专家系统在矿山环境治理中的应用探析

摘 要：本文通过简要介绍专家系统及对环境治理的优越性，设计合理的矿山环境治理专家系统，并阐述了实际应用效果。

关键词：矿山；专家系统；环境治理；应用

中图分类号：TD16 文献标识码：A

1 专家系统及环境治理的优越性

1.1 专家系统

专家系统属于一个人工智能计算机程序系统，简称：ES。它综合了某一领域大量的知识、经验、技术为一体，根据复杂问题做出推理、判断、决策，并给出专家水平的结果。矿山专家系统主要是以矿山专业知识库和推理机为系统核心，通过模拟人类的思维对矿山所具有的各种问题提供专家水平的解答。与一般的专家系统相比较，矿山专家系统的控制、知识、数据是相互分离的。

我国煤矿普遍具有规模小、数量多、生产力偏低、管理落后、安全生产环境差等特点，但就我国当前形式来看，这一煤矿形式仍将占据着地区煤矿工业结构的重要内容，所以也导致了我国煤矿出现的普遍的环境污染问题。随着计算机信息管理系统在交通运输、电力设施、人口统计、资源分析等多方面行业的广泛应用，而矿山环境的治理也急需现代化管理手段来进一步充实自身，进而提升工作效率，为地方矿山的环境治理提供保障。然而，现行的环境治理的设计管理需求更多的是某一特定的应用，从而完成业务功能、数据结构等进一步应用，这就使得在系统扩充、改变数据结构等方面，需由开发单位来进行源代码的相关修改，这一情况下，无疑造成较差的系统适应性与灵活性，出现了较多工作的重复现象。这一现实情况下，如果能利用专家系统基本原理，来将数据结构、业务处理等转化为专家型的知识，来完成知识库的贮存，在进行系统的修改与扩充过程当中，只需维护数据库，便可促进系统可扩充性和适应性的有效提升。因此，针对地方煤矿来建设回采巷道支护设计专家系统就成为当前摆在煤炭管理部门面前的重要课题。

1.2 专家系统环境治理的优越性

在矿山环境治理中应用专家系统，不仅能够帮助管理者及时、迅速掌握各种突发性事故引发的环境污染范围，以及时空分布变化，而且还能通过系统进行防范和灾后处理。由于矿山造成环境污染和破坏的因素极为复杂，一旦发生环境污染和破坏，一般的环境系无法进行定量分析。而专家系统能够建立各类知识库，并利用推理机制，在全面考虑问题的条件下，共同进行辅助决策，使管理者能够在环境治理上做出最佳决策。

2 在矿山环境治理中专家系统的设计

2.1 专家系统设计

矿山专家系统主要分为：用户界面和知识库、数据库和推理机，以及解释和学习机。除此以外，矿山专家系统还涉及表格和图形、数据统计分析和外接数据库等。

针对矿山环境治理，专家系统主要涉及文件、矿山环境背景、矿山环境效应、治理模式、治理措施，以及帮助六个模块分别与用户界面和知识库、数据库和推理机，以及解释和学习机六个模块相对应。在这个系统中，主要技术是通过基本数据信息进行推理分析、选择、优化、设计，根据获得的结果，给出科学合理的环境治理方案与建议。如下图1、2所示：

2.2 工作原理

2.2.1 矿山环境效应

在矿山环境治理中，由于不同的矿山环境存在不同的环境效应，因此识别环境效应中影响最为突出的因素是做好前期环境治理的关键。一般诱发环境效应的因素主要有五种：水环境和土地资源效应、景观和次生灾害效应，以及生态效应。通过应用关联度来确定各因素间的关联性和关联反映，以及权重作为判断的根本进行定量分析描述确定其值。除此以外，还可以根据实际的矿山环境情况，人为或专家评分来确定。由于矿山环境因素由多层次构成，合理的评判结果是通过模糊多层次综合评判多次进行。首先，将各种因素划分成若干层次依次从低到高层次做出综合隶属度评价，以获得最终结果。如果所对应的效应隶属度越大，那么矿山环境效应影响就会越为严重。

2.2.2 环境治理模式

选择合理的治理模式是目前矿山环境治理的主要前提条件。由于环境治理的对象多而复杂，因此治理的目标所对应的治理模式也不一样。治理模式的选择必须综合参考对象特征和治理目标、环境效应和风险等进行合理的选择。

2.2.3 治理设计和优化

环境治理的方式主要有：跨越、覆岩加固、填注浆等方式进行。以填注浆方式为例，可以在采空区进行填注浆设计和处理宽度与深度的设计，确定治理方案的可行性和安全性，以及经济性。

3 实际应用效果

以某煤厂矿山环境的治理专家系统实际应用为例。通过对现场的实际调查证明，由于该矿山内的地层主要由泥晶灰岩和石岩系本溪组泥岩、砂岩和煤层、砂质泥岩和碎屑岩、黄土和红土、堆积物等构成。煤层厚度在230m到250m之间。采煤层主要分成4层，最大煤层厚度在12m左右，可采煤层在碎屑岩地层中，顶板以砂质泥岩为主。其出现的环境问题主要是沉陷导致的次生地质灾害。在矿山环境专家系统实际的运行过程中，管理员通过在菜单中找到相对应的栏目，然后根据系统中的提示，输入有关矿山环境背景和开采等信息。当信息输入完成后，系统就会自动对环境效应进行识别，综合评价给出影响环境综合隶属度评价，从小到大的影响为：景观和生态效应、水环境效应、土地资源效应、次生灾害效应。然后根据所获得的结果，通过治理模式进行治理方式的选择，其选择的最终结果为：采用多元复合强化型的方式，根据矿山环境问题，选择注浆的方式最终作为处理的方案和建议进行有效治理，以减轻环境污染带来的危害。

参考文献

[1]武强，陈奇.矿山环境问题诱发的环境效应研究[J].水文地质工程地质，2008.

[2]付薇.矿区生态环境综合治理协同机制与对策研究[D].北京：中国地质大学，2010.