巖石力學(xué)中金屬礦山采礦工程的應(yīng)用

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摘要：隨著近年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于金屬材料的需求量也不斷增加，由此，也便對(duì)金屬礦山采礦工程提出了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，基于這一現(xiàn)狀下巖石力學(xué)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文主要探討了巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程當(dāng)中對(duì)于地應(yīng)力的測(cè)量，以及礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面的內(nèi)容，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的研究人員提供一些有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；金屬礦山；采礦工程；應(yīng)用

巖石力學(xué)起源于較大規(guī)模的工程實(shí)踐，在發(fā)展初期巖石力學(xué)工程基本都會(huì)與采礦工程一同開(kāi)展。在采礦工程的實(shí)踐作業(yè)過(guò)程中巖石工程經(jīng)常會(huì)有著較大規(guī)模的應(yīng)用，且所面臨的工作環(huán)境也會(huì)十分復(fù)雜。巖石力學(xué)問(wèn)題始終存在于采礦工程的各個(gè)環(huán)節(jié)之中，一方面，采礦工程的巖體是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)演變所形成的地質(zhì)體，在特定的地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中巖體的力學(xué)特性往往會(huì)較為穩(wěn)定。另一方面，因采礦工程有著動(dòng)態(tài)性的特征，巖體的力學(xué)性質(zhì)也會(huì)受到工程大小與開(kāi)挖方向而產(chǎn)生相應(yīng)的改變，并且環(huán)境因素也是一項(xiàng)主要影響因素?；谏鲜鎏卣饕脖銢Q定了采礦工程中的巖石力學(xué)有著高度的復(fù)雜性，因此就必須采用多種手段方式來(lái)對(duì)其展開(kāi)研究。

1巖石力學(xué)概述

巖石力學(xué)是探究巖石力學(xué)性狀的一門(mén)理論與應(yīng)用科學(xué)，是力學(xué)研究最重要的一項(xiàng)分支內(nèi)容。作為近代才逐漸興起的一門(mén)學(xué)科，巖石力學(xué)的應(yīng)用范圍主要包括了公路、鐵路、地質(zhì)、土木、石油、采礦等眾多與巖石工程有關(guān)的工程領(lǐng)域。對(duì)于巖石力學(xué)所作出的定義是基于材料概念所提出的，主要受到材料力學(xué)或是固體力學(xué)的深刻影響。伴隨著相關(guān)巖石力學(xué)理論研究以及工程實(shí)踐的持續(xù)深入開(kāi)展，人們關(guān)于巖石的了解也取得了重大突破。首先，要盡量避免將巖石僅僅看作是固體力學(xué)中的一種材料類型，作為一種天然型的地質(zhì)體，因此更應(yīng)當(dāng)將其稱之為巖體，引起具備有相對(duì)較為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造與賦存條件，因此也是一種重要的“不連續(xù)介質(zhì)”。

