金屬礦山采礦工程中巖石力學(xué)的應(yīng)用

緱昆貞

（山東省淄博市金嶺礦業(yè)股份有限公司，山東 淄博 255081）

1 巖石力學(xué)的具體概念

研究表明，巖石力學(xué)在最初階段屬于力學(xué)的一個(gè)分支，僅僅被應(yīng)用于對(duì)巖石力學(xué)的性狀及巖石自身對(duì)周邊物理力場(chǎng)反應(yīng)等方面進(jìn)行分析研究，由此導(dǎo)致巖石力學(xué)中還會(huì)帶有固體力學(xué)及材料力學(xué)等方面的內(nèi)容；而隨著人們對(duì)巖石力學(xué)研究的不斷深入，巖石的賦存條件及自身結(jié)構(gòu)等方面都存在一定的不確定性，因此，巖石力學(xué)也由對(duì)性狀與力場(chǎng)方面的研究，轉(zhuǎn)變?yōu)榱藢?duì)巖石系統(tǒng)工程功能及力學(xué)行為方面的研究控制。隨著時(shí)間的推移，在我國(guó)現(xiàn)代地質(zhì)工程、礦產(chǎn)開(kāi)采、道路建設(shè)及水利建設(shè)等方面都會(huì)應(yīng)用巖石力學(xué)的內(nèi)容，極大地促進(jìn)了我國(guó)工程行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展[1]。

2 金屬礦山地應(yīng)力測(cè)量工作概述

2.1 地應(yīng)力測(cè)量工作的意義

所謂地應(yīng)力，主要是指地層以內(nèi)的任意位置所存在的自然力，通常，任何工程在施工建設(shè)及日常使用的過(guò)程中都會(huì)受到地應(yīng)力的影響或破壞，這主要是由于工程項(xiàng)目下方的巖體結(jié)構(gòu)被地應(yīng)力影響或破壞。因此，在現(xiàn)代金屬礦山開(kāi)采之前，施工單位及人員需要借助現(xiàn)代化技術(shù)與設(shè)備，對(duì)施工地區(qū)的地應(yīng)力進(jìn)行探測(cè)，以此來(lái)制定出詳細(xì)的開(kāi)采方案，同時(shí)確保當(dāng)開(kāi)采區(qū)域出現(xiàn)問(wèn)題之后，能夠及時(shí)有效的進(jìn)行處理，保障施工單位及人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

施工人員還需要借助斷面位置兩個(gè)主應(yīng)力的比值，以此來(lái)對(duì)礦場(chǎng)開(kāi)采及巷道位置進(jìn)行確定，避免這些區(qū)域內(nèi)部的應(yīng)力出現(xiàn)集中現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)采環(huán)境的穩(wěn)固性進(jìn)行保障。不過(guò)，由于金屬礦山開(kāi)采工作存在極大的復(fù)雜性，極大的影響著開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。為此，相關(guān)人員可以利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)等技術(shù)，對(duì)金屬礦開(kāi)采工程進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，并確保計(jì)算結(jié)果的精確度與真實(shí)性，以此來(lái)確定地應(yīng)力是否會(huì)對(duì)開(kāi)采過(guò)程造成影響，進(jìn)而對(duì)金屬礦山開(kāi)采工作的質(zhì)量與效率進(jìn)行保障。

2.2 地應(yīng)力測(cè)量工作的方法

為了對(duì)開(kāi)采區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)及整片礦區(qū)應(yīng)力狀況進(jìn)行明確，相關(guān)人員還可以借助建立坐標(biāo)系，通過(guò)內(nèi)部各個(gè)分量進(jìn)行三維應(yīng)力的測(cè)量，由于在坐標(biāo)系內(nèi)部存在六個(gè)分量，相關(guān)人員可以根據(jù)不同情況來(lái)進(jìn)行合理選擇。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)這一方法測(cè)得的參數(shù)信息具有極高的精確度，同時(shí)還可以提高測(cè)量工作的便利性。不過(guò)由于地應(yīng)力的狀態(tài)多且復(fù)雜，為此，當(dāng)相關(guān)人員在對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要同時(shí)對(duì)多個(gè)不同的點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量，之后再將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，創(chuàng)建出相應(yīng)的力場(chǎng)模型，以此來(lái)促進(jìn)地應(yīng)力測(cè)量工作水平與質(zhì)量的提高[2]。

