巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用

程 涌

（云南亞融礦業(yè)科技有限公司，云南 昆明 650093）

金屬礦山的開采在我國歷史悠久，可分為露天開采和地下開采，開采技術(shù)直接影響國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。近年來，巖石力學(xué)發(fā)展迅速，具有極強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性。巖石力學(xué)涉及到采礦、水利水電、地質(zhì)、地震、石油、等諸多領(lǐng)域，當(dāng)然應(yīng)用最為廣泛的就是金屬采礦工程[1]。將巖石力學(xué)應(yīng)用在采礦工程中，可以對采礦地區(qū)的巖體進(jìn)行專業(yè)的偵察，有助于擬定采礦方案，確保采礦工作的正常進(jìn)行[2]。

1 巖石力學(xué)分析

巖石力學(xué)是一門探究巖石性狀的理論與應(yīng)用的學(xué)科。巖石力學(xué)作為新興學(xué)科，在工程中應(yīng)用卻十分廣泛，比如在公路建設(shè)、地質(zhì)工程、水利建設(shè)、采礦工作等中都有應(yīng)用。巖石力學(xué)是建立在材料概念上提出來的，主要受材料力學(xué)和固體力學(xué)的影響[3]。在實(shí)際環(huán)境中要避免將巖石只是作為一種工程材料，作為天然的地質(zhì)實(shí)體，也可以將其稱為巖體，能夠造成特殊的地質(zhì)構(gòu)造。

2 礦山地應(yīng)力測量

2.1 地應(yīng)力的測量方法

對地應(yīng)力的測量是為了進(jìn)一步確定采礦區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)，對礦區(qū)的整體應(yīng)力情況進(jìn)行確立，對巖體中一點(diǎn)的三維應(yīng)力測量可以通過坐標(biāo)系中的分量進(jìn)行表示出來，這種坐標(biāo)系具有六個分量，可以根據(jù)需要和方便隨意選擇，但是大多情況都是以地球?yàn)闇y量的坐標(biāo)系[4]。通過應(yīng)力的分量從而測得主應(yīng)力的大小和分量，這樣測的數(shù)據(jù)不僅精確而且測量過程十分方便。在測量中每一個測量點(diǎn)所設(shè)計(jì)到的巖體各種大小都會有，從幾立方厘米到幾立方千米都是有可能存在的，這主要是取決于采取的測量方法。對于巖體而言，任何的規(guī)格都可以視為一個點(diǎn)。因?yàn)榈貞?yīng)力的狀態(tài)多變并且內(nèi)部復(fù)雜，所以為了精確的測量某一個礦區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，需要對多個點(diǎn)進(jìn)行測量，再通過對這些點(diǎn)的分析，進(jìn)行數(shù)值分析和數(shù)據(jù)處理，建立出礦場的地應(yīng)力場模型。目前有一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的測量程序，其具體步驟包括：首先從巖體表面，再地下巷道或者隧道等表面向巖體打孔，到達(dá)掩體內(nèi)部需要測量的點(diǎn)位，將大孔的深度和寬度進(jìn)行確定，之后再在大孔的底心打一個小孔，小孔的深度大約在360mm～380mm內(nèi)，在這兩個孔打好之后再用一套專用的裝置將測量探頭安裝到小孔的孔心部位；最后一步則是用第一次打大孔用的薄壁鉆頭繼續(xù)延伸大孔，使得小孔周圍的應(yīng)力平衡接觸，因?yàn)橹挥型ㄟ^應(yīng)力平衡得到變化，小孔才會受力變形，在這給情況下，小孔的受力情況會由測量探頭測定并且將數(shù)據(jù)記錄下來，根據(jù)所測的小孔變形數(shù)據(jù)進(jìn)行公式處理算出小孔周圍巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)情況。

2.2 地應(yīng)力測量的重要性

地應(yīng)力是一種存在于地層各個地方的自然力，其在、利建設(shè)、土木工程等地下開挖工程中都會使巖體變性或者破壞巖體結(jié)構(gòu)，會給采礦工程帶來巨大的破壞。對于施工地區(qū)的地應(yīng)力需要有一個清晰的了解，并且根據(jù)地應(yīng)力的情況特征規(guī)劃一個合理的開采計(jì)劃，確保在開采礦石的過程不會因?yàn)榈貞?yīng)力不均衡導(dǎo)致事故的發(fā)生，保證采礦的安全。對地應(yīng)力的確定是一切開挖工作的前提，只有對地應(yīng)力有了一個清晰的認(rèn)識后，相關(guān)的后續(xù)工作才能夠在一定安全基礎(chǔ)下進(jìn)行。根據(jù)彈性力學(xué)理念，巷道和采礦場的最佳地理位置是取決于其斷面的兩個主應(yīng)力的比值。

