程 涌

（云南亞融礦業(yè)科技有限公司，云南 昆明 650093）

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(jì)發(fā)展水平。近年來，巖石力學(xué)發(fā)展迅速，具有極強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性。巖石力學(xué)涉及到采礦、水利水電、地質(zhì)、地震、石油、等諸多領(lǐng)域，當(dāng)然應(yīng)用最為廣泛的就是金屬采礦工程[1]。將巖石力學(xué)應(yīng)用在采礦工程中，可以對(duì)采礦地區(qū)的巖體進(jìn)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(jìn)行[2]。

1 巖石力學(xué)分析

巖石力學(xué)是一門探究巖石性狀的理論與應(yīng)用的學(xué)科。巖石力學(xué)作為新興學(xué)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(xué)是建立在材料概念上提出來的，主要受材料力學(xué)和固體力學(xué)的影響[3]。在實(shí)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(shí)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(duì)地應(yīng)力的測量是為了進(jìn)一步確定采礦區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)礦區(qū)的整體應(yīng)力情況進(jìn)行確立，對(duì)巖體中一點(diǎn)的三維應(yīng)力測量可以通過坐標(biāo)系中的分量進(jìn)行表示出來，這種坐標(biāo)系具有六個(gè)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?yàn)闇y量的坐標(biāo)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(gè)測量點(diǎn)所設(shè)計(jì)到的巖體各種大小都會(huì)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(duì)于巖體而言，任何的規(guī)格都可以視為一個(gè)點(diǎn)。因?yàn)榈貞?yīng)力的狀態(tài)多變并且內(nèi)部復(fù)雜，所以為了精確的測量某一個(gè)礦區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，需要對(duì)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，再通過對(duì)這些點(diǎn)的分析，進(jìn)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)掩體內(nèi)部需要測量的點(diǎn)位，將大孔的深度和寬度進(jìn)行確定，之后再在大孔的底心打一個(gè)小孔，小孔的深度大約在360mm～380mm內(nèi)，在這兩個(gè)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?yàn)橹挥型ㄟ^應(yīng)力平衡得到變化，小孔才會(huì)受力變形，在這給情況下，小孔的受力情況會(huì)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(jìn)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(gè)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(huì)使巖體變性或者破壞巖體結(jié)構(gòu)，會(huì)給采礦工程帶來巨大的破壞。對(duì)于施工地區(qū)的地應(yīng)力需要有一個(gè)清晰的了解，并且根據(jù)地應(yīng)力的情況特征規(guī)劃一個(gè)合理的開采計(jì)劃，確保在開采礦石的過程不會(huì)因?yàn)榈貞?yīng)力不均衡導(dǎo)致事故的發(fā)生，保證采礦的安全。對(duì)地應(yīng)力的確定是一切開挖工作的前提，只有對(duì)地應(yīng)力有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)后，相關(guān)的后續(xù)工作才能夠在一定安全基礎(chǔ)下進(jìn)行。根據(jù)彈性力學(xué)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(gè)主應(yīng)力的比值。

在理想狀態(tài)下他們應(yīng)該是一個(gè)橢圓，才能確保不會(huì)有巷道和采場周圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象的產(chǎn)生，這個(gè)橢圓的兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)下設(shè)立，其周圍的應(yīng)力就會(huì)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(jìn)行平行。在實(shí)際的采礦工程中由于其地形復(fù)雜，所以存在著很多的多變因素，僅僅利用理論知識(shí)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(jì)算方法應(yīng)有盡有，可以進(jìn)行上億次數(shù)的計(jì)算，這也就使得對(duì)采礦工程的計(jì)算成為了一項(xiàng)可行的事情。通過對(duì)已知的地應(yīng)力進(jìn)行分析，對(duì)工程的其他數(shù)據(jù)進(jìn)行定量的計(jì)算，獲得精準(zhǔn)的結(jié)果。所以在進(jìn)行計(jì)算機(jī)測量的時(shí)候要對(duì)地應(yīng)力有所了解，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性。

3 巖石力學(xué)在采礦工程中的具體應(yīng)用

3.1 對(duì)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(jìn)行礦體開采或者挖掘工作時(shí)，需要對(duì)地應(yīng)力有一個(gè)清晰的了解和掌握，只有這樣才能在實(shí)際的采礦過程中對(duì)礦山的開采工作做出科學(xué)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(yùn)動(dòng)也十分的多，這就造成了礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地應(yīng)力多變的情況，為了確保采礦工程的安全施工，對(duì)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(gè)重要問題，因?yàn)楣ぷ髦邪踩鹿实陌l(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(duì)采礦工程中安全防范方面加大重視程度。巖石力學(xué)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(duì)礦場邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(jìn)行，隨著開采工作的進(jìn)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(dāng)前在巖石力學(xué)的發(fā)展中，已經(jīng)被全面應(yīng)用到采礦工程當(dāng)中了，通過對(duì)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(jìn)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(xué)在其中的應(yīng)用也會(huì)得到更大的開發(fā)研究，或許在未來，巖石力學(xué)就會(huì)成為采礦學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科了。當(dāng)然在看到巖石力學(xué)應(yīng)用在礦業(yè)開采工程中的優(yōu)勢時(shí)，我們同時(shí)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(jìn)，積極的研究關(guān)于地質(zhì)力學(xué)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(huì)得到有效的提高，國家的工業(yè)工程才會(huì)有更大的進(jìn)步。