内蒙古某新建矿山拟采用充填采矿法进行开采,为了能够快速高效地进行地下采场结构参数优化,以使矿山合理、高效、经济、安全开采,本文首先对矿山的开采技术条件进行调查,然后利用FLAC3D软件对建立的相关数值模型进行数值模拟研究,运用有限元强度折减法进行地下采场的稳定性研究,再结合理论分析、数值模拟、智能算法等方法,结合BP神经网络的函数逼近功能和粒子群算法的极值寻优功能构建了能够进行优化的计算模型,实现了采场结构参数优化,得到采场结构参数的最优组合。论文成果包含以下几个方面:⑴矿山开采技术条件调查。通过对其进行详细的调查,掌握了矿山的水文地质条件、工程地质条件和环境地质条件。结合有关资料,学习研究了矿山所采用的采矿方法,为数值模拟奠定了基础。⑵通过对有限元强度折减法基本理论进行系统调研,明确安全系数的定义及使用该方法时需选用的屈服准则,进一步确定在研究过程中应选择的失稳判据为破坏单元总体积值突变失稳判据。⑶结合数值模拟要求与矿山可行性研究报告中有关数据,采用Hoek-Brown强度准则计算出适用于数值模拟的合理矿岩体力学参数。同时,参考类似矿山,确定了充填体的力学参数。⑷进一步把有限元强度折减法应用到地下采场稳定性分析中,运用FLAC3D软件进行了数值模拟研究。按强度折减法的原理,不仅对矿岩体的抗剪强度参数(粘聚力C、内摩擦角φ)进行折减,而且同时考虑抗拉强度σ的折减,得到了同一参数组合的采场在不同开采状态下的应力应变分布、位移分布和塑性应变带贯通情况。同时,通过对三种不同失稳判据下得到的采场安全系数进行分析,确定采用破坏单元总体积突变失稳判据确定安全系数比较符合工程实际。最后,通过对不同矿房长度、间柱宽度与控顶高度的采场安全系数进行研究,得出采场安全系数随此三种参数的内在变化规律。⑸根据计算出的不同参数组合下的采场安全系数F_S,通过构建BP-PSO优化模型,完成采场结构参数与对应的安全系数F_S之间的非线性函数逼近及最优解求解,实现了采场结构参数优化研究。研究表明本文构建的BP-PSO模型能够快速高效地得到正确的最优采场结构参数,从而指导矿山的生产安排。