摘 要：采矿工程是一项危险系数高，工作难度大，岩土问题突出的工程。开采工作包含了很多的不确定因素，笔者认为我们要从根本上了解采矿工程的特性，各种数值模拟软件的特点，才能进行采矿技术的深度研究。
关键词：采矿工程；数值模拟方法；有效应用；技术研究
近年来，随着信息社会的不断发展，计算机技术应用领域越来越广泛。数值计算方法在采矿工程和岩土工程问题分析中得到了广泛应用。其中，最常用到的的数值计算方法有：有限差分法、有限元发、便捷元法、加权余量发、离散元法和流形元法等。数值模拟方法促进了采矿工业的发展，提高了采矿率。数值模拟法的优点是可以模拟岩土复杂的力学与结构特征，解决了以往探测相关数据时需要耗费大量的人力、物力和财力的困难，并且数值模拟方法测量数据准确度较高，还可以进行矿山岩体稳定性的预测与预报工作。
一、采矿工程的特点
采矿工程中岩土工程问题非常突出。在采矿工程进行过程中，工作面上的覆岩层受到破坏与损伤，是不可避免的。采矿工程工作的指导思想是材料和结构破坏后的力学行为。其在开采过程中，主要考虑的问题有采场围岩控制问题和巷道围岩控制问题。采场围岩控制是指岩体结构受到了什么样的破坏，遭受破坏后其能否继续趋于稳定，若发生失稳，则考虑其失稳后的岩层结构、形态变化。巷道围岩控制是指开采矿后，覆岩在外力的作用下，发生移动、变形和损坏等现象，导致围岩应力场的变化规律。该考察内容包括开采工作对工作面周围巷道围岩稳定性的影响。
二、数值模拟方法软件与作用
2.1 数值模拟方法的分析软件
目前，世界上存在着多种数值方法的分析软件，例如国际著名的ADINA、ANSYS、MSC等。这些在全世界都有名气的数值方法分析软件功能齐全，但其并不是专门为采矿工程而研发的。这些软件在分析详细岩土及采矿工程问题时，常常比较困难。于是软件开发商开发了岩土和采矿工程专用数值分析软件，例如FIAC、UDEC、RFPA等。FLAC软件是一种二维的显式有限差分程序，主要被用来模拟土层、岩层或其他材料的力学行为，其优点是可以跟踪渐进的岩层破坏与坍塌。UDEC软件也是二维数值程序，但与FLAC不同的是，其原理是利用离散单元法来模拟非连续系统。UDEC的特点是适用于研究与非连续特性直接相关的潜在破坏模式。与前两种数值分析软件不同的是，RFPA软件基于有限元应力分析和统计损伤理论的材料破裂过程分析数值计算方法。该软件的突出之处是进行相关数据分析时，考虑了材料性质的非匀性。
2.2 数值模拟方法在采矿工程中的作用
随着我国工程设计、科研、工作人员人身安全等要求的不断提高及计算机信息技术覆盖范围的不断扩大，数值模拟方法在各地采矿工程中已经非常常见，俨然已成为解决复杂工程项目、分析复杂地形问题的常规手段，其作用表现在以下几点：在一定程度上，增加了采矿工程和产品的可靠性；可在工程和产品的设计阶段发展潜在风险；可进行缜密计算，选用最优化设计方案，进而降低了采矿工程的工程造价；加快了产品开发的速度；可进行模拟物理试验方案，
三、数值模拟方法在采矿工程中的有效应用
综合考虑采矿工程的特点与数值模拟方法的发展历程，采矿工程专用数值模拟软件必须考虑到采矿工程的特点及其开采过程中会遇到的问题，数值模拟方法反映了采矿工程的专业色彩。因开采矿过程中引发的覆岩移动是具有其特殊的规律的，所以我们在充分考虑采矿工程特点的基础上，充分研究采矿工程数值力学分析法的各方面，研究内容包括数值计算法、模型合理范围等。
3.1 新型开采工艺研究
随着经济社会的不断发展，人们的环境保护意识和可持续发展理念也在不断增强。政府提出了煤矿绿色开采技术，其“绿色”内容包括水资源保护；林业资源保护；土地与建筑物保护开采技术，提倡离层注浆技术等；煤层巷道支护与减少矸石排放技术等等。煤矿“绿色”开发技术属于我国前沿性的研究课题。如果缺乏试验设备及没有或不能进行全面的现场监测，那么我们只能运用数值模拟方法首先进行理论性研究，研究可行性高的新型开采技术。数值模拟分析软件可帮助我们分析填充材料的特性，促进了新型开采工艺研究的进展。
3.2 热力学分析研究
煤炭地下气化、围岩的活动规律及岩层控制问题需要我们运用数值力学分析方法进行热力学分析。
3.3 减轻各类动力灾害研究
地震会给各类岩土工程带来极大的破坏，煤矿井井下作业时常发生瓦斯爆炸和瓦斯突出冲击地压。我们可以运用数值模拟方法研究上述动力现象对岩体稳定性的影响程度，及如何消除或减轻此类动力活动带来的危害。
3.4 巷道围岩控制技术研究
随着开采深度的不断增加，我们面临一个严峻的问题—高应力软岩巷道支护问题。一般情况下，巷道围岩受到剧烈影响后，会发生极不均匀的移动与变形现象。此时我们可以运用数值模拟软件来研究围岩变形与移动特征，在此基础上采用正确的措施来制止围岩的变形移动。
3.5 研究岩体蠕变特性对工程岩体的影响
岩体蠕变特性指是随着时间变化岩体强度也发生变化。尤其软岩的岩体蠕变性问题最为突出。软岩在我国分布较为广泛，多数矿区、地铁隧道、水利工程等都存在岩体蠕变的问题。运用数值模拟法研究岩体蠕变特性问题成为刻不容缓的课题。
四、总结
采矿工程的岩土工程问题较为突出，主要表现在采矿领域范围内的绝大多数围岩稳定性问题都是由强烈的开采运动引发的。开采活动导致围岩移动、重新分布，甚至发生破裂等问题，最终导致开采工程研究问题的复杂化、多样化。采矿工程中蕴含多太多的不确定因素，我们只有充分了解采矿工程的特点，才能更好的利用数值模拟软件，进行相关技术研究。
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