3 巖石力學(xué)應(yīng)用于采礦工程的意義

眾所周知，任何礦產(chǎn)資源開(kāi)采之前都處于巖層的包裹中，由此導(dǎo)致在不同礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的過(guò)程中都會(huì)應(yīng)用巖石力學(xué)方面的內(nèi)容，具體如下：①任何礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)都屬于動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)勞動(dòng)，在實(shí)際的挖掘過(guò)程中，需要根據(jù)礦脈延伸的具體方向及工程施工距離進(jìn)行實(shí)時(shí)變更，無(wú)法按照固定方向進(jìn)行挖掘；而由于挖掘方向變化之后，巖層內(nèi)部的力學(xué)性質(zhì)也會(huì)隨之產(chǎn)生改變，加之地下水及地應(yīng)力等因素的影響，極易對(duì)井下施工人員的生命安全造成危害，進(jìn)而對(duì)施工企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益造成影響；②由于金屬礦山周圍的巖層屬于地質(zhì)體，在長(zhǎng)期的地質(zhì)活動(dòng)中極易出現(xiàn)形變等問(wèn)題，導(dǎo)致地質(zhì)體內(nèi)部存在一定的巖石結(jié)構(gòu)，為了避免一些不良因素及問(wèn)題對(duì)施工過(guò)程造成影響，相關(guān)人員需要加強(qiáng)巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用。

4 巖石力學(xué)應(yīng)用于采礦工程的特點(diǎn)

通常情況下，采礦工程大多在深處底層進(jìn)行作業(yè)，且礦山自身的地質(zhì)條件也較為復(fù)雜，對(duì)開(kāi)采工作有著極大的影響。為此，相關(guān)人員在進(jìn)行日常工作時(shí)需要加強(qiáng)巖石力學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用，以此來(lái)預(yù)測(cè)開(kāi)采區(qū)域巖體結(jié)構(gòu)的變化，并制定出健全完善的預(yù)防方案，確保當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變等問(wèn)題后，相關(guān)人員根據(jù)預(yù)防方案進(jìn)行有效處理，避免施工人員及單位生命財(cái)產(chǎn)安全受到影響，進(jìn)而促進(jìn)采礦單位及整體行業(yè)的健康發(fā)展。

5 巖石力學(xué)在現(xiàn)代技術(shù)礦山采礦工程中的實(shí)際應(yīng)用

5.1 加強(qiáng)深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

在傳統(tǒng)礦產(chǎn)開(kāi)采的過(guò)程中，施工人員普遍使用靜態(tài)確定系分析的極限平衡技術(shù)對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行加固，不過(guò)，由于部分礦山自身巖層狀況較為復(fù)雜，且露天礦邊坡的具體狀況無(wú)法固定，由此導(dǎo)致實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程極易受到影響。為此，相關(guān)人員可以加強(qiáng)巖石力學(xué)的應(yīng)用，以此來(lái)加強(qiáng)深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)加工方法，同時(shí)結(jié)合地應(yīng)力及巖體的實(shí)際狀況進(jìn)行分析，確保在最大程度上制定出合理的施工方案，進(jìn)而提高露天礦邊坡的穩(wěn)定性。

5.2 加強(qiáng)金屬礦山采礦設(shè)計(jì)的優(yōu)化

研究發(fā)現(xiàn)，金屬礦床的形成及開(kāi)采過(guò)程都會(huì)在很大程度上受地應(yīng)力的影響，因此，為了保障開(kāi)采工作的水平與效率，相關(guān)單位及人員需要在日常的工作過(guò)程中加強(qiáng)巖石力學(xué)的應(yīng)用，以此來(lái)加強(qiáng)采礦設(shè)計(jì)工作的優(yōu)化。

同時(shí)借助現(xiàn)代化測(cè)量設(shè)備，對(duì)礦山周圍的水文、地應(yīng)力及工程地質(zhì)等方面進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，尋找最為合適的開(kāi)采方式，同時(shí)合理選擇安全保障及加固措施，進(jìn)一步提高采礦工作的安全性，進(jìn)而促進(jìn)礦產(chǎn)開(kāi)采領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展[3]。

