关键词：岩石力学，金属矿山，采矿工程，应用
一、 岩石力学的概述
1岩石力学的概念
岩石力学是研究岩石在水流、温度等外界因素作用力下的应力、应变、破坏、稳定性以及加固的学科。作为力学的一个分支，新兴的岩石力学与相关学科进行交叉使其应用广泛，尤其是在金属矿石的开采中，得到充分应用。
对于岩石力学，至今还没有一种固定且被公认的模式，人们对已有的模式拥有不同评价，认为其根据材料本身构造关系进行研究，公式化，无法解决工程实际问题。
2岩石力学与地质学的结合
岩石力学基础理论不仅是数学、力学，还需要地质和工程基础，其中包括工程素质的训练，单纯依靠固体力学是无法解决工程实际问题的。岩石是一种地质产物，岩石力学作为基础学科，它的任务就是用于岩石工程建设，包括地质资源的开发工程。所以，地质学必将成为岩石力学技术的基础支持。
底层本身都存在这地应力，岩石都处在受力和被束缚的状态，通过挖掘和开使之应力释放，不同的工艺方法和流程，不同的开挖范围，都影响着应力动态及形状动态，所以在施工中要充分考虑对其动态的分析。地质学与其他科学分支都存在着交叉，与岩石力学拥有相同研究内容。尤其是研究地壳的物质组成和结构，形成和演化的具体过程，地质学是对地质历史的重建，地质学家运用现代化科学技术，使传统地质学进一步发展为现代科学。
3.岩石力学的特点
岩石力学作为新兴学科和边缘学科，应用范围涉及采矿、水利水电、铁道、公路、石油、地下工程、岩石工程等众多领域。随着岩石力学理论研究和工程实践的不断发展，人们将突破对“岩石”固有理解，称其为岩体，由地质构造和重力作用形成的内应力，在采矿过程中，会遇到很多岩石力学方面的问题。
二、相关理论
1岩石的强度理论
岩石力学的轻度理论是岩土工程中最重要的理论，在岩土工程的评价和设计过程中发挥着重要的作用，用岩石力学理论可以判断安全性。岩石力学强度理论也成为强度准则，主要的关注点是当材料损坏时，应力的状态问题。从当前的情况来看，对于岩石力学的研究大部分都是建立在实验基础上的，岩石类的材料破坏是在应力发挥作用的情况下，由于不同应力的物理特性，会对岩石材料产生不同的作用效果，随着对岩石力学的不断探究，专家学者也进行了一系列的学术分析，并且形成了相对完善的岩石力学强度准则。
2层状岩体弹性理论
在地层压力、地质构造力、地震力和低温热应力的共同作用下，地下岩体的岩石交界层处岩石与岩石的组合是不同的。交界层面处，在岩石和岩石之间是作为一个整体存在的，具有粘性，而又存在在岩石的交界处被其他物质填充的现象，使其断裂而不能作为一个整体出现，由此可知，在岩石的交界处由于链接的方式不同，使得强度有所改变，也就是说，岩体的强度是受到岩石间的链接方式影响的。
在不具有粘结力层状岩体的假设中，将岩石交界层面称之为层理，不具有粘结力，岩石是自由组合的，且由于岩性的差异，作用在弹性系数上，岩石是直接接触的。
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在具有粘结力层状岩体的假设中，认为岩石交界层面之间存在内聚力，也就意味着相邻岩石是作为一个整体存在的，一旦其层状岩体受力发生变形，相邻两岩石之间的交界层面处不会产生明显的变化，加上层状岩体中各岩石的岩性的差异，在弹性模量的参数上得以反映，不考虑岩石交界层之间物质的厚度。
3岩石的模糊内时本构理论
岩石的模糊内时本构理论是为了描述岩石的硬度而提出的一种全新的确定材料函数的方法，其基本的原理可以概括为，在一定假设条件下，建立岩石内时本构方程及其增量的形式，根据实验的假设和前提条件，利用内时本构方程反向计算出内时间的特定“时刻”的相关函数值，在此基础上利用线性插值公式的方法，来替代材料函数公式，材料函数在这种方法的计算下，更加具有精确性，在描述试验范围内岩石的硬化、软化特性方面更具有优势。
三、采矿工程遇到的岩石力学技术运用
1.矿石地应力场测量
地应力是实现采矿和岩土工程开挖设计的必要前提，只有掌握工程地应力条件，才能对矿山区域进行总体布置，运用合理的采矿方式，结合采石场地形状，测量断面尺寸，设计采矿步骤，对支护结构和时间进行布置，确保安全性前提下，增加矿石的最大开采量，优化采矿工程顺利实现。
随着计算机的应用和发展，在已知地应力前提条件下，可以对采矿工程进行定量计算和分析，如果不能知道和了解工程原始应力状态，则计算结果将缺乏准确性，分析的数据也将失去其应有价值。
2.地应力测量的重要方法
原始的测量方法是需要一点一点测量，利用其周围区域三维状态，根据需要和方向任意选择三维应力状态下的坐标，但测量坐标系，则是由六个应力分量求得三个主应力的大小和方向。实际测量过程中，每一个测量点岩石涉及量可能是几立方厘米甚至几立方米。为了确保准确测量，就需要得出准确的测量点，借助人力测量和计算机技术，建成矿区地应力模型。
四、优化地下采矿设计研究
对于目前的金属矿石开采工程，关注个案和重视技术的发展，对与基础建设研究不够，要确保我国资源可以充分得到供给，要求对金属矿石的开采基础理论进行进一步探究。岩石力学问题一直处在复杂环境，金属矿石深部与浅部灾害特征存在较大差异，浅部开采理论不适用与深部开采工程，具体表现如下：
1.浅部开采所处的地应力水平比较地，采用岩块强度就可以进行作业，而金属矿山开采条件下，地应力水平比较高，公衡岩体周围压力大，并不是简单的受到拉伸力或者压力，而是复合拉压状态，所以工程强度，就不能按照简单岩块强度进行施工，要建立符合开采条件和特点的新型理论。
2.在浅部开采条件下，可以采用传统的线性设计理论，而在金属矿石开采中，工程中所体现出的特性，不仅仅是线性力学那么简单，所以就不能采用一次性设计，要充分考虑线性与非线性力学理论相结合，稳定控制金属矿石开采结构。重点研究金属矿石开采中存在的力学问题，努力减少金属矿石开采过程中对地表环境的损伤。
3.金属矿石开采稳定性问题，是解决开采围岩破坏后与支护系统形成的力学问题，开采印发顶板破断，局部顶板与支架起到二次稳定作用。在金属矿山下，所形成的动应力分布和采集空间多为动态下，承受压力范围也将发生很大的变化。因此，在深入分析金属矿石采场的围岩采动应力时，进一步探求稳定性的控制方法。
五、结束语
在岩石力学的研究中，充分考虑到岩石自身特性，根据不同性质设计不同的开采策略，这必将推动采矿工程的发展。促进岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用。
参考文献：
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[4]蓝航.岩石力学在采矿工程中的研究现状和趋势[J].煤矿开采,2011,(05):9-12+54.
论文作者:梅朝海,李武
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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