數值模擬在采礦工程中的應用

■張小祥

（蘭州資源環境職業技術學院 甘肅蘭州730030）

數值模擬在采礦工程中的應用

■張小祥

（蘭州資源環境職業技術學院 甘肅蘭州730030）

現階段電子信息技術的發展勢頭良好，在各個行業都得到了廣泛的利用。采礦工程為了適應時代的發展潮流，也引進了數值模擬的先計算方法，使得采礦工程行業的里程碑式革新。一般經常使用的數值計算方法有剛體元法、差分法、無界元法等等，數值模擬能夠從整體上把握巖體力學和巖石結構，進而為采礦工程提供便利的數據支持，本文通過簡要介紹采礦工程現階段出現的問題，并針對這些問題提出了對應的解決辦法。

數值模擬采礦工程應用

數值模擬技術和采礦工程相掛鉤能夠客觀展示出各種施工技術對采礦工程的整體影響，包括圍巖的穩定性等等，這樣就可以從宏觀上預測巖體的穩定性，對巖體的物理化學性質有更充分的掌握，還有對于地應力場的了解都可以從不同方面對采礦工程的施工過程給予數據支持。因此，近些年來的數據模擬技術在信息技術的支持下已經獲得了很好的發展，越來越成為采礦工程的主要技術手段。

1　現階段采礦工程中主要存在的問題

1.1巷道圍巖控制問題

巷道圍巖控制就是在進行完采礦工作之后巖體不可避免地產生位置的移動、巖石的變形還有整個巖體的破壞等現象，這會使得圍巖的應力場產生變化，進而影響到施工場地周圍的巖體穩定性，造成生態上的損失及破壞。因此采礦工作進行的時候，要考慮到距離較近的施工項目所造成的影響，還有支撐壓力對整個巖體結構的作用力大小，要采取合理的巷道布置方案，依據施工的實際情況比如圍巖的移動方向及活動的程度等等選擇科學適當的支護方案。進行到礦體的采集工作時，要時刻注意采礦場周圍的受力情況，保證礦體在采出的過程中采動應力相對集中的狀態，不僅包括采礦場左右和前后的圍巖，還有最重要的垂直方向的壓力保證集中狀態。數值模擬方法的采用在很大程度上促進了礦產巖體穩定性預報工作準確性的提高，除此之外，還能夠展示出圍巖在各種不同的受力環境下可能出現的受力情況和內部結構、減少采礦現場用于實時監測的設備儀器和人力資源的投入等等。

1.2采場圍巖控制問題

采場圍巖控制就是關注巖體被破壞的過程，在受到破壞之后能否延續之前穩定的物質狀態，以及在不能保證其自身穩定性之后內部結構產生的一系列變化。例如采礦場的頂部巖體本來是很堅硬的，但是隨著采礦工作的不斷推進，作業對象不斷擴大，更多的成塊狀的巖體被破碎成了塊狀巖石，這些塊狀巖石經過自由排列和組合再一次受到覆巖的重力影響，在運動變化中失去自身的穩定性，最終引起地面沉降。采動應力場簡單來說就是指采礦場在進行完采礦活動之后圍巖之中再次進行分配的應力場，這是造成巖體移動變化和破碎的最大影響因素?，F階段由于技術的限制礦體開采之前的巖體應力場以及采動應力場都是很難進行準確測量的，相關的理論基礎并沒有成熟和完善起來，這是現在影響采礦工程的一個重要因素。

2　數值模擬方法在采礦工程中的應用

2.1新型開采工藝研究

現階段社會生產力不斷提高，社會經濟水平也在飛速發展著，人們在考慮追求經濟效益的同時對環境保護的關注不斷提升起來，各個國家也逐漸將低碳環保、發展的可持續列入國家發展戰略之中，政府為了支持國家政策，紛紛提出了采礦工作綠色化的理念，倡導各個采礦公司采用綠色環保的采礦技術，主要的政策分為如下幾個方面：要求采礦公司在開采礦物的過程中提高水資源的利用率，減少對水資源的污染；還有注意盡量減少對采礦場附近的生態環境的維護；要學習并使用先進的灌漿技術，最大限度的保護土地資源；提高礦體支護工作水平，減少巖體破碎等現象的發生等等。采礦工程的綠色化開發項目是屬于我國的先進行科研項目，因此有實驗儀器等設備缺失問題及難以進行全方位監測等問題的出現，在這個時候數值模擬就可以發揮重大的作用了，這對于革新并開發新型采礦技術有著強大的技術支持作用，還能夠幫助研發新型支護材料等等。

2.2熱力學分析研究

現階段全世界都在進行清潔能源的開發與研究工作。煤炭作為污染較為嚴重的一種能源，急需進行技術革新，達到廢棄物的零排放。數值模擬方法可以很好的完成這項工作，從巖體的特征及其活動規律，到煤炭的氣化都可以以熱力學方式進行詳細的探究，想要進行煤炭清潔化的進一步探究，就必須要做好首先要做好巖體及煤炭是如何在地下進行氣化的調查和研究工作，數值模擬在這方面也可以提供一部分的技術支持。

2.3減輕各類能量沖擊造成的損害研究

地震及其帶來的地震波通常有著比較大的破壞性，會給包括采礦工程在內的巖土類工程帶來近乎毀滅性的打擊，在地下工作極易發生的瓦斯爆炸常常會使采礦人員的生命受到威脅。數值模擬技術就能夠最大限度的避免此類情況的發生，通過數值模擬可以詳細研究并模擬出突發情況產生的動力活動是否達到破碎巖體的級別，還有采取什么樣的措施才可以盡量減少甚至避免能量沖擊造成的不良影響，這樣可以提高采礦工程的安全系數，減少人員和財產以及設備的損失，達收益的最大化。

2.4巷道圍巖控制技術研究

隨著采礦工程開發礦產的時間越來越長，地下的礦產數量也逐漸減少，相應的開采難度也在不斷增加，所需要開采的深度也是越來越大，這樣就出現了一個很復雜的問題：如何進行軟性巖石的支護工作才能保證采礦行業的繼續發展。通常圍巖在經歷了巨大的能量沖擊之后會產生巖體不規則移動及大幅度變形的情況，這會給采礦工作帶來很多不可預知的施工影響，這個時候數值模擬技術就可以通過進行圍巖巖體移動的方向、趨勢及變形程度等數據的采集，來對未來的圍巖活動進行預判，從而可以采取有效措施來阻止圍巖進一步變形和移動，從而降低采礦難度，增加采礦效率。

3　結語

綜上所述，采礦工程產生的問題主要集中在各種外界因素導致圍巖的穩定性受到破壞上，進而給開采工作帶來不利的影響。引起圍巖應力變動的外界影響因素很多，因此想要避免幾乎是不可能的，但是數值模擬技術的使用使得采礦工程問題的研究手段更加先進，使得對于外界因素的全面探究成為可能，因此，要在了解采礦工程特征的基礎上充分利用數值模擬提供的技術便利，才可以促進采礦行業的進一步發展，在未來的信息道路上越走越遠。

[1]謝文兵采礦工程問題數值模擬研究與分析［J］中國礦業大學出版社，2015（08）.

[2]徐劍坤 增強現實技術在采礦工程實驗教學中的應用 [J]實驗室研究與探索，2013 （02）.

[3] 史貴棟現代化采礦工藝技術在采礦工程中的應用[J] 科技展望，2015 （02）

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-210-1