巖石力學在金屬采礦工程運用研究范文

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摘要：隨著我國開展工程數(shù)量的增多，對金屬的需求量也越來越大，對于金屬礦山的采礦力度需要進一步加強。巖石力學雖然不是一門系統(tǒng)性的學科，但正是因為其介乎于地質(zhì)學和力學之間的特點，巖石力學在金屬礦山開采工作中得到了很好的應(yīng)用，并且給采礦工程提供了很大的便捷。在金屬礦山開采工作中，巖石力學主要應(yīng)用于對周邊地質(zhì)環(huán)境的確定，明確礦洞的承載力度，確保采礦工作的正常進行，因此在一定程度上有效的節(jié)約了采礦成本，降低了采礦風險。

關(guān)鍵詞：巖石力學；采礦工程；應(yīng)用

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)濟發(fā)展水平。近年來，巖石力學發(fā)展迅速，具有極強的應(yīng)用性和實踐性。巖石力學涉及到采礦、水利水電、地質(zhì)、地震、石油、等諸多領(lǐng)域，當然應(yīng)用最為廣泛的就是金屬采礦工程[1]。將巖石力學應(yīng)用在采礦工程中，可以對采礦地區(qū)的巖體進行專業(yè)的偵察，有助于擬定采礦方案，確保采礦工作的正常進行[2]。

1巖石力學分析

巖石力學是一門探究巖石性狀的理論與應(yīng)用的學科。巖石力學作為新興學科，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。巖石力學是建立在材料概念上提出來的，主要受材料力學和固體力學的影響[3]。在實際環(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)力情況進行確立，對巖體中一點的三維應(yīng)力測量可以通過坐標系中的分量進行表示出來，這種坐標系具有六個分量，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為測量的坐標系[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所設(shè)計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。因為地應(yīng)力的狀態(tài)多變并且內(nèi)部復雜，所以為了精確的測量某一個礦區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，需要對多個點進行測量，再通過對這些點的分析，進行數(shù)值分析和數(shù)據(jù)處理，建立出礦場的地應(yīng)力場模型。目前有一項標準的測量程序，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，到達掩體內(nèi)部需要測量的點位，將大孔的深度和寬度進行確定，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，因為只有通過應(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劃，確保在開采礦石的過程不會因為地應(yīng)力不均衡導致事故的發(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識后，相關(guān)的后續(xù)工作才能夠在一定安全基礎(chǔ)下進行。根據(jù)彈性力學理念，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準下設(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)力的方向進行平行。在實際的采礦工程中由于其地形復雜，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，各種計算方法應(yīng)有盡有，可以進行上億次數(shù)的計算，這也就使得對采礦工程的計算成為了一項可行的事情。通過對已知的地應(yīng)力進行分析，對工程的其他數(shù)據(jù)進行定量的計算，獲得精準的結(jié)果。所以在進行計算機測量的時候要對地應(yīng)力有所了解，確保數(shù)據(jù)的真實性和有效性。

3巖石力學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，在進行礦體開采或者挖掘工作時，需要對地應(yīng)力有一個清晰的了解和掌握，只有這樣才能在實際的采礦過程中對礦山的開采工作做出科學合理的總體布置，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)造運動也十分的多，這就造成了礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造復雜，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，因為工作中安全事故的發(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

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行，隨著開采工作的進行，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。當前在巖石力學的發(fā)展中，已經(jīng)被全面應(yīng)用到采礦工程當中了，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，巖石力學就會成為采礦學中的一門基礎(chǔ)學科了。當然在看到巖石力學應(yīng)用在礦業(yè)開采工程中的優(yōu)勢時，我們同時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，積極的研究關(guān)于地質(zhì)力學方面的發(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步。

參考文獻

[1]李建國.金屬礦山井下開采采礦技術(shù)[J].世界有色金屬,2018(05):81-82.

[2]曹旭.巖石力學在采礦工程中的應(yīng)用探討[J].河南科技,2013(18):44.

[3]劉國喜,董山.某金礦采礦方法的優(yōu)化選擇及巖石力學分析[J].金屬礦山,2012(09):24-28+36.

[4]李夕兵,姚金蕊,宮鳳強.硬巖金屬礦山深部開采中的動力學問題[J].中國有色金屬學報,2011,21(10):2551-2563.

作者：程涌 單位：云南亞融礦業(yè)科技有限公司