基于互联网平台的采矿方法选择系统设计及实现

夏世羽

(罗甸县自然资源局，贵州 罗甸 550100)

传统的采矿方法选择系统主要借助于专家系统的知识库和推理机制来建立采矿方法查询库，此系统未能根据采矿方法选择的决定性因素即开采技术条件如：矿体上下盘稳固性、自燃性、地表陷落等建立[1-2]。而模糊数学、神经网络等选择方法适用于在符合决定性因素条件下对回采率、损失率和贫化率等经济指标进行优选[3-4]。使用C++或Visual Basic语言编写的桌面应用程序不利于矿山企业广泛使用和在移动端使用[5-6]。在矿山实际开采过程中，随着矿床赋存条件的不断变化特别是矿体厚度和倾角变化，需要根据矿山生产能力和市场矿产品需求采用不同的采矿方法，以适应矿山发展[7]。通过将当前通用规范的采矿方法及其适用技术条件因素和经济指标等提炼出能利用关系型数据库建库的数据，采用PHP和HTML等互联网技术构建出在互联网平台使用的采矿方法选择系统。

1 采矿方法及其技术条件

当前通用规范的地下金属、非金属矿采矿方法分为三大类，对于每一类采矿方法，通过收集整理当前各教材、手册和最新研究成果，从采矿方法适用技术条件，矿块布置和结构参数，采准、切割和回采工艺等方面进行区分，排除相似变形采矿方法和已经过时淘汰的采矿方法[8-11]，有32种当前标准的采矿方法如表1所示。

表1 标准采矿方法

通过收集整理分析，影响地下金属、非金属矿采矿方法选择的技术条件因素有16种[8-10]，可以将其划分为四个类别，分别为矿体自身条件：含矿体厚度、倾角、埋深、矿体相邻性、废石夹层、结块性、自燃性、矿体稳固性、矿石品位分布和矿石类型10种；围岩条件：含矿体与围岩接触面规则度、接触面品位、矿体上盘围岩稳固性和矿体下盘围岩稳固性4种；其他条件：含地表下沉条件、地下水涌出量2种。

每种因素根据它的变化范围可以归为不同的类别，如矿体厚度有水平、缓倾斜、倾斜、急倾斜等4类；矿体稳固性有很稳固、稳固、中等稳固、不稳固、很不稳固、极不稳固等6类。如果在每一种开采技术条件的每一变化类别都有唯一对应的采矿方法条件下，可计算出需要的采矿方法总数量T如下：

式中：

A：矿体倾角条件总数；B：矿体厚度条件总数；C：矿体深度条件总数；D：上盘岩石稳固条件总数；E：矿体相邻条件总数；F：矿石结块条件总数；J：下盘岩石稳固条件总数；H：矿体夹层条件总数；I：矿石自燃条件总数；G：矿石类型条件总数；K：矿位分布条件总数；L：矿岩接触面条件总数；M：地表下沉条件总数；N：地下水条件总数； O：矿体稳固条件总数。P：矿岩面品位条件总数。

计算结果T>1.32×107，则满足每一种技术条件的采矿方法理论上需要1000多万种，但在实际工程中，有的采矿方法适用某一技术条件的多个类别，目前32种标准采矿方法满足了大部分技术条件变化。

2 采矿方法选择系统数据库设计

2.1 技术条件的数据抽象

对于影响采矿方法选择的每一种技术条件，将其分类抽象为适合关系型数据库存储的数字编号，以利于数据库存储和提高运算速度。因16种技术条件抽象出来的数据是离散的，采用枚举类型可以列举出每一种条件的分类数字编号，如将矿体倾角变化抽象出集合：[1 2 3 4 5]，共5种取值情况，如表2所示。

