浅析岩石力学在采矿工程中的应用及问题探讨

摘要：现如今，随着我国国民经济的飞速发展，人们在生产生活之中对于矿物的需求量也在逐渐的增加，现今，物产丰富的中国已经成了世界的采矿业的重头。而采矿工程在社会建设发展中的地位也越来越凸显，成为人们十分热衷的话题。而在具体的采矿工程中离不开对岩石力学的应用，其作为地质学和力学之间的一门边缘学科，其应用已经比较广泛。本文就将对我国岩石力学在非金属矿山采矿工程中的应用进行分析探讨。

关键词：岩石力学；采矿；问题；措施

中图分类号： P58 文献标识码： A

在矿山的开采中对于岩石力学的应用是非常普遍的，其主要来源于大规模的工程实践。由于采矿工程一般规模比较大、施工条件复杂，不管是地下还是露天的采矿工程，都是以具有地质构造的岩石为对象，这也就决定了岩石力学的问题将贯穿于整个采矿工程的实际。在采矿工程中的岩石力学，主要包括岩石的稳定性以及强度等，它是会随着矿山中岩石内部的结构发生不同的变化。与此同时，因为采矿工程是一个动态的过程，所以在这其中岩石的力学性质会随着矿山工程的进展发生变化，还有就是自然环境也对其有一定的影响。这就决定了在矿山工程中的岩石力学应用手段必须多样化。

1、岩石力学研究的目的和内容

岩石力学研究的目的是对矿区内不同类型岩体的地质结构、岩石组成及其强度和应力的资料给以解释，按岩石力学的要求对矿、岩体进行分类，以便根据其自然崩落性选择合适的开拓方式和采矿方法，从而为制定采矿试验计划和编制采矿设计提出推荐意见。

岩石力学研究的主要内容有：断层和破碎带的位置、形态和相对运动；不同类型岩石及其夹层的抗压、抗张、抗剪强度；微裂隙的类型及系统；区域残余应力的大小、方向和变化；应力释放的方法；在一段时间内岩石的应力集中及其移动的性态，坑内井巷工程不同支护方法的效果；使应力影响减少到最小的井巷工程的位置及方向等等。

2、背景研究

2.1、采矿工程的力学背景

采矿工程的力学背景，主要指的是在原有平衡关系的基础之上建立起新的平衡结构，它具有一定的时代特色。现如今，采矿工程已经打破了以往的规划设计理念和方法。主要表现在：对相关地表下经历数亿年形成的平衡结构的，建立起来一个新的稳定空间，更加的具有平衡性，很好的减少了岩石碎裂现象的发生。也就是说在具体的采矿工程的工作中一定要注意其开采的背景，注重工程的安全性问题，以此来极大地维持好新建的平衡空间的稳定性。

2.2、岩体力学的时代背景

岩体力学不是一门系统的学科，它属于地质学与力学之间的一门边缘学科，但是它却可以帮助施工人员解决一些地质学和力学无法解决的实际问题，现如今我国对于岩石开采量逐年增大，所涉及的规模和复杂程度也不是同日而语，在智能化时代中处理这些规模巨大的岩石问题时必须要采用岩体力学的知识来加以帮助，我国的地质人员经过努力已经在这方面积累下了丰富的经验，虽然说与国际先进水平相比还是有一定差距，但也不可否认我国在这方面所做出的进步，不足之处主要是在于我国在综合实际应用过程中未能将已有的研究成果灵活成功应用到过程实践中去。

3、岩石力学和其他学科在采矿中的结合应用

在采矿工程中对于岩石力学的应用并不是单一化的，而是同其他的一些应用性的基础学科相结合应用的。岩石力学的理论基础是相当广泛的，也就涉及到很多的其他的基础性应用学科。主要有：

3.1、固体力学

固体力学是一门在力学当中形成的比较早且其理论性比较强的分支，固体力学主要是对可变形固体在外界因素作用下对于它内部的质点所产生的各种规律的研究。而在具体的采矿工程中，固体力学的应用主要有材料力学、结构力学以及断裂、损伤力学等等。

3.2、流体力学

流体力学主要是对于流体本身的静止以及运动状态，以及其在运动时的相互作用规律的研究。在这其中对于流体研究最多的就是水和空气。比如说在采矿工程中的地下采矿工程中，主要研究的对象就是地下的水以及瓦斯等矿井气体。而在露天的采矿工程中，主要研究的对象就是当地开采的地质以及相应的自然条件。

3.3、爆炸力学

爆炸力学是研究工作中爆炸的发生情况以及其自身规律，并且做出对爆炸力学效应的合理利用和有效的防护。它主要是从力学的角度来研究爆炸的能量以及急剧转化的过程中产生的各种效应。与此同时，爆炸力学还是流体力学、固体力学以及物理、化学之间的一门交叉学科。

