地應(yīng)力測量與采礦設(shè)計優(yōu)化-課件

1、采礦理論與技術(shù)新進(jìn)展地應(yīng)力測量與采礦設(shè)計優(yōu)化一、地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測量的重要性二、地應(yīng)力場測量的基本原理和主要方法三、地下礦山采礦設(shè)計優(yōu)化四、大型深凹露天礦邊坡設(shè)計優(yōu)化內(nèi)容提要1、蔡美峰著。地應(yīng)力測量原理和技術(shù)。科學(xué)出版社，2000年。2、蔡美峰著。金屬礦山采礦設(shè)計優(yōu)化與地壓控制-理論與實 踐。科學(xué)出版社，2019年。3、蔡美峰主編，何滿潮、劉東燕副主編。巖石力學(xué)與工程?？茖W(xué)出版社，2019年。 參 考 書 第一節(jié) 地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測量的重要性BASIC CONCEPTS AND IMPORTANCE OFIN-SITU STRESS MEASUREMENT第一節(jié) 地應(yīng)力的基本概

2、念及地應(yīng)力測量的重要性什么是地應(yīng)力？ 地應(yīng)力是存在于地層中的天然應(yīng)力，也稱原巖應(yīng)力、巖體初始應(yīng)力、絕對應(yīng)力等。它是引起采礦、水利水電、土木建筑、鐵道、公路和其他各種地下或露天巖土開挖工程變形和破壞的根本作用力。準(zhǔn)確的地應(yīng)力資料是實現(xiàn)采礦和巖土工程開挖設(shè)計和決策科學(xué)化的必要前提條件。 第一節(jié) 地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測量的重要性1.1.1地應(yīng)力的成因30多年來的實測和理論分析表明，地應(yīng)力的形成主要與地球的各種動力運動過程有關(guān)，包括：大陸板塊邊界受壓地幔熱對流地球內(nèi)應(yīng)力地心引力地球旋轉(zhuǎn)巖漿侵入地殼非均勻擴(kuò)容 另外，溫度不均、水壓梯度、地表剝蝕或其它物理化學(xué)變化等也可引起相應(yīng)的應(yīng)力場。1.1 地應(yīng)力

3、的成因及其一般分布規(guī)律中國大陸板塊受到印度洋板塊和太平洋板塊的推擠，同時受到了西伯利亞板塊和菲律賓板塊的約束，產(chǎn)生水平受壓應(yīng)力場。印度洋板塊和太平洋板塊的移動促成了中國山脈的形成，控制了我國地震的分布。 中國板塊主應(yīng)力跡線圖1.1 地應(yīng)力的成因及其一般分布規(guī)律汶川大地震龍門山斷裂帶地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小，但在不同地區(qū)，變化的速度很不相同最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性地

4、應(yīng)力的上述分布很會受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動影響最大1.1.2 地應(yīng)力分布的一般規(guī)律1.1 地應(yīng)力的成因及其一般分布規(guī)律1.2.1 地應(yīng)力分布狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性構(gòu)造運動和重力作用是引起地應(yīng)力的主要原因，其中尤以水平方向的構(gòu)造運動對地應(yīng)力的形成影響最大。當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)主要由最近一次的構(gòu)造運動所控制，但也與歷史上的構(gòu)造運動有關(guān)。億萬年來，地球經(jīng)歷了無數(shù)次大大小小的構(gòu)造運動，各次構(gòu)造運動的應(yīng)力場也經(jīng)過多次的疊加、牽引和改造，造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。即使在同一工程區(qū)域，不同點地應(yīng)力的狀態(tài)也可能是很不相同的，因此，地應(yīng)

5、力的大小和方向不可能通過數(shù)學(xué)計算或模型分析的方法來獲得。要了解一個地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是進(jìn)行地應(yīng)力測量。1.2 地應(yīng)力測量的重要性傳統(tǒng)的采礦及其它巖土工程的開挖設(shè)計和施工是根據(jù)經(jīng)驗來進(jìn)行的（查手冊）。當(dāng)開挖活動是在小規(guī)模范圍內(nèi)和接近地表的深度上進(jìn)行的時候，經(jīng)驗類比的方法往往是有效的，但是隨著開挖規(guī)模的不斷擴(kuò)大和不斷向深部發(fā)展，經(jīng)驗類比法已越來越失去其作用。為了對各種巖土工程進(jìn)行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施工，就必須對影響工程穩(wěn)定性的各種因素進(jìn)行充分調(diào)查。在諸多的影響巖體開挖工程穩(wěn)定性的因素中，地應(yīng)力狀態(tài)是最重要最根本的因素之一。1.2.2 地應(yīng)力對采礦工程的重要性1.2 地應(yīng)力測量的重要性