表2 矿体倾角条件数据抽象

将矿体厚度变化抽象出集合为：[1 2 3 4 5 6]，共6种取值情况，如表3所示。

表3 矿体厚度条件数据抽象

同理，可以将其他14种技术条件抽象出相应的枚举类型的集合。再将抽象出来的数据保存到数据库MYSQL中。

将所有技术条件分别抽象出数据后，即可根据每一种采矿方法对应的技术条件建立相应的采矿方法数据记录。对于任意一种采矿方法，可以通过收集该采矿方法的标准适用技术条件和在不同矿山的使用技术条件来归纳出该采矿方法的适用范围。如削壁充填采矿法适用条件如下：矿体厚度为水平或微倾斜矿体，矿体倾角及埋藏深度不限；对于相邻矿体同样可使用该采矿方法进行地压管理和分别回采矿石；对矿石结块性和矿石自燃性没有要求，对矿体和上下盘岩石的稳固性不限，但该采矿方法仅适用于高品位矿石或者贵重金属矿石开采，否则成本较高，同时要求矿岩接触面规整，否则矿石损失率和贫化率较高；该采矿方法对矿岩接触面品位和地下水条件不限制，均可使用；特别是在地表不许下沉的条件下使用该采矿方法较为有利。从该采矿方法的适用技术条件中抽象出每一种技术条件对应的枚举数据记录如表4所示。

表4 削壁充填采矿法枚举数据记录

2.2 采矿方法选择系统数据库的建立

对于表1中的每一种采矿方法，通过上述方法可以归纳出所有的技术条件所对应的枚举数据，并收集和统计该采矿方法对应的主要经济指标，如矿石贫化率、矿石损失率、生产能力和采切比等和其他需要说明的信息数据，从而建立完整的采矿方法选择系统数据表。

对建立的采矿方法技术经济条件指标数据表进行分析可以发现，当前技术条件下空场采矿法和崩落采矿法不适用于矿体埋藏较深、矿体相邻以及地表不许下沉等因素；对于任何倾角和厚度的矿体，空场采矿法和充填采矿法都已全覆盖；而对于倾斜、急倾斜的薄矿体则没有标准的崩落采矿方法。

3 采矿方法选择系统界面接口设计

将动态编程语言PHP用于数据处理和与数据库MYSQL交互，实现从服务器端到用户客户端的数据处理和数据输出，通过结构化查询语言SQL的比较运算符和匹配运算符实现采矿方法选择时数据库查询处理，数据处理流程图如图1所示。

在数据处理过程中，将不同的处理过程封装为函数形式，便于修改调试和代码重用，其中数据转换与数据验证函数代码如图2所示：

图1 数据处理流程图

图2 数据转换与数据验证代码

利用标记语言HTML和CSS显示控制在浏览器端显示输出效果，在浏览器端显示用户访问界面如图3所示。

图3 采矿方法选择系统用户界面

4 采矿方法选择系统的使用

某铁矿开采技术条件为：平均地质品位31.4%，属低品位矿石，矿体有上下两层，相隔距离15 m，上层矿体平均倾角15°，下层矿体平均倾角35°，属缓倾斜到倾斜矿体，平均厚度9～12 m，矿体最小埋深100 m，地表不允许陷落，矿体顶底板为坚硬岩石，属稳固围岩。

将该开采技术条件提炼出相应的数据输入到图3选择系统中，显示结果如表5所示，选择结果同时显示最佳采矿方法和该采矿方法损失率、贫化率等经济指标，并备注该采矿方法其他收集数据。

表5 采矿方法选择结果

在某些输入条件下，此系统选择的结果有多种可选方案，表明在该开采技术条件下有多种可行的采矿方法，此时可以查看每一种采矿方法的经济指标数据，对比不同采矿方法的经济指标差异，矿山企业根据自身生产设备，技术力量和生产能力情况，如要求损失、贫化低，或者要求生产能力大，或者要求生产组织工艺简单等选择最适合当前需要的采矿方法。

5 结论

(1)通过对每一种标准采矿方法技术条件抽象为便于数据库存储和关系运算的枚举集合类型，采用网络编程语言实现从服务器端到客户端的数据传输，从而建立标准的采矿方法选择系统。

(2)该系统采矿方法及其开采技术条件数据来源于标准采矿方法，系统选择结果准确可靠，可以在移动设备上通过浏览器使用，操作简单、方便快捷，能随时根据矿山条件变化选择采用合理的采矿方法，不因个人知识面的局限性错选或漏选合理的采矿方法。

(3)对于深部或者其他复杂地质条件下的矿体，研发出新型采矿方法及其适用技术条件后，该采矿方法及其适用技术条件存入此系统作为一种新的标准采矿方法，从而为其他相似条件的矿山在采矿方法优选时提供参考。