基于過程模擬的回采方案優(yōu)化技術(shù)及其在深井開采中的應用.pdf

1、隨著礦山機械化水平的提高，以及大規(guī)模、高強度集中生產(chǎn)采礦方法在地下金屬礦山的應用，傳統(tǒng)回采方案優(yōu)化設(shè)計模式的弊端日益凸現(xiàn)。本文研究解決了動態(tài)、主動、全局性回采方案優(yōu)化設(shè)計方法涉及的關(guān)鍵理論和技術(shù)問題，并以冬瓜山銅礦為例，結(jié)合“十五”國家科技攻關(guān)課題“復雜難采深部銅礦床安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)研究”展開應用研究，主要工作包含以下幾個方面： (1)提出了基于計算機過程模擬的現(xiàn)代金屬礦山回采方案優(yōu)化設(shè)計方法。此方法克服了傳統(tǒng)設(shè)計模式的不足

2、，一方面可實現(xiàn)方案的優(yōu)化，另一方面可對實施效果進行預見，確保提前制定工程措施，以規(guī)避實施階段的被動、浪費甚至嚴重事故的發(fā)生，增強超前性和主動性。 (2)分析了“資源與開采環(huán)境三維模型”同時集資源評價和有限元前處理模型功能于一體的內(nèi)涵。提出了基于輪廓線構(gòu)建表面模型的算法。研究和開發(fā)了以表面模型為約束、以線性八叉樹莫頓編碼、空間和平面協(xié)同分解、分區(qū)平衡以及B-Tree索引技術(shù)的“資源與開采環(huán)境三維平衡塊段模型”的建模算法和實用程序。

3、 (3)研究解決了二維各向同性、各向異性及三維各向異性條件下的代數(shù)多重網(wǎng)格求解算法。提出了在初始剛度矩陣基礎(chǔ)上利用圖論方法構(gòu)建最細層網(wǎng)格，借助純代數(shù)方法、通過矩陣分解和轉(zhuǎn)換技術(shù)，由最細層網(wǎng)格構(gòu)建各粗層網(wǎng)格的方法。幾個典型算例表明提出的算法是有效的，且隨著問題規(guī)模的增大，代數(shù)多重網(wǎng)格的運算效率具有明顯的優(yōu)勢，這種求解方法對于大規(guī)模回采過程的實時模擬是非常適宜的。 (4)以大規(guī)模階段空場嗣后充填采礦方法為主要研究對象，分析了

4、其回采過程的特征。在此基礎(chǔ)上，對并行多工序作業(yè)的回采過程動態(tài)模擬系統(tǒng)的功能模塊、體系結(jié)構(gòu)進行了研究，開發(fā)了相應的軟件系統(tǒng)。 (5)通過回采過程模擬，確立了穩(wěn)產(chǎn)條件下的最優(yōu)回采順序確定原則--將并行多工序作業(yè)問題簡化為2工序問題，以“爆破前”各工序累計作業(yè)時間長度為準則，從大到小對采場進行排序。結(jié)合冬瓜山銅礦實際，給出了只回采礦房和礦房/礦柱同時回采條件下的2種最優(yōu)方案。前者自達產(chǎn)之日起，一直處于穩(wěn)產(chǎn)階段，后者則僅在第一盤區(qū)礦房向

5、該盤區(qū)礦柱轉(zhuǎn)移時，有一定時期的產(chǎn)量起伏，對此提出了礦柱提前和強化作業(yè)的工程對策。 (6)根據(jù)2個優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析結(jié)果，提出了冬瓜山銅礦充填工藝和系統(tǒng)建設(shè)必須完成并投入使用的時期(開始井下采準起第394～第494天)，以及在礦房充填條件下，為確保深埋、高地應力條件下冬瓜山銅礦的安全生產(chǎn)，需要采取相關(guān)支護措施的工程部位。本文的研究成果為發(fā)展新的金屬礦回采方案優(yōu)化設(shè)計模式和方法具有非常重要的意義。冬瓜山銅礦已經(jīng)按照優(yōu)化設(shè)計的采