采矿工程论文水文治理

一、水害威胁状况

九里山矿自1982年至今发生1m3/min以上突水22次，最大一次突水，平均每次突水强度为，使矿井总涌水量达100m3/min，每年排水费用达1600万元以上，不仅严重影响采掘工程正常进行，造成矿井迟迟不能达产，而且对矿井安全构成极大的危险。

该矿现有三个生产采区，唯独一二采区水害威胁极为严重。该采区自投产至今回采3个工作面，个个都发生突水，而且突水越来越大，最大达，西部总水量达90m3/min。特别是12031工作面回采4次突水，总水量已达50m3/min，突水后并未引起其他突水点明显下降，而且突水点附近L8水位仍保持在+27m左右。这充分说明水害威胁是十分严重的，已经到了水害不治理，就无法生产的局面。

二、水害治理方案

1.检验救灾工程

12031工作面在1993年3月30日第四次突水后，矿井总涌水量达100m3/min，矿井安全受到极大威胁，为保住矿井东翼生产，解除对矿井安全的威胁，必须对12031突水点进行注浆堵水，减少涌水量。同时积极做好西翼防水设施关闭的准备工作，一旦矿井安全受到威胁时立即关闭西翼防水闸门（墙）。

12031工作面共发生4次突水，共8个突水点均为工作面底板裂隙出水，因此注浆堵水具有裂隙发育不均，命中率低，动水注桨，消耗量大及出水量大，相互转移注浆难度较大，分二期完成注浆堵水工作。第一期工程先封堵新突水点，第二期工程为防止新突水点封堵后水量转移，对前3次突水进行封堵。

第一期工程3个突水点，设计注浆钻孔10个，总进尺2540m，概算375万元，预计3～4个月完成，堵水效果达到85%以上。

第二期工程设计注浆钻孔17个，总进尺4250m，概算万元，预计6～8个月完成上述两项工程完成后，特别是第一期工程完成后可大大解除矿井安全隐患，确保矿井安全生产。

2.西冀恢复生产水害治理工程

根据矿井西冀补给水源既有浅部露头各含水层相互补给，又有深部垂直导水条件，拟采用浅部截流，深部充填办法。

（1）浅部治理工程：浅部来水从上述的水文地质条件，连通试验等资料中已经得到证实，冲积层水位在12～15 勘探线间L8露头附近，沿峪头带出现一个明显的降落漏斗（图4-14），冲积层水位高于L8水位10～20m。1984年7月矿井涌水量时，冲积层降落斗水位差8m；1990年4月矿井涌水量时，水位差14m；1993年4月矿井涌水量100m3/min时，水位差20m。

L8水位在露头附近出现明显的“谷形”，最大水位差10m，且与冲积层降落漏斗基本重叠，说明二者水力联系密切（图4-15）。

在L8露头附近，L2、奥灰和冲积层水是混为一体的，主要是通过第四系底砾岩和基岩风化带补给L8。奥灰水位在一二采区L8露头附近出现低水位（），东部一三采区20-2孔（O2）水位+，西部演马庄矿9～14孔1～，在以15～11孔为中心6000m范围内，奥灰出现一个明显的降落漏斗（图4-16），说明奥灰水在浅部补给明显。

图4-14 浅部冲积层等水位线（单位：m）

图4-15 九里山矿八灰等水位线图（单位：m）

图4-16 奥灰等水位线图（单位：m）

浅部混合水体（Q、O2、L2）补给量根据突水资料，连通试验等采用多种方法计算，其补给量～。

浅部治水方案可采用地面钻孔L8充填和井下L8巷道堵截两个方案。

地面钻孔充填截流方案在原工程基础上加密和扩大范围布置L8层钻孔，利用钻孔注浆形成一个挡水墙，达到减少水量的目的。设计钻孔55个总进尺6600m，总概算万元。

井下L8巷道堵截方案，把巷道掘进在L8中间，对喀斯特裂隙进行充填达到截水目的。巷道设计标高-30m，山上十二总回风巷向北以+7‰的坡度向前掘进，揭露L8前施工好防水闸门。预计掘进100m进入L8后向东西两侧沿L8走向掘进。掘进中采取超前预注浆和壁后注浆相结合的方法封堵L8喀斯特裂隙达到减少矿井涌水量的目的。设计巷道1760m，总概算为352万元，工期3年完成。

上述浅部堵水两方案优缺点对比如下：

①地面钻孔充填方案施工简单不影响煤矿生产，但工期长，见效慢，可靠性差；②井下L8巷道堵截方案投资少，工期有把握，见效快，可靠性大；③井下L8巷道堵截方案，“看得见摸得着”可以充分搞清水文地质条件，为进一步治理矿井水害奠定了基础。④若截水效果不好，在标高-30m水平上排水，每分钟1m3水年节约排水电费10万元。