5.3 加強(qiáng)對(duì)礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量的分析

當(dāng)前時(shí)期，在現(xiàn)代金屬礦山開(kāi)采過(guò)程中，巖石力學(xué)還會(huì)應(yīng)用于對(duì)礦山地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量分析的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行分析可知，巖層底部的地應(yīng)力，能夠引起地上的道路、建筑、水利及部分地下工程出現(xiàn)形變及損壞等問(wèn)題，極大地影響著人們正常的日常生活及社會(huì)正常發(fā)展。為此，相關(guān)人員可以借助巖石力學(xué)，對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，以此來(lái)選擇合理的施工方案，并借助大量先進(jìn)技術(shù)對(duì)井下巷道進(jìn)行加固，確保在足夠的安全保障下，逐漸提高生產(chǎn)效益，進(jìn)而推動(dòng)礦產(chǎn)企業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

5.4 加強(qiáng)對(duì)礦山深部開(kāi)采危害性的分析

除了以上方面之外，巖石力學(xué)還會(huì)應(yīng)用于對(duì)礦山深部開(kāi)采危害性分析方面；由于礦山內(nèi)部巖層的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且礦產(chǎn)開(kāi)采工作存在較高的風(fēng)險(xiǎn)性，例如，在國(guó)外某些礦場(chǎng)開(kāi)采時(shí)，偶爾會(huì)出現(xiàn)巖石爆炸、礦山震動(dòng)等現(xiàn)象，而某些問(wèn)題會(huì)造成極大地破壞力與殺傷力，對(duì)施工人員的生命安全有著極大的威脅。為此，相關(guān)人員需要借助巖石力學(xué)，對(duì)礦山深部開(kāi)采工作的危害性進(jìn)行充分分析，同時(shí)加強(qiáng)安全防范措施的應(yīng)用，并在日常工作過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行宣傳教育，促使企業(yè)員工能夠明確深部開(kāi)采事故的危害性，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)在最大程度上降低事故問(wèn)題出現(xiàn)的概率，進(jìn)而對(duì)采礦工程的健康發(fā)展提供保障。

6 金屬礦山開(kāi)采工作的未來(lái)發(fā)展

在未來(lái)金屬礦山的開(kāi)采過(guò)程中，為了提高開(kāi)采工作的效率與質(zhì)量，相關(guān)人員首先需要在礦山的淺層位置進(jìn)行開(kāi)采，以此來(lái)確定礦山內(nèi)部巖體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相關(guān)人員需要采用拉壓復(fù)合方式，來(lái)對(duì)巖體自身的強(qiáng)度進(jìn)行確定，同時(shí)對(duì)整體巖層的強(qiáng)度進(jìn)行確定。之后，施工人員需要借助淺層開(kāi)采的方式來(lái)確定巖層內(nèi)部的穩(wěn)定性，為此，相關(guān)人員需要對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行多次的支護(hù)處理，避免由于單次或兩次支護(hù)導(dǎo)致穩(wěn)定性數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問(wèn)題的出現(xiàn)。最后，相關(guān)人員還需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行確定；通過(guò)借助淺層開(kāi)采過(guò)程為依據(jù)，結(jié)合傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)理論，提高采礦工程穩(wěn)定性控制的水平，進(jìn)一步促進(jìn)采礦工程效率的提高[4]。

7 總結(jié)

綜上所述，隨著時(shí)間的推移，我國(guó)采礦行業(yè)得到了極為快速的發(fā)展，不過(guò)，在部分金屬礦山開(kāi)采過(guò)程中，由于巖體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且穩(wěn)定性無(wú)法得到保障，影響著采礦工程的效率與質(zhì)量。為此，相關(guān)人員需要在日常的施工過(guò)程中加強(qiáng)現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，并結(jié)合巖石力學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)，強(qiáng)化提高礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程的水平與效率，降低采礦過(guò)程所投入的成本，同時(shí)保障施工單位及人員的安全性，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)及工業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。