劉潤虎

（神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 榆林 719315）

傳統(tǒng)簡單粗獷的勘探和開采方法已經(jīng)不能滿足新形勢的要求。從礦業(yè)開發(fā)公司的需求開始，迫切需要一種新的有效的礦業(yè)勘探和開發(fā)方法。在激烈競爭的礦業(yè)環(huán)境中，更加重視數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦山勘探和開采中的應(yīng)用。國家所需的礦產(chǎn)資源無論是數(shù)量還是種類都大大增加，促進了中國礦業(yè)公司的快速發(fā)展。在礦業(yè)公司快速發(fā)展的過程中，如何提高礦山的生產(chǎn)效率和改善礦山生產(chǎn)環(huán)境的安全性能是當(dāng)前各勘采公司重點研究的課題。在解決礦山安全問題的過程中，礦業(yè)公司引進了大量先進設(shè)備和技術(shù)人才，不僅提高了礦山的生產(chǎn)效率，而且有效減少了煤礦安全事故的發(fā)生。但是，對于他們來說，引進先進的設(shè)備和技術(shù)人才還不夠，需要有一種數(shù)據(jù)技術(shù)作為強有力的分析手段。

1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)簡述

首先，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦勘探業(yè)是一個新的概念。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基礎(chǔ)和核心是從大量數(shù)據(jù)資源中挖掘關(guān)鍵有效數(shù)據(jù)，從而為決策提供準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)基本上是數(shù)據(jù)分析技術(shù)或數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)。它具有廣泛的應(yīng)用范圍，并且可以在幾乎任何行業(yè)的不同層次上應(yīng)用，我們專注于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在采礦勘探和開采中的應(yīng)用。挖掘勘探和挖掘過程會生成大量物理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括來自采礦各個方面的數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)，蓄水，礦山巖性特征等。這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了一個巨大的采礦勘探數(shù)據(jù)庫，這對礦山勘探和采前安全性評估計算很有用，以便制定各種勘探和采礦計劃的依據(jù)。嚴格的采礦勘探和采礦決策過程應(yīng)基于這個龐大的數(shù)據(jù)庫，但是如何在該數(shù)據(jù)庫的海量信息中找到最重要的數(shù)據(jù)，或者如何在此數(shù)據(jù)管理中找到最有效的管理，這也可以確保高效，準確的決策。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實際上是為滿足這些環(huán)境要求而生產(chǎn)的，尤其是礦山勘探和采礦應(yīng)用。例如，在礦山勘探項目的過程中，難以做出正確的決定，因為各種勘探數(shù)據(jù)非常復(fù)雜，決策者難以一一分析和計數(shù)這些數(shù)據(jù)。對于采礦勘探和采礦人員而言，執(zhí)行此類數(shù)據(jù)分析也是一項艱巨的任務(wù)，如果某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)未正確識別，或是收集到的數(shù)據(jù)不夠準確導(dǎo)致整個勘探和采礦計劃失效甚至出現(xiàn)安全問題，導(dǎo)致重大的人員和經(jīng)濟損失。在這種情況下，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一個很好的選擇，借助數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以從這些海量數(shù)據(jù)中找到關(guān)鍵數(shù)據(jù)。決策者可以根據(jù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)做出決策，也可以根據(jù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)創(chuàng)建完整的勘探和開采計劃。

2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的技術(shù)流程及操作方法

2.1 技術(shù)流程

信息收集：根據(jù)確定的數(shù)據(jù)分析對象，匯總數(shù)據(jù)分析所需的特征信息，然后選擇適當(dāng)?shù)男畔⑹占椒?，并將收集的信息存儲在?shù)據(jù)庫中。對于大數(shù)據(jù)，選擇合適的數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)存儲和管理至關(guān)重要。數(shù)據(jù)集成：邏輯上或物理上集中來自不同來源，格式和特征的數(shù)據(jù)，以為公司提供全面的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)規(guī)范：即使是少量數(shù)據(jù)，大多數(shù)數(shù)據(jù)挖掘算法也需要很長時間才能運行，并且在挖掘業(yè)務(wù)運營數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)量通常非常大?？梢允褂脭?shù)據(jù)縮減技術(shù)來獲取數(shù)據(jù)集的規(guī)范表示，該數(shù)據(jù)集雖然要小得多，但仍接近保持原始數(shù)據(jù)的完整性，并且可以將數(shù)據(jù)挖掘后的數(shù)據(jù)挖掘出來，規(guī)格與之前的結(jié)果相同或幾乎相同。數(shù)據(jù)清理：數(shù)據(jù)庫中的某些缺少屬性值造成數(shù)據(jù)不完整和不一致，因此，必須進行數(shù)據(jù)清理以在數(shù)據(jù)倉庫中存儲完整，正確和一致的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：通過無縫的數(shù)據(jù)聚合，泛化和標準化，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合數(shù)據(jù)挖掘的格式[1]。對于某些實數(shù)數(shù)據(jù)，通過分層概念和數(shù)據(jù)離散化轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)也是重要的一步。數(shù)據(jù)挖掘過程：根據(jù)數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)信息，選擇適當(dāng)?shù)姆治龉ぞ?，?yīng)用統(tǒng)計方法，基于案例的推理，決策樹，基于規(guī)則的推理，遺傳算法來處理信息并獲得有用的信息分析。模型評估：從業(yè)務(wù)角度來看，行業(yè)專家驗證數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果的準確性。

