董宣

摘要： 随着近年来我国社会经济的快速发展， 对于金属材料的需求量也不断增加， 由此， 也便对金属矿山采矿工程提出了更加严格的标准要求， 基于这一现状下岩石力学得到了越来越广泛的应用。本文主要探讨了岩石力学在金属矿山采矿工程当中对于地应力的测量， 以及矿山采矿设计优化等方面的内容， 希望能够为相关的研究人员提供一些有价值的参考。

关键词： 岩石力学； 金属矿山； 采矿工程； 应用；

岩石力学起源于较大规模的工程实践， 在发展初期岩石力学工程基本都会与采矿工程一同开展。在采矿工程的实践作业过程中岩石工程经常会有着较大规模的应用， 且所面临的工作环境也会十分复杂。岩石力学问题始终存在于采矿工程的各个环节之中， 一方面， 采矿工程的岩体是经过漫长的地质演变所形成的地质体， 在特定的地质环境当中岩体的力学特性往往会较为稳定。另一方面， 因采矿工程有着动态性的特征， 岩体的力学性质也会受到工程大小与开挖方向而产生相应的改变， 并且环境因素也是一项主要影响因素。基于上述特征也便决定了采矿工程中的岩石力学有着高度的复杂性， 因此就必须采用多种手段方式来对其展开研究。

1 岩石力学概述

岩石力学是探究岩石力学性状的一门理论与应用科学， 是力学研究最重要的一项分支内容。作为近代才逐渐兴起的一门学科， 岩石力学的应用范围主要包括了公路、铁路、地质、土木、石油、采矿等众多与岩石工程有关的工程领域。对于岩石力学所作出的定义是基于材料概念所提出的， 主要受到材料力学或是固体力学的深刻影响。伴随着相关岩石力学理论研究以及工程实践的持续深入开展， 人们关于岩石的了解也取得了重大突破。首先， 要尽量避免将岩石仅仅看作是固体力学中的一种材料类型， 作为一种天然型的地质体， 因此更应当将其称之为岩体， 引起具备有相对较为复杂的地质构造与赋存条件， 因此也是一种重要的“不连续介质”。岩石力学作为实践性与应用性兼具的新兴学科，其应用范围涵盖采矿、建筑、水利、铁路、公路、石油、地质、地震、海洋工程、地下工程等多种涉及岩石工程的工程领域。岩石力学不仅是上述工程的理论基础，同时也由上述工程的发展带动了岩石力学的进步。最早对岩石力学的定义是基于材料概念的，并且带有固体力学和材料力学的印记。然而随着工程实践的进步发展，以及岩石力学理论研究的深化完善，人们对岩石及岩石力学又有了新的认识。

2矿山生产特点

（1）矿山生产年份相对较短。在矿山生产的基本条件下，矿山的使用寿命较短是矿山岩石力学分析中必须考虑的一个重要因素。总的来说，矿井的寿命在十年到几十年之间，与其他行业的情况有一定的区别。因此，在矿山岩石力学研究中，有必要通过对其有限时间的分析，来设计安全稳定的工作，为合理使用岩石力学提供保证，使矿山企业能够在经济效益与安全稳定运行之间取得平衡。同时，在矿山工程生产中应采用岩石力学原理，并进行岩石稳定性结构分析。分析了时间与时间的关系，为矿山企业节约支护成本和优化结构资源提供依据。

（2）各类巷道的矿中的作用。在分析矿山巷道的作用过程中，不同类型的矿井巷道的重要性发生了一定的变化。因此，其结构的稳定性会有所不同。在对巷道进行设计时，对其结构进行提前的分析。通过对岩体稳定方案的合理分析，对岩体的应力和强度进行了系统的调整。在这种状态下，经过精细的处理，可以完成正常工程项目设计的内容。同时，在工程实践的背景下，巷道围岩力学中存在着不稳定現象。如隧道穿越等问题，需要进一步分析论证，以调整工程设计内容，充分实现巷道的功能和稳定运行。

（3）巷道更新速度快。对于矿井巷道工程的内容，矿井巷道不仅大，而且在不断更新，主要是因为在矿井生产中，随着新巷道的掘进，旧巷道也会被破坏。在矿山正常生产过程中，巷道支付的维护成本过高，已成为制约矿山经济效益的重要因素。因此，对矿山岩石力学分析的背景下，有必要通过对矿山生产特点和矿井基本需求分析构建节约型矿山经营模式和维护计划，有效缓解矿山岩石力学的制约因素，为矿井结构资源优化和矿山工程项目发展的大力支持。

3 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：

⑴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；⑵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；⑶采用专项设备固定到小孔中部位置；⑷采用薄壁钻头加深打孔， 确保小孔附近岩芯能够消除应力。

4 矿山采矿设计优化

金属矿床的形成、赋存以及开采稳定程度都会直接受制于地应力场控制。因此， 就必须将地应力作为切入点来实施金属采矿设计优化。按照实际测量所获得的地应力以及工程地质实况、水文地质、矿岩物理力学特性等资料信息， 并再进一步结合以具体的赋存与开采条件， 实施定量测算分析， 选取出适当的开采作业方式， 明确出合理化的开采布设方式、结构参数、开采次序、支护加固、地压控制等相关措施手段， 来实现对金属矿山开采的安全保障。

具体的优化过程为：采集基础资料→确定初步方案→多方案测算分析→多目标决策优化→技术实施→现场测取与分析→改进并完善方案。这一理论完全考虑到了采矿岩体本身的非线性特点与采矿多端行及开挖特征， 合理化的运用数值分析、大数据统计分析等现代化的技术手段， 来为保障采矿设计提供了科学化的手段方式。

结语

总而言之， 伴随着岩石力学在金属矿山采矿工程中应用范围的日渐广泛， 也直接促使我国在岩石力学方面的研究达到了世界领先地位。在本次研究中简要阐述了岩石力学的基本特点， 并进一步就针对岩石力学在矿山地应力测量作业中的实际应用情况展开了深入探究， 最终对矿山采矿提出了几点设计优化建议。相关的工作人员还应当充分结合采矿工程的具体情况， 来更加深入的探究岩石力学在采矿工程当中新的应用内容。

参考文献：

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