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篇1

【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué)；采礦工程；應(yīng)用

1.簡述采礦工程中巖體力學(xué)的特點(diǎn)

①采礦工程多處于地下較深處，而其它地下工程多在距地表較近（幾十米）的范圍內(nèi)；②對礦山工程，只要求在開采期間不破壞，在采后能維持平衡狀態(tài)不影響地表安全即可，故其計(jì)算精度、安全系數(shù)及加固等方面均低于國防、水利工程的標(biāo)準(zhǔn)；③礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，又受礦床賦存條件限制，故采礦工程的位置選擇性不大，同時(shí)采掘工作面不斷變化，因而采礦工程巖石力學(xué)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)。

在巖體表面或其內(nèi)部進(jìn)行任何工程活動(dòng)，都必須符合安全、經(jīng)濟(jì)和正常運(yùn)營的原則。以露天采礦邊坡坡角選擇為例，坡角選擇過陡，會(huì)使邊坡不穩(wěn)定，無法正常采礦作業(yè)，坡角選擇過緩，又會(huì)加大其剝采量，增加其采礦成本。然而，要使巖體工程既安全穩(wěn)定又經(jīng)濟(jì)合理，必須通過準(zhǔn)確地預(yù)測工程巖體的變形與穩(wěn)定性、正確的工程設(shè)計(jì)和良好的施工質(zhì)量等來保證。其中，準(zhǔn)確地預(yù)測巖體在各種應(yīng)力場作用下的變形與穩(wěn)定性，進(jìn)而從巖體力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，選擇相對優(yōu)良的工程場址，防止重大事故，為合理的工程設(shè)計(jì)提供巖體力學(xué)依據(jù)，是工程巖體力學(xué)研究的根本目的和任務(wù)。

2.巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用

巖石力學(xué)理論服務(wù)于采礦活動(dòng)，其目的有四個(gè)方面。

（1）充分利用地殼內(nèi)部各種應(yīng)力來進(jìn)行落礦、運(yùn)礦以減少崩礦費(fèi)用。

（2）盡可能地減少工程量，降低采礦成本。

（3）控制崩落礦石塊度，減少二次破碎

（4）最大限度地提高生產(chǎn)規(guī)模，創(chuàng)造礦山經(jīng)濟(jì)效益。

2.1礦山地應(yīng)力場測量

地應(yīng)力是存在于底層中的天然應(yīng)力，它是引起采礦水利水電、土木建筑、鐵道、公路和其他各種地下或露天沿途開挖工程變形和破壞的根本作用力，是實(shí)現(xiàn)采礦和巖土開挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提。對于礦山設(shè)計(jì)來講，只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定礦山的總體布置，選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，確定巷道和采場的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開挖步驟、直呼形式、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、直呼時(shí)間等，從而在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，最大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)采礦工程的優(yōu)化。

目前普遍采用的地應(yīng)力測量方法有應(yīng)力解除法和水壓致裂法兩大類。其中，套孔應(yīng)力解除法是發(fā)展時(shí)間最長，技術(shù)比較成熟的映眾地應(yīng)力測量方法。在測定原始應(yīng)力的適用性和可靠性方面，目前還沒有那種方法可以與之相比。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全世界已經(jīng)獲得的地應(yīng)力測量資料中，有80%是有應(yīng)力解除法測得的。對于礦山來講，采用應(yīng)力接觸法更有得天獨(dú)厚的條件。因?yàn)榈V山有系列的航道、硐室可接近地下測點(diǎn)，而不需要向水壓致裂法那樣必須打?qū)ｉT的鉆孔才能到達(dá)測點(diǎn)。因而對礦山地應(yīng)力測量而言，采用應(yīng)力解除法是最經(jīng)濟(jì)和可靠的。

2.2地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化

礦床的形成過程、賦存狀態(tài)和開采穩(wěn)定性均受地應(yīng)力場的控制。為此，必須以地應(yīng)力為切入點(diǎn)進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化。即：根據(jù)實(shí)測地應(yīng)力和扎實(shí)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及礦巖物理力學(xué)性質(zhì)等基礎(chǔ)資料，以及實(shí)際的礦體賦存和開采條件，通過定量計(jì)算和分析，選擇合理的采礦方法，確定最佳的開采總體布置、采場結(jié)構(gòu)管參數(shù)、開采順序、直呼加固和地壓控制措施，實(shí)現(xiàn)安全高效的開采目標(biāo)。

