关键词：金矿，开采，岩石力学
一、某金矿的地质背景
本文以华北板块为例，对金矿开采的优化选择和岩石力学进行分析。华北板块的地质结构相对来说比较简单，结构呈现断裂状态，并且有岩浆遍布其中，富含丰富砂砾的长石砂岩、硬砂岩以及黏土质砂岩是主要成分。第一层地质是结构较松散的堆积物，这就要求在金矿的开采过程中，必须首先考虑周围的岩石结构，基于此对如何优化开采方法进行探究。
二、金矿采矿的优化选择
该地区的开采时深部采矿，意味着在开矿过程中，方法的选择要充分考虑对地压的控制，经过综合考虑，选取上向进路充填采矿法，为了保障矿区的安全，防止因采矿造成的地面坍塌及其他危害性事件发生，采矿团队以采矿区的实际情况出发，从进路充填体积充填作业方面对进路充填采矿方法进行深入的研究，在次分析基础上，用理论指导实际，提出了相对合理的方法建议。
首先，充填体强度的影响。倘若充填材料的强度与金矿的岩石强度相比相差很大，会对周边岩石层应力的传递和吸收效果产生较大的影响，也就是说，如果充填体的强度相对较高，意味着其独立性很比较好，能够实现对金矿周围岩石层的支撑作用，保持地质结构的稳定性，但当充填体的强度不足时，其支撑能力的效果会大大削减，稳定性、安全性难以得到保障，在岩层受到破坏，必须最大限度的延长其变形的时间。这就是为何在优化的过程中，采用强度高的材料进行填充，但在现实的操作中，对破坏相对严重的地区，需要同时考虑充填接顶的高度。
其次，采矿和充填的转换时间。在金矿开采完成后，应当立即进行填充的准备，只有这样，才只能真正及时的实现对周围岩层的支撑作用，一旦出现岩层变形，如果不能及时进行充填，则会产生连带效应，导致受损面积越来越大，甚至难以控制造成坍塌。除了及时的进行充填，充填的转换时间也是至关重要的因素，如果在充填的过程中，充填转换时间过长，同样会导致金矿周围的岩层破坏，印象地表岩层移滞后期，并且会是破坏的速度比之前更快，这就要求在充填要及时，并且在充填过程中要注意效率，避免工程时间过长，以充分实现充填体对金矿岩层的保护作用。因此，针对这一现象，建议再金矿开采之后，立即实现充填，真正做到一采一填。
最后，填充体作用力分析。金矿开采之后的充填期间，充填体会经过自然沉降，后逐渐凝固这一过程，在此过程中，会产生静止水平侧压力的作用，增加粘度，来提升充填体的支撑效果，以更好的达到稳定状态，实际上，在金矿的开采中，要求矿体的倾斜角度必须为30度，这个固定的角度是充填胶结材料的必要条件，只有满足之一条件，才能让金矿铲运机工作运行时加速充填效率，达到主动的作用力。
通过对金矿采矿充填体作用力的分析，可以得出结论，在将充填材料冲入金矿采矿厂的过程中，会对矿区的地质结构产生支撑保护的作用，但充填体的主动作用和侧压力是有时效性的，要求在矿区充填设计时，把握这一点，让充填体的被动作用充分的显现出来。
通过以上分析，上向进路充填采矿法是相对较好的一种方法，要针对矿区的实际条件，以适当的宽度和高度使主动作用力和被动作用力充分发挥效用。
三、在金矿充填中的岩层力学的分析
在金矿开采的过程中选用上向进路充填采矿法，而采矿的过程是通过回采的进路实现的，这就要求了在回采进路、联络巷道以及金矿沿脉平巷中药保持状态的稳定，以安全开采为首要前提，再次基础上提高生产的效率。
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首先，运用回采进路采矿方法的矿坑岩体的应力分析。根据进路推进的方向，作用在进路顶板中的压力是以波状形态分布的，并随之向前移动，并在回采进路的上方形成与之相对应的应力降低区，前方及后方同时形成应力的升高区域，从而实现原岩应力，需要说明的是，应力的升高区域和应力的降低区域具体大小和范围宽窄是根据岩层的力学性质、在开采中的开采深度以及顶板的管理方法共同决定的，具体关系表现为，岩层的开采深度越深，顶板岩石的强度越大，应力所能达到的峰值越高，反之，岩层的开采深度越浅，顶板岩层的强度越小，应力的峰值则会降低。在进路回采中，进路周边的岩石会形成应力的升高区，而进路周边的拱脚和立墙出垂直应力相对于墙中心要大得多，进路左右两侧的应力系数大小与进路间超前回采和冒落之间也存在很大的相关性。
上分段的回采程度直接影响着下分段进路周围岩层，一旦上分段进路有没有爆的岩石时，会造成下分段进路岩石的应力集中在一起，产生一中水平方向的拉力，很可能导致进路的断裂。
其次，进路回采方式对应力分布的分析。如果上下两个相邻的分层进路布置不相同，则其岩石力学产生的效果会有很大的差别，一般是以上下分层回采进路交错形成零星分布，引起特殊的应力分布。
在菱形回路上的应力是垂直方向的压力，在断面的上分段进路和下分段进路出会产生效应最大的应力，在同样的负荷条件下，分层的高度增加、进路之间的间距增大以及回路断面的缩小，会打破应力集中的状态，这意味着，分层的高度与应力呈负相关、进路的间距与应力呈负相关，而回采进路与应力呈现正相关关系。在同一条件下，应力集中在拐角处时，承压能力较强。
最后，相邻进路回采对其周围的岩石应力分布分析。在回采进路过程中，选用平行回采、氮进路单侧回采或是双侧回采，需要考虑分段的原因，在以上三种回采的方式当中，对周围产生应力最大的是平行回采进路，这种方式也会直接的导致进路联络道之间相互影响，一般在实际工作中，通常以回踩和隔离相互交叉的办法来让各个进路回采面之间形成间隔，以实现维护岩层的稳定。
通过以上分析，我们对进路充填采矿法进行模拟实验，分为以下几个步骤：
第一，生成三维的几何模型。
第二，设置参数。
第三，赋值，确定初始数值。
第四，运行，使模型达到平衡。
第五，将一步开采的单元转换为空单元，进一步进行开挖。
第六，将一步开采进路的空单元赋予充填体的性质，运行模拟充填体胶结的过程。
第七，开挖二步开采进路单元的空单元，使模型再次达到平衡状态，进行二步开挖。
第八，将二步开采进路的空单元定为尾砂充填体性质，运行模型达到平衡状态，模拟充填完成及充填体的应力状态。
四、结束语
由以上分析可知，在金矿的开采过程中，为保障开采出的金矿的质量以及开采过程的安全性，需要充分结合地质的结构，进行地质岩层的深入分析，并对开采后的金矿及时进行充填，以保障地质结构的稳定，只有真正实现一采一填，才能实现采矿的永续发展。
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论文作者:李武、梅朝海
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
标签：进路论文; 金矿论文; 应力论文; 岩层论文; 岩石论文; 方法论文; 地质论文; 《科技中国》2018年4期论文;