6、對礦山設(shè)計來說，只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定礦山總體布置，選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，確定巷道和采場的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開挖步驟、支護(hù)形式、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護(hù)時間等，從而在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，最大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，從而實現(xiàn)采礦工程的優(yōu)化。1.2 地應(yīng)力測量的重要性根據(jù)彈性力學(xué)理論，巷道和采場的最佳形狀主要由其斷面內(nèi)的二個主應(yīng)力的比值來決定，為了減少巷道和采場周邊的應(yīng)力集中現(xiàn)象，它們最理想的斷面形狀應(yīng)是一個橢圓，而這個橢圓在水平和垂直方向的兩個半軸的長度之比應(yīng)與該斷面內(nèi)水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力之比相等。在此情況下，巷道和采場周邊將處于均勻等壓應(yīng)力狀態(tài)。這是

7、一種最穩(wěn)定的受力狀態(tài)。1.2 地應(yīng)力測量的重要性在確定巷道和采場走向時，也應(yīng)考慮地應(yīng)力的狀態(tài)，最理想的走向是與最大主應(yīng)力方向相平行。1.2 地應(yīng)力測量的重要性由于采礦工程的復(fù)雜性和形狀多樣性，利用理論解析的方法進(jìn)行工程穩(wěn)定性的分析和計算幾乎是不可能的。但是，近20年來大型電子計算機(jī)的應(yīng)用和各種數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，使采礦工程成為一門可以進(jìn)行定量設(shè)計計算和分析的工程科學(xué)。所有的計算和分析都必須在已知地應(yīng)力的前提下進(jìn)行。如果對工程區(qū)域的實際原始應(yīng)力狀態(tài)一無所知，那么任何計算和分析都將失去其應(yīng)有的真實性和實用價值。1.2 地應(yīng)力測量的重要性第二節(jié) 地應(yīng)力測量原理與方法PRINCIPLES AND

8、TECHNIQUES OF IN-SITU STRESS MEASUREMENT 第二節(jié) 地應(yīng)力測量原理與方法2.1 概述 基本原理 測量地應(yīng)力就是確定存在于擬開挖巖體及其周圍區(qū)域的未受擾動的三維應(yīng)力狀態(tài)（原巖應(yīng)力），這種測量通常是通過一點一點的量測來完成的。 由于地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性，要比較準(zhǔn)確地測定某一工程區(qū)域的地應(yīng)力，就必須進(jìn)行充足數(shù)量的“點”測量。在此基礎(chǔ)上，可以借助數(shù)值分巖體中任一點三維應(yīng)力狀態(tài)析和數(shù)理統(tǒng)計、灰色建模、人工智能等方法，建立工程區(qū)域的地應(yīng)力場分布模型。 主要測量方法直接測量法：由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，如補(bǔ)償應(yīng)力、恢復(fù)應(yīng)力、平衡應(yīng)力，并由這些應(yīng)力量和原巖

9、應(yīng)力的相互關(guān)系，計算出原巖應(yīng)力值。在計算過程中并不涉及不同物理量的換算，不需要知道巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 間接測量法：不是直接測量應(yīng)力值，而是測量巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形或應(yīng)變，彈性波傳播速度的變化等，然后由測得的間接物理量的變化，通過已知的公式計算出巖體中的應(yīng)力值。為了計算應(yīng)力值，首先必須確定巖體的某些物理力學(xué)性質(zhì)以及所測物理量和應(yīng)力的相互關(guān)系。2.1 概述直接測量法 扁千斤頂法 （Flat jack） 剛性包體應(yīng)力計法 （Stiff inclusion stress meter） 水壓致裂法 （Hydraulic fracturing techni

10、que） 聲發(fā)射法 （Acoustic emission technique）2.1 概述間接測量法套孔應(yīng)力解除法 （ Stress relief by overcoring technique ）局部應(yīng)力解除法 （Local stress relief technique）松弛應(yīng)變測量法 （Relaxation strain measurement）孔壁崩落測量法 （Borehole break out measurement）地球物理探測法 （Geophysical technique）2.1 概述2.2 水壓致裂法 測量原理發(fā)展歷史彈性力學(xué)基本理論 孔邊應(yīng)力分布：(1)2.2 水壓致裂法