上述两方案对比后，认为采用井下巷道堵截水方案较好。

（2）回采工作面底板L8充填改造工程：二1煤距底板L8含水层20m左右，在一二采区范围，底板隔水层以粉砂岩夹炭质层较破碎以及下部有砂岩有利于L8发生导水，L8厚6～8m，喀斯特裂隙发育，水压高（），富水性强，回采后因水压和矿压综合作用突水不可避免，为减少突水次数和强度，应对L8含水层进行注浆充填改造。目的在于将含水层改造成隔水层，或由强含水层变为弱含水层，达到安全采煤的目的。

计划先进行12041和12081两个工作面的充填试验工作，取得经验后推广。

（3）一四采区水文地质勘查：一四采区位于一二采区西，与演马庄矿一九采区相邻，北至煤层露头，南到-225m大巷。东西走向长1000m，南北倾斜宽1000m，面积1km2，保有可采储量万吨。

一四、一二采区与演马庄矿一九采区同属一个水文地质单元。演马庄矿一九采区已回采两个工作面，未发生突水事故，预计一四采区水文地质条件比一二采区较简单，为搞清水文条件，应进行勘查工作。

勘查项目：①物探查明F1断层延伸位置；②井下放水试验，查明L8富水性及水力联系。布置三组放水孔共计9个孔；③浅部冲积层抽水试验，查明与O2、L2、L8水力联系，并预计涌水量。

（4）一二皮带突水点水源勘查与治理：一二皮带底板岩巷于1982年8月13日突水35m3/min后，长期稳定在30～35m3/min，该突水点突水后，一二采区相继发生10m3/min以上突水5次，一二采区总涌水量达85m3/min以上，L8流场仍未明显改变，以一二皮带突水点为中心，东西两侧L8水位相差很大。在150m范围内水位差110m，水力坡度‰。呈现一个很大的“陡坎”，预计在突水点附近深部含水层有较强的补给，应查明水源进行治理。

该项工程“七五”期间已施工12个钻孔，其中2个孔可做注浆孔，再施工4个孔，进尺1350m。

3.二水平水文地质勘探

马坊泉断层以南形成地垒，浅补与冲积层隔开减少了补给水源，加之深部裂隙减弱，富水性减弱，水文地质条件较浅部简单，储量达6325万吨，埋深-300～-600m，为生产接替地区，要加速进行水文地质勘探，查明构造，了解含水层及水力联系，预测涌水量。

采矿工程毕业设计论文

采矿工程是一个国家的重要产业,采矿工程直接关系到国家资源、能源的正常供应和使用安全。以下是专门为你收集整理的采矿工程毕业设计论文，供参考阅读！

采矿工程方法优化研究

【摘要】采矿工程中的许多方法都是可以优化的，比如采矿工程中的开拓系统和采矿方法。这些方法优化问题，由于决策变量众多，并且不同情况的所起的作用不同，导致多数问题都是复杂的非线性化问题，不仅如此变量之间的联系有时很难用确切的数学模型或者数学表达式表达出来。因此我们考虑到可以利用计算机技术和人工智能的技术来实现采矿工程中方法的优化问题，比如遗传算法，神经网络等，本文从上述几种技术角度，结合实际例子探讨了采矿工程方法的优化问题。

【关键词】采矿工程;优化;采矿方法

采矿工程中的许多问题的决策和方法的优化，都是多决策变量问题。以往对这种问题的处理方式都是采用单一变量法，即采用固定其他变量使其值保持不变，通过变化某一变量来探索这一变量对目标函数或目标问题结果的影响，从而找出最优解。虽然这种方式大大简化了这种多变量问题的求解方式，但是它忽略了各个变量之间的相互关系，以及他们之间的相互作用对最终结果的影响，因此所得的结果并不是真正的最优值。为了求得真正的最优解，需要同时改变各决策变量，探索他们在这种情况下和目标的关系以及的对目标结果的影响，从而找出综合最优值。

1、优化方法

遗传算法的定义

遗传算法是一种自适应优化的方法。这种方法基于生物进化的原理，它模拟了生物进化的步骤，将繁殖、杂交、变异、竞争和选择等概念引入到算法中。[1]通过对一组可行解的维持和重新组合，在多决策变量共同作用的条件下，改进可行解的移动轨迹曲线，最终使它趋向最优解。这种方式是模拟生物适应外界环境的遗传变异机理，克服了传统的单决策变量法容易导致的局部极值的缺点，是一种全局优化算法。

神经网络的定义

人脑思维方式的一大特点就是：通过多个神经元之间的同时的相互作用来动态完成信息的处理。人工神经网络就是模拟人脑思维的这种方式，通过计算机来完成一个非线性的动力学系统，可以实现信息的分布式存储和并行协同处理。

