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摘要:通過分析巖石力學(xué)數(shù)值模擬方法在采礦工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，從技術(shù)層面、經(jīng)濟價值層面以及教學(xué)實踐，即人才培養(yǎng)層面三個層面對巖石力學(xué)數(shù)值模擬方法的具體選擇與應(yīng)用進行細致的討論。由于采礦工程在造價和穩(wěn)定性程度等方面區(qū)別于其他工程，因此選擇一個對的方法是極其重要的，這種方法要求達到巖石力學(xué)中數(shù)值計算的精準(zhǔn)度下限，同時又因為數(shù)值模擬方法本身存在著誤差，因此選擇一個在上限與下限之間的方法是我們的目標(biāo)。數(shù)值模擬的精準(zhǔn)度與技術(shù)投入、經(jīng)濟投入和人才投入都有一定的關(guān)系，因此我們從這三方面來具體探討巖石力學(xué)方法的選擇與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:巖石力學(xué);數(shù)值模擬方法;采礦工程

由于技術(shù)的進步，數(shù)值模擬方法得到廣泛運用，成為采礦工程得以進行的必要工具和手段，巖石力學(xué)模擬數(shù)值方法就是采礦應(yīng)用中非常重要的一種方法。本文從巖石力學(xué)模擬方法在采礦工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀入手，結(jié)合采礦工程的特點，從技術(shù)、經(jīng)濟價值與教學(xué)實踐中的人才培養(yǎng)具體探討巖石力學(xué)模擬數(shù)值的優(yōu)缺點，為采礦工程中對方發(fā)的選取提供相關(guān)的參考。

1數(shù)值模擬方法在采礦工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)值模擬方法不僅能夠分析施工過程中各種因素對工程穩(wěn)定性的影響，還能夠通過具體數(shù)值的帶入模擬出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和力學(xué)原理。常用的數(shù)值模擬方法有剛體元法、離散元法、流行元法、無界元法、邊界元法和有限元法等等很多方法，通過這些數(shù)值模擬方法的分析來指導(dǎo)具體的工程進展已經(jīng)是必不可少的了［1］?，F(xiàn)階段巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用主要包括四個方面:煤層底板突水、地應(yīng)力問題、巷道和建筑物維護以及巖層的控制與移動［2］。

2采礦工程的特點

采礦工程是不斷尋找新的平衡點的工程，主要操作原理就是打破原有的平衡，建立新的平衡。不同于建筑橋梁的設(shè)計要求長期穩(wěn)定，采礦只追求短期穩(wěn)定，工程在采礦完畢之后可以破壞，而且不同于一般工程追求社會效益，采礦工程主要是追求價值，是在安全性的基礎(chǔ)上追求企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化，這些特點要求采礦工程一定要在安全性的基礎(chǔ)上降低成本。

3數(shù)值模擬方法的簡單介紹

采礦工程中運用數(shù)值模擬方法主要解決的是巖層的短期穩(wěn)定性評估、采礦方法的選擇與優(yōu)化以及地質(zhì)災(zāi)害的防范和治理等問題，數(shù)值模擬的收稿日期:2017－04－25作者簡介:孫若飛(1994－)，男，山東煙臺市人，西安科技大學(xué)本科在讀。具體應(yīng)用步驟一般是先進行礦山地質(zhì)調(diào)查，同時進行物理力學(xué)試驗，通過運用現(xiàn)場檢測到的數(shù)據(jù)，確定巖體力學(xué)參數(shù)，建立具體模型，進行數(shù)值模擬，確定結(jié)果，得出結(jié)論［3］。

4采用巖石力學(xué)數(shù)值模擬分析的原因分析

巖石力學(xué)數(shù)值模擬是較為復(fù)雜的整套分析，礦山企業(yè)通常是通過與高?；蛘呖蒲袡C構(gòu)來合作而實現(xiàn)該項技術(shù)的應(yīng)用。礦山企業(yè)的本質(zhì)目標(biāo)是盈利，因此，開采就要在保證安全的基礎(chǔ)上，做到成本最小化，利益最大化?，F(xiàn)在盡管數(shù)值模擬技術(shù)得到應(yīng)用，但是一般的企業(yè)會考慮成本問題，只有在經(jīng)驗不足或者情況十分復(fù)雜的時候才會采用數(shù)值模擬方法。

5技術(shù)分析

數(shù)值模擬盡管相比經(jīng)驗判斷有很大優(yōu)勢，但是仍然存在較大局限:①數(shù)值模擬方法是根據(jù)具體數(shù)據(jù)來建立模型計算，盡管在模型中會引入誤差值來提高模型的準(zhǔn)確度，但是巖石力學(xué)的實際情況要復(fù)雜得多，自然災(zāi)害，人為因素等很多不可控的因素并不能完全考慮到，因此數(shù)值模擬存在誤差;②即便是在模型完全準(zhǔn)確的情況下，有可能出現(xiàn)參數(shù)的引入偏差問題，通常來說，模型越復(fù)雜，需要引入的參數(shù)越多就越容易出現(xiàn)偏差;③盡管采用精準(zhǔn)度較高的數(shù)值模擬分析，但是其中數(shù)值以及模型運算仍然需要認為的操作與經(jīng)驗判斷，因此不可能呈現(xiàn)完美的結(jié)果，一定會存在偏差正是由于這些問題的存在，模擬數(shù)值方法的精準(zhǔn)度存在著一個上限，但是實際工程中我們對精準(zhǔn)度又有要求，有一個下限，即保證工程安全和相對精確，這樣的要求下，選擇的方法在上限與下限之間即是好的方法。

