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岩石力学在金属采矿工程运用研究

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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。在金属矿山开采工作中,岩石力学主要应用于对周边地质环境的确定,明确矿洞的承载力度,确保采矿工作的正常进行,因此在一定程度上有效的节约了采矿成本,降低了采矿风险。

关键词:岩石力学;采矿工程;应用

金属矿山的开采在我国历史悠久,可分为露天开采和地下开采,开采技术直接影响国家经济发展水平。近年来,岩石力学发展迅速,具有极强的应用性和实践性。岩石力学涉及到采矿、水利水电、地质、地震、石油、等诸多领域,当然应用最为广泛的就是金属采矿工程[1]。将岩石力学应用在采矿工程中,可以对采矿地区的岩体进行专业的侦察,有助于拟定采矿方案,确保采矿工作的正常进行[2]。

1岩石力学分析

岩石力学是一门探究岩石性状的理论与应用的学科。岩石力学作为新兴学科,在工程中应用却十分广泛,比如在公路建设、地质工程、水利建设、采矿工作等中都有应用。岩石力学是建立在材料概念上提出来的,主要受材料力学和固体力学的影响[3]。在实际环境中要避免将岩石只是作为一种工程材料,作为天然的地质实体,也可以将其称为岩体,能够造成特殊的地质构造。

2矿山地应力测量

2.1地应力的测量方法

对地应力的测量是为了进一步确定采矿区域的应力状态,对矿区的整体应力情况进行确立,对岩体中一点的三维应力测量可以通过坐标系中的分量进行表示出来,这种坐标系具有六个分量,可以根据需要和方便随意选择,但是大多情况都是以地球为测量的坐标系[4]。通过应力的分量从而测得主应力的大小和分量,这样测的数据不仅精确而且测量过程十分方便。在测量中每一个测量点所设计到的岩体各种大小都会有,从几立方厘米到几立方千米都是有可能存在的,这主要是取决于采取的测量方法。对于岩体而言,任何的规格都可以视为一个点。因为地应力的状态多变并且内部复杂,所以为了精确的测量某一个矿区的地应力状态,需要对多个点进行测量,再通过对这些点的分析,进行数值分析和数据处理,建立出矿场的地应力场模型。目前有一项标准的测量程序,其具体步骤包括:首先从岩体表面,再地下巷道或者隧道等表面向岩体打孔,到达掩体内部需要测量的点位,将大孔的深度和宽度进行确定,之后再在大孔的底心打一个小孔,小孔的深度大约在360mm~380mm内,在这两个孔打好之后再用一套专用的装置将测量探头安装到小孔的孔心部位;最后一步则是用第一次打大孔用的薄壁钻头继续延伸大孔,使得小孔周围的应力平衡接触,因为只有通过应力平衡得到变化,小孔才会受力变形,在这给情况下,小孔的受力情况会由测量探头测定并且将数据记录下来,根据所测的小孔变形数据进行公式处理算出小孔周围岩体的原岩应力状态情况。

2.2地应力测量的重要性

地应力是一种存在于地层各个地方的自然力,其在、利建设、土木工程等地下开挖工程中都会使岩体变性或者破坏岩体结构,会给采矿工程带来巨大的破坏。对于施工地区的地应力需要有一个清晰的了解,并且根据地应力的情况特征规划一个合理的开采计划,确保在开采矿石的过程不会因为地应力不均衡导致事故的发生,保证采矿的安全。对地应力的确定是一切开挖工作的前提,只有对地应力有了一个清晰的认识后,相关的后续工作才能够在一定安全基础下进行。根据弹性力学理念,巷道和采矿场的最佳地理位置是取决于其断面的两个主应力的比值。在理想状态下他们应该是一个椭圆,才能确保不会有巷道和采场周围的应力集中现象的产生,这个椭圆的两个半轴的长度之比则就是断面内的应力之比。巷道和采场在这种标准下设立,其周围的应力就会处于均匀分布状态,使得其工作环境足够稳定。根据地应力的具体情况做好巷道和采场的开发,而且为了确保采矿工作不受地应力的影响,最好是将巷道和采场的走向与最大主应力的方向进行平行。在实际的采矿工程中由于其地形复杂,所以存在着很多的多变因素,仅仅利用理论知识是很难将这些问题考虑完全的。但是现在的科技水平发展迅速,各种计算方法应有尽有,可以进行上亿次数的计算,这也就使得对采矿工程的计算成为了一项可行的事情。通过对已知的地应力进行分析,对工程的其他数据进行定量的计算,获得精准的结果。所以在进行计算机测量的时候要对地应力有所了解,确保数据的真实性和有效性。

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。

3.3对矿场边坡的优化设计

我国许多的露天矿场开采方式都在向着深凹开采的方向进行,随着开采工作的进行,采矿的工作难度也在成倍的增长,所以如何确保开采工程的安全性就成为了企业最关心的问题。当前在岩石力学的发展中,已经被全面应用到采矿工程当中了,通过对地质环境的分析,有效的避免周围山体边坡滑移现象发生,确保采矿工程的施工安全进行。

4结语

随着我国采矿工程的建设程度加深,岩石力学在其中的应用也会得到更大的开发研究,或许在未来,岩石力学就会成为采矿学中的一门基础学科了。当然在看到岩石力学应用在矿业开采工程中的优势时,我们同时也需要看到其自身存在的问题,在工作中不断地克服并且改进,积极的研究关于地质力学方面的发展,通过这样我国的矿业事业发展速度才会得到有效的提高,国家的工业工程才会有更大的进步。

参考文献

[1]李建国.金属矿山井下开采采矿技术[J].世界有色金属,2018(05):81-82.

[2]曹旭.岩石力学在采矿工程中的应用探讨[J].河南科技,2013(18):44.

[3]刘国喜,董山.某金矿采矿方法的优化选择及岩石力学分析[J].金属矿山,2012(09):24-28+36.

[4]李夕兵,姚金蕊,宫凤强.硬岩金属矿山深部开采中的动力学问题[J].中国有色金属学报,2011,21(10):2551-2563.

作者:程涌 单位:云南亚融矿业科技有限公司

岩土力学杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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