岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用 彭贤阳

岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用彭贤阳

发表时间：2019-06-16T15:33:38.743Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：彭贤阳

[导读] 岩石力学将力学理论作为学科发展的研究目标，而岩石则是岩石力学研究的对象。岩石是一种地质产物，也可称地质体。

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摘要：随着我国开展工程数量的增多，对金属的需求量也越来越大，对于金属矿山的采矿力度需要进一步加强。岩石力学虽然不是一门系统性的学科，但正是因为其介乎于地质学和力学之间的特点，岩石力学在金属矿山开采工作中得到了很好的应用，并且给采矿工程提供了很大的便捷。

关键词：岩石力学；金属矿山；采矿工程；应用

1岩石力学与地质学的学科关系

岩石力学将力学理论作为学科发展的研究目标，而岩石则是岩石力学研究的对象。岩石是一种地质产物，也可称地质体。广义上讲，岩石力学应是力学与地质学相结合的交叉学科，若更有针对性地来看，岩石力学侧重于固体力学与岩石地质学的结合。岩石力学属于应用基础学科，它的研究任务是以岩石工程建设为己任，也包括地质资源的开发工程。更广更深的力学、地质学，与工程学科的结合势在必行。因此，地质学必然成为岩石力学与岩石工程学科的支柱性基础学科之一。

那么，岩石力学与岩石工程学科从地质学中究竟能有何得益，地质学在哪些领域对岩石力学与岩石工程学科的研究和发展可能做出贡献，这就是本文所试图回答的主要问题。地质学是地球科学的一个分支学科。地球科学包括大气、海洋、地理和固体地球科学等固体地球科学则包含地质学、地球物理学和地球化学。从广义和实用的角度看，地质学同其他地球科学的分支有着密切的交叉，因而也含有与它们相关的研究内容。地质学的研究对象是地球，尤其是地壳，重点在于研究它的物质组成和结构，以及其形成、演化的地质动力作用和过程。地质学的核心研究思路是地质历史的时空重建，在层序和构造分析的基础上，地质学家采用了许多现代数理化科学和技术方法，从而使传统的地质学科步入现代科学行列。

2矿山地应力测量

针对原始地应力开展测量工作即为明确出存在于拟开挖岩体，和其附近位置未遭受惊扰的立体化应力状态，在实施具体的测量作业时一般是采取连续不间断的小幅度测量来实现的。岩体内的单点立体应力状态可通过确定出坐标系内的不同分量来代表，相应的坐标系确立可依据实际需求亦或是遵循便捷化原则来进行选择，多数情况下会采取地球坐标系来充当测量坐标系。基于多个应力分量来进一步获得位于该点上三维主应力程度与位置，这是可以得到精准确定的。在开展实地测量作业时，各点所牵涉到的岩石其规模大小很有可能会是立方厘米级别到数千立方米级别中的任意一种，其真实的数值同时还可能会受到所选用的测量方法影响。然而无论其规模是立方厘米级别的还是数千立方米级别的，从整体岩石结构的层面来看，基本可将其视作为单点。因地应力状态存在着较为明显的复杂性与变化性特征，因此要想能够较为精准的测出某矿区内的地应力大小，便要同时选取多点来进行测量。只有基于这一基础之上，方可凭借数值分析及数理统计、人工智能与模型建构等方式，来确定出该矿区的地应力场模型。

目前已经形成了一整套标准化的测量程序，其步骤流程如下:优由岩体表层，通常是地下巷道、隧道向岩体中打孔，指导孔穿透岩体中的测量位置。直径通常为140mm左右，深度不小于巷道或隧道的2.5倍;悠由孔底打同心小孔，提供安装探头使用，小孔直径通常为37mm 左右，孔深不小于孔径的10倍;忧采用专项设备固定到小孔中部位置;尤采用薄壁钻头加深打孔，确保小孔附近岩芯能够消除应力。

3岩石力学在采矿工程中的具体应用

3.1对矿山地应力场的分析

地应力是岩石在挖掘开采过程中促使周围地质环境发生重大变化的主要影响因素，在进行矿体开采或者挖掘工作时，需要对地应力有一个清晰的了解和掌握，只有这样才能在实际的采矿过程中对矿山的开采工作做出科学合理的总体布置，并且选择出合适的采矿方法或者挖掘方案。随着历史的不断变更，地球发生的地质构造运动也十分的多，这就造成了矿区的地质构造复杂，地应力多变的情况，为了确保采矿工程的安全施工，对其地应力的精确测量是极为重要的。

3.2深部开采造成的危害性分析

在采矿过程中，安全一直都是一个重要问题，因为工作中安全事故的发生是不能够完全避免的，并且这些事故的发生概率还比较高，所以需要对采矿工程中安全防范方面加大重视程度。岩石力学在开采工程中的数据测量，不仅可以得出具体的开采方案，还能给出具体的地质情况数据，从而避免一些安全事故的发生。

在深层地带开采，任何危险情况都有可能出现，比如说塌陷，岩爆现象，再者就是温度因素，温度过高，就会让岩层周围的压力值会越来越大，温度也随之增加，因此在研究中还需要考虑到时间与温度这一外力因素，尤其是在开采过程中，存在着太多不确定的因素，对人的生命安全和财产安全都有一定的威胁。

4金属矿山开采工程今后的发展愿景

虽然目前对于金属矿山开采工程，岩石力学的应用已经初见成效，但是在技术应用和创新上还有一定欠缺，由于采矿业巨大的利益效应，国家和政府，甚至是企业都对深部地层存在的矿产资源变的重视起来，所以对地质层的研究程度也重视起来，随着目前我国大多数浅表地层的金属矿产资源的挖掘，资源越来越少，越来越难开采出来好矿，所以寻找埋藏较深的金属矿资源就成为重中之重的问题，相对于浅表岩层而言，深部采矿更需要技术的支持。这些特点尤其是在寻找深部矿产资源时最为突出，所以根据我国金属矿山资源开采情况，研究开采深层矿任务越来越紧迫。岩石力学在今后的发展中，可能被用到的地方会很多，要积极发挥它的优势。从当下工程建设情况来看，越来越多的工程选择建立在软层岩石之上，（包括膨胀岩石）之上，运用岩石力学测量各种因素的应力值，越来越重要。经济的高速发展，地下空间得到利用，像地下隧道、地铁等，建造时还应考虑地表岩石所能承受的最大值，岩石力学就可以很好的显示这一数值的变化情况。金属矿山开采工程中的岩石力学在深层地带的作用力更大一些，所以今后研究方向应主要集中在深部岩石的本质和特点上，保证深部开采工程的稳定，为金属矿山开采提供一个良好的开采环境。深部岩石力学环境一般为三高走向，一旦对深部岩体进行开采，它的岩层走向和内部组织结构都会随之而变化，所以在深部地带进行开采，很多难以预料的事情都有可能发生，给开采人员带来危险。所以说岩石