2礦山地應(yīng)力測(cè)量

針對(duì)原始地應(yīng)力開(kāi)展測(cè)量工作即為明確出存在于擬開(kāi)挖巖體，和其附近位置未遭受驚擾的立體化應(yīng)力狀態(tài)，在實(shí)施具體的測(cè)量作業(yè)時(shí)一般是采取連續(xù)不間斷的小幅度測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。巖體內(nèi)的單點(diǎn)立體應(yīng)力狀態(tài)可通過(guò)確定出坐標(biāo)系內(nèi)的不同分量來(lái)代表，相應(yīng)的坐標(biāo)系確立可依據(jù)實(shí)際需求亦或是遵循便捷化原則來(lái)進(jìn)行選擇，多數(shù)情況下會(huì)采取地球坐標(biāo)系來(lái)充當(dāng)測(cè)量坐標(biāo)系。基于多個(gè)應(yīng)力分量來(lái)進(jìn)一步獲得位于該點(diǎn)上三維主應(yīng)力程度與位置，這是可以得到精準(zhǔn)確定的。在開(kāi)展實(shí)地測(cè)量作業(yè)時(shí)，各點(diǎn)所牽涉到的巖石其規(guī)模大小很有可能會(huì)是立方厘米級(jí)別到數(shù)千立方米級(jí)別中的任意一種，其真實(shí)的數(shù)值同時(shí)還可能會(huì)受到所選用的測(cè)量方法影響。然而無(wú)論其規(guī)模是立方厘米級(jí)別的還是數(shù)千立方米級(jí)別的，從整體巖石結(jié)構(gòu)的層面來(lái)看，基本可將其視作為單點(diǎn)。因地應(yīng)力狀態(tài)存在著較為明顯的復(fù)雜性與變化性特征，因此要想能夠較為精準(zhǔn)的測(cè)出某礦區(qū)內(nèi)的地應(yīng)力大小，便要同時(shí)選取多點(diǎn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。只有基于這一基礎(chǔ)之上，方可憑借數(shù)值分析及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、人工智能與模型建構(gòu)等方式，來(lái)確定出該礦區(qū)的地應(yīng)力場(chǎng)模型。目前已經(jīng)形成了一整套標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量程序，其步驟流程如下：⑴由巖體表層，通常是地下巷道、隧道向巖體中打孔，指導(dǎo)孔穿透巖體中的測(cè)量位置。直徑通常為140mm左右，深度不小于巷道或隧道的2.5倍；⑵由孔底打同心小孔，提供安裝探頭使用，小孔直徑通常為37mm左右，孔深不小于孔徑的10倍；⑶采用專項(xiàng)設(shè)備把二兩探討固定到小孔中部位置；⑷采用薄壁鉆頭加深打孔，確保小孔附近巖芯能夠消除應(yīng)力。

3礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化

金屬礦床的形成、賦存以及開(kāi)采穩(wěn)定程度都會(huì)直接受制于地應(yīng)力場(chǎng)控制。因此，就必須將地應(yīng)力作為切入點(diǎn)來(lái)實(shí)施金屬采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化。按照實(shí)際測(cè)量所獲得的地應(yīng)力以及工程地質(zhì)實(shí)況、水文地質(zhì)、礦巖物理力學(xué)特性等資料信息，并再進(jìn)一步結(jié)合以具體的賦存與開(kāi)采條件，實(shí)施定量測(cè)算分析，選取出適當(dāng)?shù)拈_(kāi)采作業(yè)方式，明確出合理化的開(kāi)采布設(shè)方式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、開(kāi)采次序、支護(hù)加固、地壓控制等相關(guān)措施手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬礦山開(kāi)采的安全保障。具體的優(yōu)化過(guò)程為：采集基礎(chǔ)資料→確定初步方案→多方案測(cè)算分析→多目標(biāo)決策優(yōu)化→技術(shù)實(shí)施→現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取與分析→改進(jìn)并完善方案。這一理論完全考慮到了采礦巖體本身的非線性特點(diǎn)與采礦多端行及開(kāi)挖特征，合理化的運(yùn)用數(shù)值分析、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等現(xiàn)代化的技術(shù)手段，來(lái)為保障采礦設(shè)計(jì)提供了科學(xué)化的手段方式。

4結(jié)語(yǔ)

總而言之，伴隨著巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程中應(yīng)用范圍的日漸廣泛，也直接促使我國(guó)在巖石力學(xué)方面的研究達(dá)到了世界領(lǐng)先地位。在本次研究中簡(jiǎn)要闡述了巖石力學(xué)的基本特點(diǎn)，并進(jìn)一步就針對(duì)巖石力學(xué)在礦山地應(yīng)力測(cè)量作業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用情況展開(kāi)了深入探究，最終對(duì)礦山采礦提出了幾點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。相關(guān)的工作人員還應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合采礦工程的具體情況，來(lái)更加深入的探究巖石力學(xué)在采礦工程當(dāng)中新的應(yīng)用內(nèi)容。

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作者:單旭東 單位:雙鴨山北方升平礦業(yè)有限責(zé)任公司