在理想狀態(tài)下他們應(yīng)該是一個橢圓，才能確保不會有巷道和采場周圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象的產(chǎn)生，這個橢圓的兩個半軸的長度之比則就是斷面內(nèi)的應(yīng)力之比。巷道和采場在這種標(biāo)準(zhǔn)下設(shè)立，其周圍的應(yīng)力就會處于均勻分布狀態(tài)，使得其工作環(huán)境足夠穩(wěn)定。根據(jù)地應(yīng)力的具體情況做好巷道和采場的開發(fā)，而且為了確保采礦工作不受地應(yīng)力的影響，最好是將巷道和采場的走向與最大主應(yīng)力的方向進(jìn)行平行。在實(shí)際的采礦工程中由于其地形復(fù)雜，所以存在著很多的多變因素，僅僅利用理論知識是很難將這些問題考慮完全的。但是現(xiàn)在的科技水平發(fā)展迅速，各種計(jì)算方法應(yīng)有盡有，可以進(jìn)行上億次數(shù)的計(jì)算，這也就使得對采礦工程的計(jì)算成為了一項(xiàng)可行的事情。通過對已知的地應(yīng)力進(jìn)行分析，對工程的其他數(shù)據(jù)進(jìn)行定量的計(jì)算，獲得精準(zhǔn)的結(jié)果。所以在進(jìn)行計(jì)算機(jī)測量的時(shí)候要對地應(yīng)力有所了解，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性。

3 巖石力學(xué)在采礦工程中的具體應(yīng)用

3.1 對礦山地應(yīng)力場的分析

地應(yīng)力是巖石在挖掘開采過程中促使周圍地質(zhì)環(huán)境發(fā)生重大變化的主要影響因素，在進(jìn)行礦體開采或者挖掘工作時(shí)，需要對地應(yīng)力有一個清晰的了解和掌握，只有這樣才能在實(shí)際的采礦過程中對礦山的開采工作做出科學(xué)合理的總體布置，并且選擇出合適的采礦方法或者挖掘方案。隨著歷史的不斷變更，地球發(fā)生的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動也十分的多，這就造成了礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地應(yīng)力多變的情況，為了確保采礦工程的安全施工，對其地應(yīng)力的精確測量是極為重要的。

3.2 深部開采造成的危害性分析

在采礦過程中，安全一直都是一個重要問題，因?yàn)楣ぷ髦邪踩鹿实陌l(fā)生是不能夠完全避免的，并且這些事故的發(fā)生概率還比較高，所以需要對采礦工程中安全防范方面加大重視程度。巖石力學(xué)在開采工程中的數(shù)據(jù)測量，不僅可以得出具體的開采方案，還能給出具體的地質(zhì)情況數(shù)據(jù)，從而避免一些安全事故的發(fā)生。

3.3 對礦場邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)

我國許多的露天礦場開采方式都在向著深凹開采的方向進(jìn)行，隨著開采工作的進(jìn)行，采礦的工作難度也在成倍的增長，所以如何確保開采工程的安全性就成為了企業(yè)最關(guān)心的問題。當(dāng)前在巖石力學(xué)的發(fā)展中，已經(jīng)被全面應(yīng)用到采礦工程當(dāng)中了，通過對地質(zhì)環(huán)境的分析，有效的避免周圍山體邊坡滑移現(xiàn)象發(fā)生，確保采礦工程的施工安全進(jìn)行。

4 結(jié)語

隨著我國采礦工程的建設(shè)程度加深，巖石力學(xué)在其中的應(yīng)用也會得到更大的開發(fā)研究，或許在未來，巖石力學(xué)就會成為采礦學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科了。當(dāng)然在看到巖石力學(xué)應(yīng)用在礦業(yè)開采工程中的優(yōu)勢時(shí)，我們同時(shí)也需要看到其自身存在的問題，在工作中不斷地克服并且改進(jìn)，積極的研究關(guān)于地質(zhì)力學(xué)方面的發(fā)展，通過這樣我國的礦業(yè)事業(yè)發(fā)展速度才會得到有效的提高，國家的工業(yè)工程才會有更大的進(jìn)步。