了运用，利用实际案例来对该可靠性模型进行了验证，确保其可行性。在控制氡浓度符合标准的基础上，通过有效方法保证了该系统的安全运行，这对开采铀矿山在相关决策上起到了支撑作用并对制定其安全生产计划有着重要的现实意义。

参考文献

[1] 叶勇军，丁德馨，钟永明，等.留矿法采場爆破铀矿堆氡渗流析出规律的理论研究[J].原子能科学技术，2013，47（10）：1674-1679.

[2] 戴剑勇，陈晓辉.基于Simevents/Stateflow的矿山运提系统可靠性仿真分析[J].矿业研究与开发，2015（8）：97-101.

[3] 高飞.铀矿山通风系统可靠性分析与评价[D].衡阳：南华大学，2015.

[4] 李秦，符可军，张森永，等.铀矿井下反射四通非电起爆网 路可靠性分析[J].中国矿业，2012（21）：484-487.endprint