从国内外众多的文献资料来看, 专家系统在矿山安全方面的应用正在引起矿业界的高度重视, 许多人开始从事这方面的研究工作。在已开发出的一些矿山安全专家系统中, 有的已取得了很好的实用效果, 展示出其广阔的应用前景。但由于专家系统这一学科的历史还不长以及矿山安全的复杂性, 致使专家系统只涉及到矿山通风、瓦斯爆炸等方面的应用研究。同时, 象推理、解释功能、人机界面、接口、知识获取等功能还存在一些问题, 从而限制了专家系统在矿山安全方面的推广应用和进一步发展。因此, 还需进一步的研究、扩充和完善。

下面分别从国内和国外两方面有重点和代表性地介绍。

1 国内情况 1.1 煤矿

专家系统在国内煤矿安全方面的研究和应用较多, 这是因为煤矿的事故如瓦斯爆炸、火灾等造成的危害较大所致, 其研究主要集中在瓦斯爆炸、火灾、通风等方面。

1.1.1

中国煤炭科学院抚顺分院用两年的时间研制开发了矿井瓦斯防治专家系统, 简称WSZJ系统。

WSZJ系统主要由知识库、数据库、推理机、知识获取、解释等模块构成。

WSZJ系统的知识来源：研制者的专业知识；有关文献。

WSZJ系统的主要功能：自动査询我国煤矿抽放瓦斯现状、抽放技术和各矿务局抽放经验；具有强大的图形制作功能；能够作为矿井环境实时监测系统数据处理的接口软件。

WSZJ系统的应用情况:从沈阳局、郑州局、阳泉五矿等局矿的应用情况来看，效果良好，并取得了显著的经济效益和社会效益。

WSZJ系统的不足：系统作为真正的专家系统目前还不够完善，如还没有精确的推理能力，无法理解自然语言，知识库的储存量小等。

1.1.2

中国矿业大学正致力于对矿产资源、井下设备和人员都会造成极大损失和威胁的矿井火灾救灾专家系统的开发和应用研究，如大型、高质量、动态数据库的建立与维护；系统设计中采用新的巷道分类方法等研究工作^[2]。

1.1.3

福州大学和龙岩矿务局合作开发了安全专家决策系统^[3], 系统由BASIC实现, 兼容性和通用性强, 使用方便, 主要功能有:

a.进行事故分析、事故预测和事故防治决策;

b.编制安全检查表;

c.生物节律测试;

d.安全指标的确定。

1.2 非煤矿山 1.2.1 矿山伤亡事故原因分析

矿山伤亡事故原因分析专家系统^[4]由东北大学开发研制。实现语言是C语言, 运行环境是装有DOS操作系统的NEC-9801或IBMPC系列微机。

该系统针对矿山的竖井提升事故、井下外因火灾事故、采掘生产事故几大类伤亡事故等, 研究编制了相应的事故原因分析专家系统。

系统的知识库由结构化产生规则式表达的知识构成, 利用专门的系统建造工具把输入计算机的知识自动转化成C语言的推理程序, 其推理方式为数据驱动型。

事故原因分析以人机对话的方式进行, 系统对命题的真伪提问, 当命题是真时, 回答“t”(True); 当命题是伪时, 回答“f”(False); 在推理的各阶段分别表示该阶段推理出的事故原因; 当推理全部结束时, 集中表示推理的所有原因。

该系统具有解释、说明功能, 可以对事故原因分析的思维过程及推理的原因加以说明, 向用户传授专家知识。

用户还可以利用该系统, 把自己掌握的专业知识输入计算机, 建立自己的知识库, 进行其他方面(如石油、化工、机械等)事故的原因分析。

总结该系统的开发和应用经验, 系统研制者得出如下主要结论:

a.事故原因分析专家系统的开发研究表明, 应用专家系统分析事故原因是可行的, 应进一步研究、开发、应用和推广。

b.利用事件树、故障树做为知识获取时的外部表现, 既有助于知识系统化、科学化, 又便于把知识转化成专家系统要求的知识表现形式。

c.结构化产生规则式知识表达具有简单、直观、层次分明和知识追加修改容易等优点, 更适合于建立伤亡事故原因分析的知识库。

d.该系统的不足是不能进行不确定性推理, 有待进一步完善。

1.2.2 矿山安全咨询和预测

北京科技大学与金川有色金属公司合作, 正在研制一个大型、高质量、现代化的矿山安全咨询和预测专家系统。该系统是通过一个集成工具即环境来实现的。该环境是由北京科技大学与中国科学院数学研究所联合开发研制的。实现语言是C语言, 对运行环境的最低要求是装有DOS操作系统的长城或IBMPC系列286以上的微机。它的全称是矿山安全专家系统开发环境, 简称MSEST。

MSEST由3个推理机(常规推理机、演绎推理机、近似推理机)、2个知识获取工具(知识库管理系统、机器学习系统)、4套人机接口生成工具(窗口、图形、菜单、自然语言)等三大部分共9个子系统组成。它可以管理和操作六大类知识库, 包括规则库、框架库、数据库、过程库、实例库和接口库, 并有和DOS、D-BASEⅢ、AUTOCAD的接口。