3.4、计算力学

计算力学是综合力学、计算数学和计算机科学的知识，以计算机为工具研究解决力学问题的理论、方法，以及编制软件的学科。从20世纪50年代以来，它在力学的各分支学科和边缘学科中得到了很大的发展，无论是在科学研究还是工程技术中均得到了广泛应用。常见的计算力学方法并已广泛用到数值模拟计算中的有:几何非线性有限元法、热传导和热应力有限元法、材料非线性有限元法、离散元法、无网格法、有限差分法、非连续变形分析等。以计算力学为基础的数值模拟方法在采矿工程中的研究应用也正广泛地开展起来。

4、力学问题与采矿工程的关系

4.1、钻井工作

在具体的采矿工程中，对于钻井的选型，要进行前期的细致检查以及过程中的保养。对于在工程中发生的特殊事故，比如在工程中当采油出现意外、瓦斯发生渗漏的时候等等，就必须应用到力学问题分析对地层致裂和渗流的工作问题。

4.2、矿场环境监测

在具体的采矿工程中，要对采场的地压进行监测，当出现异常情况的时候，及时预警，同时要考查矿石滚动的规律，一次预防意外事故的发生。对采矿区的路段也要进行严密监测，对露天陡坡进行监测，确保其稳定性。

4.3、爆破工作

对于采矿工程中的爆炸问题要特别的关注，努力做好岩爆机制的预防，关注硬岩的非爆炸破碎方法，研究矿岩的粉碎力学和岩石的爆破力学问题。以此保证爆破工作的顺利、安全开展。

4.4、崩落采矿工作

对于崩落采矿工作，要做到：了解岩石的力学性质、岩性、地质因素等工程以及开挖、回采地压等生产因素，注重它们的关联性。岩石力学对崩落采矿具有关键的指导性作用，其主要的应用范围有：应用岩体自身特征，结合地应力对工程进行控制，达到实现崩落采矿的目的。在采矿工程中使用崩落采矿法的决策时，运用力学充分掌握岩体的断层特点，深入研究岩体的可崩性，才能够将比较适合的崩落采矿方案制定出来。

5、岩石力学在采矿工程中应用现状

5.1、对深部开采所带来的灾害预测

要知道对于矿山的深部开采是一件具有一定危险系数的工作，可能会遇见矿震、岩石爆炸等危险，并且这类事故是常有发生的，目前已经有很多国家有过类似的经历，但是目前对于岩爆的预防以及防止工作却没有引起相应的重视，施工队伍对矿山的开采已经越来越深入，所面临的危险也自然越来越大，因此对于这方面必须加以重视，应用岩石力学的相关知识对工程地质进行调查，应力测量以及一些岩石力学实验，通过对能量的聚集和变化的研究去探讨岩爆的发生原理，从而对岩爆进行一定的防治工作。

5.2、矿山地应力场测量

地应力是存在于地质底层中的天然力量，它是引起在岩石开挖过程中原岩应力发生变化的力量，对其进行研究是对于开采方案进行研究的首要前提，对于采矿工程来说，实现必须要了解掌握具体工程中的地应力状况，这样才能对矿山进行合理的总体布置并且选取适当的采矿方法，长期以来，我们所生存的地球已经经历了无数次的构造运动，逐步演变出地球地应力复杂性，要想安全的进行采矿工程，就必须对其进行实地应力测量。

5.3、大型露天矿边坡设计优化

现在我国已经有很多露天矿山开采转为了深凹开采，随着开采难度的越来越大，对于安全性以及稳定性的维护就越来越难，边坡滑移的破坏事故发生日益频繁，这些都严重的威胁到了矿山开采工作的安全性，但是，减少边坡角滑坡事故与增加成本之间却出现了矛盾，对于这种情况，我们就需要经过精确的定量而不只是定性计算并充分考虑岩体条件和地应力的作用，在能够保证安全的前提条件下，尽量的节省成本，保证工程效益。

6、岩石力学在采矿工程中的发展趋势

岩石力学在采矿工程的发展趋势之一就是多学科的相互交叉综合集成。在采矿工程中，很多不确定的因素都会导致工程的安全性下降。所以在以后的工作中综合地质、力学试验以及物理、化学分析等学科知识将是解决该问题的最好途径。其二是多尺度的综合集成，现阶段，随着矿井开采深度的日益加大，采矿工程中的岩石力学问题出现了热、流、固、化多场并存的状况。所以对于多相运动的研究还有待深入，在以后的工作中将会更加的关注多尺度的综合集成问题。

总而言之，采矿工程是一个十分复杂的系统工程，涉及许多不同的专业领域。而运用力学知识完善采矿工程是现如今采矿业的一大要务，但是力学在促进采矿业发展的同时，依旧存在许多不足。这就要求相关的采矿工作人员应该紧密结合采矿工程实践与采矿工程力学关系理论研究，通过完善我国的采矿技术，提高我国的采矿率，以此来有效地降低采矿成本。

参考文献

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