遗传算法与神经网络协同优化

由于采矿工程的问题很难用一个显式来表示，所以我们可以利用人工神经网络强大的非线性映射能力建立决策变量和目标函数的关系，实现对问题的显式化，然后用遗传算法对这个目标函数的决策变量进行搜索和寻优，搜索到后就输入之前已经建模好的神经网络，网络将自动进行学习和匹配，从而我们可以计算出目标函数对该组决策变量的适应性，然后根据适应性进行遗传变异操作，反复多次后即可寻得最优解。

2、优化实例

遗传算法在矿石品位优化中的应用

遗传算法是由原始数据，模拟优胜劣汰的方式通过反复迭代获得最优解，在这里实质上是随机生成一组矿石品位，利用自适应的技术调整品位，经过反复迭代计算，逐步逼近最优解。

(1)编码：用定长字符代表遗传中的基因，在这里表示某种特定品位，编码顺序依次为边界品位、最小工业品位、原矿品位和精矿品位。[2]

(2)初始群体：每次迭代的初始群体由上一次迭代生成，第一次的初始群体随机生成，每个群体包含的个体数确定。

(3)适应度：自然界中的适应度是生物个体对自然界的适应程度，适应度大，那么它存活下来的可能性就大。类似的这里的适应度是衡量个体优劣的指标，可以驱动遗传算法的优化，本例中的适应度取不同品位的矿石所能取得的净现值。

(4)复制和交换：根据达尔文进化论，适应性强的个体容易生存下来，那么他们的有利性征就被保留了，同样的不利性征就被淘汰了，适应性强的个体他们的后代跟他们的相似度会比较高，在遗传算法中可以用复制来代表这一部分;交换就是指上一代多个个体的部分基因相互置换产生新个体。

(5)突变：遗传算法中产生新个体的又一手段，通过求补运算完成。

(6)终止条件：遗传算法是迭代运算，在迭代到符合某一要求时停止，一般都是当群体的平均适应度或最大适应度变化平稳时，迭代终止。

采矿工程优化实例

本处选择山东莱芜铁矿施工时的填充材料刚度与采场结构参数的优化问题来说明一下神经网络和遗传算法的具体应用。

山东莱芜铁矿谷家台矿区矿体赋存于大理岩与闪长岩的.接触带中，上部为第四系和第三系所覆盖，全部为隐伏矿体，矿脉地理结构十分复杂。[3]上部有河流流过，虽然河流和矿带之间有第三系的红板岩，但是由于局部天窗的分布，导致水层和第四系砂砾石层和灰岩层接触，隔水效果不好。由于灰岩层的含水性，导致这部分成为承压含水层。复杂的地质背景给开矿带来了巨大的难度，为了实现不改河、不疏干、不搬迁、不塌陷、不还水的“五不”方针，最终决定的开矿方案是采用矿体近顶板大理岩注浆补漏堵水措施与阶段空场嗣后胶结充填采矿方法相结合的综合治水方案。制约这一方案顺利实施的两个重要因素就是充填材料刚度与采场结构参数的优选问题。

设矿房宽度为Bf，填充体刚度为EC，бt为上盘出现的最大拉应力。推测得出：从安全性角度考虑，矿房宽度Bf越小，填充体刚度EC越大，则上盘出现的拉应力越小，施工越可靠;从经济型角度考虑，矿房宽度越大，填充刚度越小越经济，可以看出两者是相对的，我们要在这之间找一个最佳匹配值。使得上盘出现的拉应力小于但又接近于大理岩的抗拉强度。

先通过神经网络建立决策量Bf、EC和目标бt的映射关系，然后用遗传算法搜索最佳匹配，得到结果Bf=，EC=，бt=，最后进行的结果的合理性验证，表明这个结果是令人满意的。

3、结论

作为现阶段比较先进的计算智能和人工智能技术，遗传算法和神经网络着重于通过迭代算法和非线性映射来求得问题的最优解。由于绝大多数矿场的复杂条件导致采矿工程中的许多问题和方法的决策存在众多的决策变量，并且多数变量和目标量的关系都是非线性的，这些特点使得遗传算法和神经网络等现代先进智能技术能很好的运用到采矿工程的优化中去，通过文章研究和实例证明，对于采矿工程的方法优化，遗传算法和神经网络能起到很好的效果，随着这些技术的进步，他们将会为采矿工程的优化方面提供更有力的帮助。

参考文献

[1]李云，刘霁.神经网络与主元分析在采矿工程中的应用[J].中南林业科技大学学报，2010，30(6)：140-146.

[2]张磊，柴海福.浅谈人工神经网络在采矿工程中的应用[J].学术探讨，2008，(6)：172.

[3]刘加东，陆文，路洪斌.浅谈采矿方法的优化选择[J].IM&P化工矿物与加工，2009，(1)：25：27.