金属矿山采矿工程中岩石力学的应用探析

金属矿山采矿工程中岩石力学的应用探析

陈琼华

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东省莱州市261417

摘要：岩石力学起源于较大规模的工程实践，在发展初期岩石力学工程基本都会与采矿工程一同开展。在采矿工程的实践作业过程中岩石工程经常会有着较大规模的应用，且所面临的工作环境也会十分复杂。岩石力学起源于较大规模的工程实践，在发展初期岩石力学工程基本都会与采矿工程一同开展。在采矿工程的实践作业过程中岩石工程经常会有着较大规模的应用，且所面临的工作环境也会十分复杂。岩石力学问题始终存在于采矿工程的各个环节之中，采矿工程中的岩石力学有着高度的复杂性，因此就必须采用多种手段方式来对其展开研究。

关键词：岩石力学；金属矿山；采矿工程；应用

随着近年来我国社会经济的快速发展，对于金属材料的需求量也不断增加，由此，也便对金属矿山采矿工程提出了更加严格的标准要求，基于这一现状下岩石力学得到了越来越广泛的应用。金属矿山的开采在我国历史悠久，可分为露天开采和地下开采，开采技术直接影响国家经济发展水平。近年来，岩石力学发展迅速，具有极强的应用性和实践性。岩石力学涉及到采矿、水利水电、地质、地震、石油、等诸多领域，当然应用最为广泛的就是金属采矿工程。将岩石力学应用在采矿工程中，可以对采矿地区的岩体进行专业的侦察，有助于拟定采矿方案，确保采矿工作的正常进行。

1岩石力学

1.1内涵概述

岩石力学(RockMechanics)是一项专门研究岩石在外界因素的影响下是如何变化的，其应力、应变、稳定性及加固情况在结构上怎样运动的，岩石力学属于物理学和地理学的一部分，用物理原理解释地理。研究岩石力学，主要目的是可以将其应用在解决水利、土木工程等建设中的岩石工程上。它与理科学科有着直接或间接的联系，像地理学，我们所研究的地质就属于地理学，而岩石力学就是物理学，还有测量数据进行分析，就是数学，所以说它们之间的关系是相互交融的。

1.2特点

岩石力学是一门实践性很强的新兴学科，涉及范围也很广，凡是与岩石工程相关的工程领域都会用到。岩石力学的研究注重的是岩石本身的固有特性和其稳定性。地球表面上有很多可以开采的矿石，像沉积岩、变质岩。地质结构的形成都是历经几千年甚至是几亿年的演变，在其形成过程中，需要经历无数次构造运动和外力因素的干扰。因此，岩石与人工合成材料有很大区别。岩石是一种非均质、各向异性、非连续、而且内部存在应力的复合地质结构，作为一种不连续介质，存在着太多的不确定性因素。在研究时一定要注意岩石的力学性质的特点，从岩体的本质出发，用其特有的方式方法进行测量。

1.3研究内容

其一就是岩石的物质组成和结构特征，因为每种岩石的构成材料都不同，他们经受的外力因素也不同，所以分析它的结构特征卡可以让我们更好的了解它；其二就是岩石和岩体的应力-应变关系，岩石变成岩体需要时间上的打磨，岩浆喷出，受晶体摩擦受阻，形成感应力，再经过地壳变动，最后发展成岩层；其三就是工程岩体的应力、应变和强度理论，封闭用力和地应力都对它有所影响；其四就是岩石(岩块)室内实验，在不同的环境，不同的外力因素影响下，探究岩石的变化；其五就是进行岩体测试和工程稳定监测，金属矿山采矿工程中，前期对岩层的检测必不可少，是对人体生命健康的保障；其六就是观察在地质灾害发生之前，岩石在内部岩层中的移动规律，以让采矿人可以尽早采取防范措施。

