巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用

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1、巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用與發(fā)展學(xué)院能源科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)采礦工程班級(jí)2010級(jí)單招1班學(xué)號(hào)311002040120姓名王兵祥7巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用與發(fā)展[摘要]簡(jiǎn)略介紹了巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用并探討了其發(fā)展趨勢(shì)。[關(guān)鍵詞]巖石力學(xué)；采礦工程；應(yīng)用；發(fā)展一概述巖石力學(xué)是近代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科和邊緣學(xué)科，是一門(mén)應(yīng)用性和實(shí)用性很強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。巖石力學(xué)的應(yīng)用范圍涉及土木工程、水利水電工程、礦山、鐵路工程、地質(zhì)、石油等眾多領(lǐng)域。早期的巖石力學(xué)工作大都是結(jié)合采礦工程進(jìn)行的。采礦工程涉及到底巖石工程往往規(guī)模巨大，而且條件極其復(fù)雜。不論

2、是地下采礦工程，還是露天采礦工程，都是以具有地質(zhì)構(gòu)造的巖石為對(duì)象，巖石力學(xué)的問(wèn)題貫穿于采礦工程的各個(gè)角落。一方面采礦工程中的巖體是地質(zhì)體，它經(jīng)歷過(guò)多次反復(fù)地質(zhì)作用，經(jīng)受過(guò)變形，遭受過(guò)破壞，形成一定的巖石成分和結(jié)構(gòu)，賦存于一定的地質(zhì)環(huán)境中。巖體的力學(xué)性質(zhì)包括巖體穩(wěn)定性特征，強(qiáng)度特征和變形特征，它會(huì)隨著巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的不同而變化。另一方面，由于菜款工程是一個(gè)動(dòng)態(tài)開(kāi)挖過(guò)程，巖體的力學(xué)性質(zhì)會(huì)隨著工程尺寸和開(kāi)挖方向不同而變化，同時(shí)環(huán)境因素（地應(yīng)力、水、溫度）也是影響其性質(zhì)的一個(gè)重要方面。由此可見(jiàn)，巖體力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用是非常廣泛而深入的。7采礦

3、是一項(xiàng)古老的行業(yè)，采礦業(yè)為人類社會(huì)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)的采礦設(shè)計(jì)采用的是經(jīng)驗(yàn)類比法，靠“查手冊(cè)”來(lái)進(jìn)行開(kāi)采方案的設(shè)計(jì)和確定采場(chǎng)的參數(shù)結(jié)構(gòu)，以至于長(zhǎng)久以來(lái)，人們習(xí)慣地認(rèn)為采礦只是一門(mén)工藝而不是科學(xué)。造成采礦設(shè)計(jì)和技術(shù)落后的組要原因是采礦是一門(mén)極為復(fù)雜的工程。巖石力學(xué)是是采礦從工藝向科學(xué)轉(zhuǎn)變的一座橋梁。二巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用巖石力學(xué)在菜款工程中中主要有以下幾方面的應(yīng)用。1.礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)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(kāi)挖工程變形和破壞的根本作用力，是實(shí)現(xiàn)采礦和巖

4、土開(kāi)挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提。對(duì)于礦山設(shè)計(jì)來(lái)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(chǎng)的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開(kāi)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。億萬(wàn)年來(lái)，地球經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次大大小小的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。要了解一個(gè)地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量。7目前普遍采用的地應(yīng)力測(cè)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)

5、間最長(zhǎng)，技術(shù)比較成熟的映眾地應(yīng)力測(cè)量方法。在測(cè)定原始應(yīng)力的適用性和可靠性方面，目前還沒(méi)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(cè)量資料中，有80%是有應(yīng)力解除法測(cè)得的。對(duì)于礦山來(lái)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(cè)點(diǎn)，而不需要向水壓致裂法那樣必須打?qū)ｉT(mén)的鉆孔才能到達(dá)測(cè)點(diǎn)。因而對(duì)礦山地應(yīng)力測(cè)量而言，采用應(yīng)力解除法是最經(jīng)濟(jì)和可靠的。2.地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化礦床的形成過(guò)程、賦存狀態(tài)和開(kāi)采穩(wěn)定性均受地應(yīng)力場(chǎng)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(cè)地應(yīng)力和扎實(shí)的工程地質(zhì)、

6、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(kāi)采條件，通過(guò)定量計(jì)算和分析，選擇合理的采礦方法，確定最佳的開(kāi)采總體布置、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)管參數(shù)、開(kāi)采順序、直呼加固和地壓控制措施，實(shí)現(xiàn)安全高效的開(kāi)采目標(biāo)。優(yōu)化路線如下：基礎(chǔ)資料采集→初選方案確定→多方案定量計(jì)算分析→多目標(biāo)優(yōu)化決策→工程技術(shù)實(shí)施→現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和反分析→修改和完善方案。3.大型深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化我國(guó)一大批大中型露天礦山已經(jīng)或即將由山坡露天開(kāi)采轉(zhuǎn)為深凹開(kāi)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(lái)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

7、產(chǎn)能力的提高。但是另一方面，對(duì)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。一個(gè)年產(chǎn)千萬(wàn)噸的礦山，邊坡角沒(méi)提高1°7就可減少剝離量0.5-1.5億噸，節(jié)省成本1-3億元，經(jīng)濟(jì)效益極為顯著。實(shí)際情況是我國(guó)大型露天礦同國(guó)外相比，邊坡角普遍片換5°左右。這是邊坡設(shè)計(jì)長(zhǎng)期一欄經(jīng)驗(yàn)類比，缺乏科學(xué)計(jì)算和分析的結(jié)果。國(guó)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?tīng)顩r是歲開(kāi)采過(guò)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(lái)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

8、地應(yīng)力。而實(shí)際上這些對(duì)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(duì)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