常规推理机是MSEST的主推理机, 是基于框架、规则和过程的推理。

演绎推理机是数据库技术和人工智能技术结合的产物, 是基于数据库的推理。其知识表示是一阶谓词逻辑。

近似推理机是基于规则的推理机，它用于事实与规则不完全匹配条件下的推理。

知识库管理系统主要用于知识库的建立、修改、删除、存取、语法检査、打印等操作。

机器学习系统是一个用于自动获取知识的机器系统，它兼具交互式获取知识的功能。它的主要理论基础是基于实例的机器学习。

窗口系统是一个用于窗口设计的系统。它的主要功能包括窗口的创建、关闭、打开、前置、后置、移动、删除、改变大小、打印等18种功能。

图形系统是一个计算机辅助图形生成系统。他的主要功能包括画圆、矩形、直线、弧以及图形的放大、缩小、旋转等。系统还可以根据用户给定的数据生成相应的饼图、直方图、折线图等图形。

菜单系统是一个用于菜单设计的系统。系统专门设计和开发了一种简单、实用的菜单语言，用户用它可以方便地生成各种菜单。

自然语言系统是一个计算机辅助自然语言输入输出系统。它提供了对知识库中知识的类似人类自然语言的翻译和自然语言的输入。

以上各系统既可单独使用，也可相互调用。

MSEST提供有多推理方向(正向、反向、正反向混合)，多个确定性推理方法(可信度方法、主观Bayes方法、可能性理论、模糊匹配、授权模型、基于可信度方法、模糊匹配、授权模型三者的集成方法)，多搜索策略(深度优先、广度优先)等多种设置，以供用户开发专家系统时选用。

MSEST具有占用内存少、界面友好、操作方便、运行速度快等优点。

正在用MSEST开发的矿山安全生产咨询和预测专家系统包括以下7个子系统：

a.巷道掘进安全咨询和预测专家子系统；

b.巷道支护安全咨询和预测专家子系统；

c.采场生产安全咨询和预测专家子系统；

d.充填工艺安全咨询和预测专家子系统；

e.运输系统安全咨询和预测专家子系统；

f.提升系统安全咨询和预测专家子系统；

g.机电系统安全咨询和预测专家子系统。

系统的知识来源包括现场以及现场以外的各种技术标准、规范、报告、文献资料和调査等。

正在建立的大型、完备、高质量的知识库、数据库和图形库分别由与7个子系统相对应的7个子库组成，形成了一个子系统有3个子库(一个知识库、一个数据库、一个图形库)支持的良性结构，最大限度地保证了各子系统的全方位咨询和准确预测的实现。系统操作将全部是菜单指导下的操作。解释系统将提供多种多样的解释，包括Why、How、What类解释以及深层解释等。

2 国外情况 2.1 提升机

提升机是地下采矿作业的主要设备，不仅用来提升矿岩，也用来运送人员和材料；它是运输作业的中枢，为保证矿山安全生产的正常进行和上下人员的安全，需要定期检测和维护。

加拿大魁北克在提升技术方面的现状是：

a.各采矿公司需求大量技术支持；

b.专家大多集中在矿物研究中心，多数采矿公司没有该方面的专家；

c.提升系统依靠手工设计或采用灵活性很差的局部软件设计；

d.没有现成的提升机作业规程。

由于上述原因，魁北克采矿公司正在开发一种提高提升机安全性的专家系统^[6]。系统以VP-EXPERT作为开发工具，并连接D-BASEⅢ和LOTUS-123，用第四个软件包WINDOWS来控制，WINDOWS不仅管理整个系统，而且提供多任务环境。

从矿业专家和安全专家获得的作业规则和安全规程存放在VP-EXPERT中，复杂规则、数学公式等存放在LOTUS文件中，VP-EXPERT利用它来推理分析。

系统的用户接口是方便的、智能的；使用图形符号、窗口和有序菜单。

2.2 露天矿边坡 2.2.1 边坡稳定性评价

边坡稳定性专家系统是由诺丁汉大学采矿系开发研制^[5]。实现语言是TURBO PROLOG语言, 结构为模块式。知识库由实例与直观推断构成，这些实例与直观推断是诺丁汉大学采矿系10多年边坡稳定性研究的结果。

系统可对露天矿边坡的稳定性进行评价，其主要功能有：

a.解释：当要求用户提供一项特定数据时，它可用于询问推理机构为什么需要这项数据，它还可用于询问推理机构如何得出它的最终结论。

b.编辑：系统的编辑程序可用来对知识库中的准则、上下关系、或实例等资料进行修改、增删。

c.CAD接口：系统与计算机辅助矿山设计与规划系统联接，将大大加强该系统估计矿山边坡稳定性的能力。

2.2.2 边坡安全分析

系统的实现语言是TURBO PROLOG语言，其特点是高度结构化、知识库容易扩充。主要功能有：

a.识别现有滑坡类型；

b.识别潜在滑坡类型；

c.提供处理所识别潜在滑坡类型的可能措施。

此外，系统还试图利用一些研究者所发表的数据建立数据库，从而对安全系数计算所需的剪切强度等级提出建议。

2.3 通风防尘

在第四届国际矿井通风会议上，国外学者提出了有关煤矿沼气和粉尘控制的3种专家系统^[7]，它们是:连续采煤机粉尘控制系统、长壁工作面采煤机粉尘控制系统和沼气控制系统。上述系统可就问题的自然性质和范围提问，内容涉及使用何种控制技术，系统给出的建议不局限于一个问题而是根据操作者执行建议的能力提出各种方法。

国外还有人用PC工具或其他工具和语言开发出与矿井通风管理有关的其他专家系统，并得到了实际应用。

2.4 其他方面

如煤矿矿井安全检査专家系统、矿山安全教育专家系统等。这些系统有一些已得到了实际应用。

综上所述，可以得出这样的结论:专家系统在矿山安全方面的研究和应用具有广阔的前景，也是必要的和可行的，但要真正在矿山得到普遍的应用，还有一段距离，尚需进一步的艰苦努力、联合攻关和人工智能技术的进一步发展和完善。