基于Matlab的条带开采采留宽优化设计系统.pdf

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1、4能源技术与管理2010年第2期doi：lO．3969／j．issn．1672-9943．2010．02．002基于Matlab的条带开采采留宽优化设计系统柳聪亮，谭志祥，白力改，李培现，邓喀中·工(1．江苏省资源环境信息工程重点实验室，江苏徐州221008，2．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221008)[摘要]采留宽是条带开采的关键参数。为了合理设计条带采留宽，以托板理论为基础，采用Matlab语言开发了基于托板理论的条带开采采留宽优化设计系统。重点介绍了系统结构、各个模块的功能及Matlab在系统开

2、发过程中的应用。用实例验证了系统的正确性和可靠性。基于托板理论的条带开采设计方法具有坚实的理论基础，所开发的条带采留宽优化设计系统提高了条带开采设计的效率，为今后建筑物下条带开采设计提供了计算工具。[关键词]Matlab；条带开采；托板理论；采宽；留宽[中图分类号]TD327[文献标识码]A[文章编号]1672-9943(2010)02【)(】43移植性较好。本文以托板理论为基础、以Matlab0引言为开发平台编制了条带开采采留宽优化设计系我国煤炭资源分布广泛，“三下”压煤量大。东统，实现了托板理论条带设计的电

3、算化。部地区煤炭资源正在枯竭，剩余储量50％以上属1托板理论力学一数学模型于“三下”压煤，其中以村庄下压煤量最大。据不完全统计，我国生产矿井“三下”压煤量140亿t，其覆岩实质上是一系列岩板的有序叠合，其中中建筑物下压煤87．6亿t_I_2]，如何解决建筑物下厚而硬对地表沉陷具有控制作用的岩层称为托大量压煤问题已成为我国矿区面临的主要挑战，板。它一方面阻遏其下伏岩层的冒落、断裂趋势向对我国煤炭资源的合理利用具有重要的意义。条上发展，另一方面又托住其上覆直至地表的岩土带开采方法技术简单，经济合理，已成为解决建筑层

4、，起到了“遏下托上”的作用[4]。物下压煤开采的有效途径。条带开采中采宽和留水平煤层开采时，基于薄板小挠度理论的托宽是否合理是决定条带开采成败的关键，也是决板微分方程的利维(Levy)解：定煤炭资源回收率的关键所在。在条带开采实践中，国内外许多学者以上覆岩层为研究对象，分析W(x,y，=【一2()+()j+’岩层在开采过程中的受力机制从而得出条带开采的沉陷机制[3-8]。托板理论是其中比较成熟的一种_4，[击c卜该理论以上覆岩层中的厚硬岩层为研究对象，经过严密的力学建模和数学推导，给出了一套条带sinv(1)开

5、采采宽留宽的计算方法，但是该方法公式多，计式中，W(x,y)为托板中性面的位移函数；算复杂限制了其推广应用，须开发相应的程序进Ot=丁m71"tz；h为托板厚度；b为托板长度；0为托板行计算。Matlab是由美国MathWorks公司推出的一宽度；q为托板顶面的平均荷载。个科学计算软件，它把科学计算、结果可视化和编用位移矢函数求出弯矩函数就可以确定托板程集中在同一环境中。它的典型特点是语言简洁跨度内任意点的弯矩值及最大弯矩值，然后用如紧凑，运算符丰富，使用起来灵活方便，另外下公式求出最大拉应力值：Matlab语

6、法限制少，程序设计自由度大，程序的可=maX~6ma~lT／hJxm一-6mzf’基金项目：国家自然科学基金项目(40772191)；“十一五”以0据~．max[orx，o-yi]<仃，W<≠；√=国家科技支撑计划重点项目(2006BAC09B01)2010年第2期柳聪亮，等基于Matlab的条带开采采留宽优化设计系统5lJ7v)选择托板，并求出托板破裂的临界尺寸a,b，2．1系统结构及功能简介进而确定条带的采留宽。条带开采的托板理论原基于Maflab结构化和模块化的编程思想，设理详见文献[4]。计“条带采留宽

7、优化设计系统”总体框架及托板筛选流程如图1所示。2Matlab程序实现图1系统总体框架及托板筛选流程图系统实现了起始计算数据读人、托板筛选、采坏的地表移动变形下限值进行比较，确保该设计留宽优化设计、安全预计和预计结果输出。各个模在引起的地表变形在致使房屋I级破坏范围之块具体功能如下：内，验证设计的可靠性。(1)读人数据模块。实现地质采矿条件数据、(6)输出结果模块。将最终设计结果输出到全采预计参数和采区岩性参数的直接读人。用户指定的文件中。(2)托板筛选模块。①初选。先以岩层的厚2．2Matlab在系统开发中的

8、应用度、极限拉应力为指标，各岩层进行比较剔除薄而Matlab具有图形用户界面(GUI)功能，并提软的岩层，初步选出有可能成为托板的岩层共计供了友好交互人口。Matlab丰富的矩阵运算函数，层；用Matlab内置求极值函数fminsearch求出便于数据的读写、操作和处理；fminsearch函数可各层的最大挠度值W；用数组排序函数so．rows直接求取函数极小值；so~rows函数实现