2.2 操作方法

遺傳算法：遺傳算法是一種基于自然生物學(xué)選擇和遺傳機制的隨機搜索算法。具有隱式并行性，與其他模型的輕松集成以及遺傳算法的其他特性使它可用于數(shù)據(jù)挖掘。國外基于遺傳算法的數(shù)據(jù)挖掘工具，利用該工具對兩次空難的實際數(shù)據(jù)庫進行了數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒?，結(jié)果表明，遺傳算法是一種有效的方法用于數(shù)據(jù)信息挖掘。遺傳算法的應(yīng)用還體現(xiàn)在與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，近似集成等技術(shù)的結(jié)合中。例如，遺傳算法用于優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，并在不增加錯誤率的情況下刪除了冗余連接和隱藏驅(qū)動器，利用遺傳算法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，然后從網(wǎng)絡(luò)中提取規(guī)則。然而，遺傳算法的算法較為復(fù)雜，尚未解決局部極小值的早期收斂問題。決策樹方法：決策樹是預(yù)測建模中常用的算法，可以通過有意對大量數(shù)據(jù)進行分類來找到有價值的潛在信息。它的主要優(yōu)點是描述簡單，排序速度快，特別適合于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。最早，最有影響力的決策樹方法是quinlan 提出的眾所周知的基于信息的id3算法。它的主要問題是非增量學(xué)習(xí)算法；決策樹id3 是單變量決策樹，很難表達復(fù)雜的概念。同性之間的關(guān)系不夠重視。針對上述問題，出現(xiàn)了許多改進的算法。統(tǒng)計分析方法：在數(shù)據(jù)庫字段項目之間具有兩種關(guān)系：可以由函數(shù)公式表示的確定性功能關(guān)系和不能由公式的公式表示關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)，但仍然是相關(guān)的確定性關(guān)系?？梢允褂媒y(tǒng)計方法進行分析，即使用統(tǒng)計原理來分析數(shù)據(jù)庫中的信息。常用統(tǒng)計量在大量數(shù)據(jù)中查找最大值，最小值，和，平均值等，回歸分析使用回歸方程式表示變量之間的定量關(guān)系，相關(guān)分析使用相關(guān)系數(shù)進行度量變量之間的相關(guān)性，差異分析從樣本統(tǒng)計值確定通用參數(shù)之間是否存在差異等。

3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦業(yè)勘探與開采中的應(yīng)用分析

（1）建立數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的采礦勘探和應(yīng)用過程中，要做的第一件事是對采礦勘探準備和采礦過程中的各種數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總，然后根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法將這些數(shù)據(jù)構(gòu)建為采礦數(shù)據(jù)模型，該模型成為整個礦山勘探和開發(fā)的重要指南。在數(shù)據(jù)模型中，可以找到來自采礦勘探和采礦過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，例如地質(zhì)結(jié)構(gòu)，水流走向，土質(zhì)和巖石特性。還可以分析和處理這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并對其他挖掘數(shù)據(jù)模型以找到相關(guān)數(shù)據(jù)并進行模型預(yù)測。這個預(yù)測也是采礦勘探和采礦中非常重要的部分，挖掘數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建不僅必不可少，而且對于勘探團隊來說是迫切需要的。必須總結(jié)過去采礦勘探和采礦過程中生成的數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，并為主要礦山建立相應(yīng)的模型，將這些挖掘數(shù)據(jù)模型組合到資源數(shù)據(jù)庫中進行分析和管理可以為將來的挖掘探索和開發(fā)提供重要的數(shù)據(jù)庫，尤其是在數(shù)據(jù)模型預(yù)測方面，這些數(shù)據(jù)模型起著重要作用[2]。例如，礦床的結(jié)構(gòu)和礦物的相關(guān)特性，對這些數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測主要依靠歷史勘探和采礦數(shù)據(jù)。分析這些數(shù)據(jù)的最直觀，有效和準確的方法是建立該數(shù)據(jù)模型。從某種意義上講，可以說采礦數(shù)據(jù)模型的質(zhì)量與采礦勘探和采礦業(yè)務(wù)直接相關(guān)。