2.3大型深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化

我國一大批大中型露天礦山已經(jīng)或即將由山坡露天開采轉(zhuǎn)為深凹開采。隨著邊坡的價(jià)高架豆，邊坡穩(wěn)定性維護(hù)的難度越來越大，邊坡滑移和傾倒破壞事故的發(fā)生日益頻繁，嚴(yán)重威脅礦山的安全生產(chǎn)，制約礦山生產(chǎn)能力的提高。但是另一方面，對于大型露天礦山，提高邊坡角有事減少剝離和生產(chǎn)成本的重要手段。

國內(nèi)外邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法是極限平衡法，這是一種靜態(tài)的確定性分析方法，而實(shí)際的邊坡狀況是歲開采過程不斷變化的，是動(dòng)態(tài)的不確定性的；該方法是基于土力學(xué)理論提出來的，不能考慮實(shí)際的巖體條件，如斷層、節(jié)理的存在，同時(shí)也不考慮地應(yīng)力。而實(shí)際上這些對邊坡的穩(wěn)定性和破壞起控制作用。因而該方法度山坡露天礦設(shè)計(jì)可能是適用的，但對深凹露天礦設(shè)計(jì)并不適用。

為了克服傳統(tǒng)的極限平衡分析方法的不足，必須采用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，充分考慮地應(yīng)力的作用和實(shí)際的工程巖體條件，通過定量的計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)邊坡設(shè)計(jì)的優(yōu)化。具體的試試路線為：采用數(shù)值模擬和極限平衡分析相結(jié)合的方法，對不同邊坡角和邊坡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定量的計(jì)算和分析，在保證安全的前提下，盡可能低提高邊坡角，減少剝離量，盡可能地減少生產(chǎn)成本，增加礦石產(chǎn)量和礦山效益。

2.4深部開采動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測與防治

深部開采動(dòng)力災(zāi)害，包括巖爆、礦震、沖擊地壓，是深部開采中可能遇到的突出問題。

目前的研究技術(shù)路線為：從扎實(shí)的現(xiàn)場地應(yīng)力測量、工程地質(zhì)調(diào)查、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場檢測資料的采集入手，以能量聚集和演化為主線，揭示巖爆發(fā)生的機(jī)理及其與采礦過程、地質(zhì)構(gòu)造和巖體特性的關(guān)系，對巖爆發(fā)生的時(shí)間、空間和強(qiáng)度進(jìn)行定量的預(yù)測；將預(yù)測和防治、地下河地面、生產(chǎn)安全和環(huán)境安全融為一體進(jìn)行評價(jià)和研究。

3.巖石力學(xué)在采礦工程中的發(fā)展趨勢

巖石力學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了采礦工程中的各個(gè)領(lǐng)域，而且其研究理論正在不斷創(chuàng)新，研究手段也日新月異。隨著我國礦產(chǎn)資源的續(xù)開發(fā)，在采礦工程終將會(huì)遇到條件更復(fù)雜、拿督更大的巖石力學(xué)問題，因此，巖石力學(xué)與工程學(xué)科的理論水平和工程能力都有待進(jìn)一步提高。

巖體力學(xué)的發(fā)展是和人類工程實(shí)踐分不開的。起初，由于巖體工程數(shù)量少，規(guī)模也小，人們多憑經(jīng)驗(yàn)來解決工程中遇到的巖體力學(xué)問題。因此，巖體力學(xué)的形成和發(fā)展要比土力學(xué)晚得多。隨著生產(chǎn)力水平及工程建筑事業(yè)的迅速發(fā)展，提出了大量的巖體力學(xué)問題。由于巖體中具有天然應(yīng)力、地下水等，并發(fā)育有各種結(jié)構(gòu)面，所以它不僅具有彈性、脆性、塑性和流變性，而且還具有非線彈性、非連續(xù)性，以及非均質(zhì)和各向異性等特征。對于這樣一種復(fù)雜的介質(zhì)，不僅研究內(nèi)容非常復(fù)雜，而且其研究方法和手段也應(yīng)與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)有所不同。

今天，由于礦產(chǎn)資源勘探開采、能源開發(fā)及地球動(dòng)力學(xué)研究等的需要，工程規(guī)模越來越大，所涉及的巖體力學(xué)問題也越來越復(fù)雜。這對巖體力學(xué)提出了更高的要求。 [科]

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