数值模拟在采矿工程中的应用

■张小祥

（兰州资源环境职业技术学院 甘肃兰州730030）

数值模拟在采矿工程中的应用

■张小祥

（兰州资源环境职业技术学院 甘肃兰州730030）

现阶段电子信息技术的发展势头良好，在各个行业都得到了广泛的利用。采矿工程为了适应时代的发展潮流，也引进了数值模拟的先计算方法，使得采矿工程行业的里程碑式革新。一般经常使用的数值计算方法有刚体元法、差分法、无界元法等等，数值模拟能够从整体上把握岩体力学和岩石结构，进而为采矿工程提供便利的数据支持，本文通过简要介绍采矿工程现阶段出现的问题，并针对这些问题提出了对应的解决办法。

数值模拟采矿工程应用

数值模拟技术和采矿工程相挂钩能够客观展示出各种施工技术对采矿工程的整体影响，包括围岩的稳定性等等，这样就可以从宏观上预测岩体的稳定性，对岩体的物理化学性质有更充分的掌握，还有对于地应力场的了解都可以从不同方面对采矿工程的施工过程给予数据支持。因此，近些年来的数据模拟技术在信息技术的支持下已经获得了很好的发展，越来越成为采矿工程的主要技术手段。

1　现阶段采矿工程中主要存在的问题

1.1巷道围岩控制问题

巷道围岩控制就是在进行完采矿工作之后岩体不可避免地产生位置的移动、岩石的变形还有整个岩体的破坏等现象，这会使得围岩的应力场产生变化，进而影响到施工场地周围的岩体稳定性，造成生态上的损失及破坏。因此采矿工作进行的时候，要考虑到距离较近的施工项目所造成的影响，还有支撑压力对整个岩体结构的作用力大小，要采取合理的巷道布置方案，依据施工的实际情况比如围岩的移动方向及活动的程度等等选择科学适当的支护方案。进行到矿体的采集工作时，要时刻注意采矿场周围的受力情况，保证矿体在采出的过程中采动应力相对集中的状态，不仅包括采矿场左右和前后的围岩，还有最重要的垂直方向的压力保证集中状态。数值模拟方法的采用在很大程度上促进了矿产岩体稳定性预报工作准确性的提高，除此之外，还能够展示出围岩在各种不同的受力环境下可能出现的受力情况和内部结构、减少采矿现场用于实时监测的设备仪器和人力资源的投入等等。

1.2采场围岩控制问题

采场围岩控制就是关注岩体被破坏的过程，在受到破坏之后能否延续之前稳定的物质状态，以及在不能保证其自身稳定性之后内部结构产生的一系列变化。例如采矿场的顶部岩体本来是很坚硬的，但是随着采矿工作的不断推进，作业对象不断扩大，更多的成块状的岩体被破碎成了块状岩石，这些块状岩石经过自由排列和组合再一次受到覆岩的重力影响，在运动变化中失去自身的稳定性，最终引起地面沉降。采动应力场简单来说就是指采矿场在进行完采矿活动之后围岩之中再次进行分配的应力场，这是造成岩体移动变化和破碎的最大影响因素。现阶段由于技术的限制矿体开采之前的岩体应力场以及采动应力场都是很难进行准确测量的，相关的理论基础并没有成熟和完善起来，这是现在影响采矿工程的一个重要因素。

2　数值模拟方法在采矿工程中的应用

2.1新型开采工艺研究

现阶段社会生产力不断提高，社会经济水平也在飞速发展着，人们在考虑追求经济效益的同时对环境保护的关注不断提升起来，各个国家也逐渐将低碳环保、发展的可持续列入国家发展战略之中，政府为了支持国家政策，纷纷提出了采矿工作绿色化的理念，倡导各个采矿公司采用绿色环保的采矿技术，主要的政策分为如下几个方面：要求采矿公司在开采矿物的过程中提高水资源的利用率，减少对水资源的污染；还有注意尽量减少对采矿场附近的生态环境的维护；要学习并使用先进的灌浆技术，最大限度的保护土地资源；提高矿体支护工作水平，减少岩体破碎等现象的发生等等。采矿工程的绿色化开发项目是属于我国的先进行科研项目，因此有实验仪器等设备缺失问题及难以进行全方位监测等问题的出现，在这个时候数值模拟就可以发挥重大的作用了，这对于革新并开发新型采矿技术有着强大的技术支持作用，还能够帮助研发新型支护材料等等。

2.2热力学分析研究

现阶段全世界都在进行清洁能源的开发与研究工作。煤炭作为污染较为严重的一种能源，急需进行技术革新，达到废弃物的零排放。数值模拟方法可以很好的完成这项工作，从岩体的特征及其活动规律，到煤炭的气化都可以以热力学方式进行详细的探究，想要进行煤炭清洁化的进一步探究，就必须要做好首先要做好岩体及煤炭是如何在地下进行气化的调查和研究工作，数值模拟在这方面也可以提供一部分的技术支持。

2.3减轻各类能量冲击造成的损害研究

地震及其带来的地震波通常有着比较大的破坏性，会给包括采矿工程在内的岩土类工程带来近乎毁灭性的打击，在地下工作极易发生的瓦斯爆炸常常会使采矿人员的生命受到威胁。数值模拟技术就能够最大限度的避免此类情况的发生，通过数值模拟可以详细研究并模拟出突发情况产生的动力活动是否达到破碎岩体的级别，还有采取什么样的措施才可以尽量减少甚至避免能量冲击造成的不良影响，这样可以提高采矿工程的安全系数，减少人员和财产以及设备的损失，达收益的最大化。

2.4巷道围岩控制技术研究

随着采矿工程开发矿产的时间越来越长，地下的矿产数量也逐渐减少，相应的开采难度也在不断增加，所需要开采的深度也是越来越大，这样就出现了一个很复杂的问题：如何进行软性岩石的支护工作才能保证采矿行业的继续发展。通常围岩在经历了巨大的能量冲击之后会产生岩体不规则移动及大幅度变形的情况，这会给采矿工作带来很多不可预知的施工影响，这个时候数值模拟技术就可以通过进行围岩岩体移动的方向、趋势及变形程度等数据的采集，来对未来的围岩活动进行预判，从而可以采取有效措施来阻止围岩进一步变形和移动，从而降低采矿难度，增加采矿效率。

3　结语

综上所述，采矿工程产生的问题主要集中在各种外界因素导致围岩的稳定性受到破坏上，进而给开采工作带来不利的影响。引起围岩应力变动的外界影响因素很多，因此想要避免几乎是不可能的，但是数值模拟技术的使用使得采矿工程问题的研究手段更加先进，使得对于外界因素的全面探究成为可能，因此，要在了解采矿工程特征的基础上充分利用数值模拟提供的技术便利，才可以促进采矿行业的进一步发展，在未来的信息道路上越走越远。

[1]谢文兵采矿工程问题数值模拟研究与分析［J］中国矿业大学出版社，2015（08）.

[2]徐剑坤 增强现实技术在采矿工程实验教学中的应用 [J]实验室研究与探索，2013 （02）.

[3] 史贵栋现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用[J] 科技展望，2015 （02）

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-2-210-1