6成本分析

是否采用數(shù)值模擬分析方法主要基于以下兩層考慮:一是需要考慮機會成本，機會成本就是指在選擇一種決策時放棄的另外一種機會所帶來的最大效益。通常來說，在企業(yè)面臨巖石力學(xué)問題時，會有兩種解決方案，一種是憑借開采工程隊伍中或者企業(yè)中有能力的人靠著以往開采經(jīng)驗來判斷以解決問題，另一種是通過技術(shù)外包的方式，企業(yè)支付一定費用，將巖石力學(xué)問題交由高校實驗室或者科研機構(gòu)來解決。雖然第二種方案會得到更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，但是企業(yè)基于成本考慮，通常會選擇第一種方案，只有在選用數(shù)值模擬方法時利潤遠高于憑借經(jīng)驗判斷時，企業(yè)才會選用第二種方案。另一層是風(fēng)險控制問題，一般而言，礦石開采工程中都會涉及安全問題，在工人憑借經(jīng)驗進行判斷時，通常風(fēng)險會特別高，一旦出現(xiàn)人員傷亡或者其他安全事故，一方面會影響工程的進展，另一方面會對企業(yè)信譽造成一定影響。這就使企業(yè)在工程進行中不得不將安全放在第一位，這也是選擇數(shù)值模擬方法的重要原因。

7教學(xué)實踐分析

7．1巖石力學(xué)模擬方法對教學(xué)質(zhì)量的提高有重要作用

在采礦工程中，力學(xué)問題是不可避免的，在采礦工程教學(xué)中，力學(xué)也是教學(xué)的一個重點，盡管很多學(xué)校將力學(xué)設(shè)置為基礎(chǔ)課程，但是力學(xué)教學(xué)和采礦教學(xué)是分割開來的，這樣會導(dǎo)致學(xué)生對對采礦工程中力學(xué)的重要性意識不到位，巖石力學(xué)數(shù)值模擬方法可以很好地改善這種情況，讓學(xué)生認識到力學(xué)的作用，將理論與實踐相結(jié)合，可以在以后工作中更好的發(fā)揮理論的作用。

7．2巖石力學(xué)模擬數(shù)值方法是采礦人員所必須掌握的技能

巖石力學(xué)數(shù)值模擬的成本之所以高是包含了知識技術(shù)，這其中最主要的影響因素就是人才的因素，要想提高工程的準(zhǔn)確度又降低成本，加強技術(shù)人員的素質(zhì)的主要因素，這一方法的培養(yǎng)也是采礦人才的必修課程。縱觀教育歷史，高等院校在培育人才方面一直起引領(lǐng)作用，與采礦工程有關(guān)的院校一面可以完成相關(guān)的研究任務(wù)，一面可以加強人才培養(yǎng)，這樣的教育方式讓人才的培養(yǎng)更專業(yè)全面，也讓巖石力學(xué)數(shù)值模擬方法得到更廣泛的運用。

8結(jié)論

采礦工程與其他工程有著明顯的不同之處，要在保證安全的前提下實現(xiàn)利潤的最大化，這是選擇巖石力學(xué)模擬數(shù)值法的前提條件，模擬數(shù)值方法盡管在技術(shù)上存在一定的局限性，但是相比依靠人為經(jīng)驗判斷能很好地提高準(zhǔn)確性。由于企業(yè)需要控制成本，而模擬數(shù)值方法的主要成本來源于人力，因此高校在教學(xué)中改善傳統(tǒng)教育方式，加強巖石力學(xué)模擬數(shù)值方法的實踐教學(xué)，向企業(yè)輸送高素質(zhì)人才是重點，這也是未來企業(yè)進一步發(fā)展的關(guān)鍵。

參考文獻:

［1］劉溪鴿，等．巖石力學(xué)數(shù)值模擬方法用于采礦工程的技術(shù)經(jīng)濟探討與教學(xué)實踐［J］．中國礦業(yè)，2016，(1):155－160．

［2］牛貫非，等．基于數(shù)值模擬的儲層巖石力學(xué)參數(shù)預(yù)測模型分析及應(yīng)用［J］．油氣地質(zhì)與采收率，2017，(1):1－7．

［3］曾亞武，等．巖石礦物細胞元模型的精細模擬試驗驗證［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2014，(12):217－221，259．

作者:孫若飛 單位:西安科技大學(xué)能源學(xué)院