（2）優(yōu)化并利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)指導(dǎo)勘采。在礦山勘探和開采中的重要應(yīng)用角色是優(yōu)化目標并指導(dǎo)勘探和采礦工作，這也是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦山勘探和采礦應(yīng)用中的價值的體現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以為礦山勘探和開采過程提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)指導(dǎo)。該數(shù)據(jù)指南嵌入在很多方面，并在整個礦山勘探和采礦過程中實施。因為礦山勘探和開采中的數(shù)據(jù)不是靜態(tài)的，而是隨著時間的變化而動態(tài)變化的，例如天氣，水流量和其他變化因素，并且隨著勘探和開采過程中變動。采礦中，一些新的地質(zhì)數(shù)據(jù)會不斷更新。在這類數(shù)據(jù)的動態(tài)變化中，如果按照既定的勘探和開采計劃進行勘探和開采工作，無疑是跟不上節(jié)奏，引入岔路。因此，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來優(yōu)化整個勘探和采礦過程尤為重要。同樣，在此優(yōu)化過程中，動態(tài)數(shù)據(jù)模型可以發(fā)揮非常重要的作用。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)最優(yōu)化和指導(dǎo)礦物勘探與開采過程最重要的是如何充分利用現(xiàn)有的礦山數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源是在礦物勘探和開采過程中獲得的，并且正在逐步跟隨變化因素通過計算機采集并不斷更新實時狀態(tài)，該數(shù)據(jù)庫也來自其他相關(guān)礦山的數(shù)據(jù)庫。使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來管理和分析這些數(shù)據(jù)庫并制定最佳目標計劃，對于確保順利進行礦山勘探和開采具有重要作用。

4 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用前景展望

作為一種全新的數(shù)據(jù)管理和分析技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金融，審計和其他高度依賴數(shù)據(jù)的行業(yè)，但它仍然是礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域的新興者。礦山勘探與開發(fā)是傳統(tǒng)的資源領(lǐng)域，缺乏對數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的重視是阻礙數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在勘探與開發(fā)中應(yīng)用的最重要因素。從一些調(diào)查數(shù)據(jù)中我們還可以知道，在當(dāng)前的中國采礦和礦物勘探領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用鳳毛麟角。主要原因是人們沒有認識到數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦物勘探和采礦領(lǐng)域帶來的應(yīng)用價值，沒有足夠的關(guān)注。為了提高礦物勘探和采礦中的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，采礦和礦物勘探公司必須自覺地增加對新技術(shù)的了解和關(guān)注。這項新技術(shù)絕不僅僅指機械設(shè)備中的新技術(shù)，作為一種高效的數(shù)據(jù)管理和分析新技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以在采礦勘探和采礦數(shù)據(jù)管理中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，并且對于確保對勘探的順利進行至關(guān)重要。礦業(yè)勘探和開采公司應(yīng)建立獨立的數(shù)據(jù)管理部門，促進數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，并與相應(yīng)的由專職人員組成的部門一起確保數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的實施，制定數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)導(dǎo)向計劃。決策者還必須仔細采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提供的數(shù)據(jù)建議，以做出正確的決策。

5 結(jié)論

在現(xiàn)代勘探和采礦中，多種學(xué)科和技術(shù)的應(yīng)用被集成在一起，不僅是設(shè)備中的新技術(shù)，還包括數(shù)據(jù)挖掘等其他方面的新技術(shù)。礦山勘探和開采是另一個將進行大量數(shù)據(jù)分析工作的領(lǐng)域。這些數(shù)據(jù)管理和分析工作將極大地影響礦山勘探和采礦工程的運營。另一方面，在我國采礦資源日益緊張的情況下，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用對于確保高效合理的開采和保護采礦資源也具有重要意義。盡管中國當(dāng)前的采礦勘探和采礦領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)挖掘技術(shù)還沒有給予足夠的重視，但在不久的將來，這種現(xiàn)象肯定會得到改善，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也將在勘探和采礦中得到更廣泛的應(yīng)用。