2实际采矿工程中岩石力学的具体应用

2.1深部开采造成的危害性

矿山深度开采挖掘这项工程具有极高的风险系数，具体施工实践中，难免会有矿山震动、岩石爆炸等情况发生，而因这类事故具有较高的发生概率，因此大量国家都有这类灾难出现。如南非国家便发生过中心震级高达M5.1的大型岩爆，该事故具有极强的破坏力和极大的杀伤力。但是，依据现有的采矿工程建设安全防范措施而言，并未予以该方面足够的重视。而随着施工队伍近年来不断深入挖掘、开采矿山，也逐渐加大了危险系数，故而对安全防范进一步认识十分重要。在开采工程调查、测量及岩石力学实验中应用岩石力学相关知识，不但能以能量聚集或变化为依据完成岩爆灾害发生的根本原因、原理的研究，并且也能在一定程度上预防该灾害的发生。

2.2矿山地应力场测量分析

存在于底层中的天然地应力是采矿水利水电、铁道、土木建筑、公路及各类地下或露天沿途开挖工程变形与破坏的根本引发作用力，是采矿、岩土开挖设计与决策实现科学化的重要基础。而矿山设计中，仅能在具体工程区域地应力条件掌握的基础上，才能实现矿山总体的合理布置，并在采矿方法的适当选择下完成巷道、采场最佳断面形状与尺寸、直呼形式与时间、开挖步骤等的确定，进而在为围岩提供稳定性保障的前提下，推动矿石产量最大限度地增加，获取更高的矿山经济效益。现下，在测量地应力的方法中通常是以应力解除法、水压致裂法为主。而应力解除法拥有最长的发展时间、较为成熟的技术，在原始应力适用性与可靠性的测量中，是无法被其他方法所取代的。相关数据表示，采用应力解除法所获得的地应力测量资料占据全球总数的80%。由于矿山中的航道、硐室与地下测点较为接近，故而无需如水压致裂法到达测点需求专门钻孔。所以说矿山地应力测量中应力解除法的应用最为经济可靠。

2.3大型深凹露天矿边坡设计优化

国内外边坡稳定性分析与设计采用的是静态确定系分析的极限平衡法，而随着开采的不断进行，边坡状况也在不断变化，属于动态不确定性。由于该方法的提出是基于土力学理论，无法对存在的断层、节理等实际岩体条件予以考虑，而对于地应力也无法考虑。但是，实质上能在一定程度上控制边坡的稳定性和破坏。这也表明了该方法在山坡露天矿设计中是可行的，但是并不适用于深凹露天矿设计。而要想将传统极限平衡分析法中存在的不足克服，就必须借助现代科学技术，针对地应力作用与实际工程岩体条件予以充分考虑，在定量计算分析的实施下优化边坡设计。具体实施路线可概括为：以数值模拟结合极限平衡分析法为依据，以各个边坡角及边坡设计方案为对象展开定量计算与分析，在确保安全的同时尽量将边坡角提高并将剥离量减少，如此一来便能在实现生产成本减少的同时推动矿石产量及效益的增加。

2.4矿山采矿设计优化

地应力场控制会对金属矿床的形成、赋存及开采中的稳定性造成直接影响，故应入手于地应力优化金属矿山采矿设计。以实际测量得到的地应力、水文地质、工程地质及矿岩物理学特性等数据为根据，在与具体赋存、开采条件相结合的基础上展开定量测算分析，由此实现开采作业方式的合理选择，并将开采不舍方式与次序、结构参数、低压控制及支护加固等措施手段合理确定，最终确保金属矿山开采的安全。

具体优化流程如下：基础资料采集→初步方案确定→分析多方案测算→优化多目标决策→实施技术→现场测取分析→方案改进及完善。该理论实现了采矿岩体自身非线性特点、多端性及开挖特征的综合考虑，在现代化技术手段如数值分析、大数据统计分析的合理运用下，将科学化的手段方式提供给了采矿设计使用。

3结语

随着我国采矿工程的建设程度加深，岩石力学在其中的应用也会得到更大的开发研究，或许在未来，岩石力学就会成为采矿学中的一门基础学科了。当然在看到岩石力学应用在矿业开采工程中的优势时，我们同时也需要看到其自身存在的问题，在工作中不断地克服并且改进，积极的研究关于地质力学方面的发展，通过这样我国的矿业事业发展速度才会得到有效的提高，国家的工业工程才会有更大的进步。

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