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。