11、 基本假設(shè)垂直方向是一個主應(yīng)力方向，其值等于自重力巖體線性、均質(zhì)、各向同性滲透符合達(dá)西定律(2)測量步驟(1) 鉆孔（地質(zhì)勘探）、 選段（完整）、 封隔（氣或液）； 直徑：38、51、 76、110、 130；2.2 水壓致裂法 (2)加水壓將孔壁壓裂 (Fracture initial pressure) (3) (3)關(guān)閉加壓系統(tǒng) (shut-in pressure) (4)由(3)和(4)可求出1和2，但需要知道T。2.2 水壓致裂法 (4) 重新加壓使裂隙張開(Fracture re-opening pressure) (5)由(3)，(4)即可求出1，2，不需要知道T。(5) 關(guān)閉加

12、壓系統(tǒng)，再次測得Ps值。(6) 將封隔器完全卸壓，連同加壓管等全部設(shè)備從鉆孔中取出。2.2 水壓致裂法 (7) 測量水壓致裂裂隙的方位。 采用井下攝影機(jī)、井下電視、井下光學(xué)望遠(yuǎn)鏡或印模器。 印模器簡便實用。將印模器連同加壓管路一起送入井下的水壓致裂部位，然后將印模加壓膨脹，鉆孔上的裂隙均即可印在印模器上。印模器裝有定向系統(tǒng)，可確定裂隙的方位。 最后，測點（即試驗段）水平面內(nèi)的二個主應(yīng)力1和2的大小和方向確定了。再加上垂直方向主應(yīng)力v的大小也已知，測點的三維應(yīng)力狀態(tài)（三個主應(yīng)力的大小和方向）就確定了。2.2 水壓致裂法 水壓致裂法的優(yōu)缺點：優(yōu)點：能測深部地應(yīng)力適用于采礦和巖土工程前期地應(yīng)力評估缺

13、點：主應(yīng)力方向是假設(shè)的在多節(jié)理、裂隙巖體中適用性差。2.2 水壓致裂法 2.2 套孔應(yīng)力解除法 測量原理 在應(yīng)力場作用下，巖體產(chǎn)生變形。如果將巖體中的一部分與周圍巖體分離，使其脫離應(yīng)力場作用（實現(xiàn)應(yīng)力解除），這部分巖體中的變形將恢復(fù)，測量出這部分恢復(fù)應(yīng)變，即可計算出作用在巖體上的地應(yīng)力的大小和方向。2.3 套孔應(yīng)力解除法測量步驟1) 從巖體表面(地下巷道、隧道、峒室等表面)向巖體內(nèi)部打孔，直至需要測量巖體應(yīng)力的部位。大孔直徑130mm。大孔深度為巷道、隧道或開挖峒室跨度的3倍以上，從而保證測點是未受巖體開挖擾動的原巖應(yīng)力區(qū)。為了便于下一步安裝測試探頭，大孔要保持一定的同心度，盡量打直。2) 從

14、大孔底打同心小孔，供安裝探頭用，小孔直徑為3638mm。小孔深度一般為孔徑的10倍左右，從而保證小孔中央部位處于平面應(yīng)變狀態(tài)。3) 用一套專用裝置將測量探頭安裝(固定或膠結(jié))到小孔的適當(dāng)位置。4) 用第一步打大孔用的薄壁鉆頭繼續(xù)延深大孔，從而使小孔周圍巖芯實現(xiàn)應(yīng)力解除。由于應(yīng)力解除引起的小孔變形或應(yīng)變由包括測試探頭在內(nèi)的量測系統(tǒng)測定并記錄下來。5) 根據(jù)測得的小孔變形或應(yīng)變通過有關(guān)公式即可求出小孔周圍巖體中的原巖應(yīng)力狀態(tài)。2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法主要測量方法孔徑變形測量法(Borehole diametral deformation measurement)孔底應(yīng)變測量法(Bore

15、hole end strain measurement)孔壁應(yīng)變測量法(Borehole wall strain measurement)空心包體應(yīng)變測量法(Hollow inclusion strain measurement)實心包體應(yīng)變測量法(Solid inclusion strain measurement)2.3 套孔應(yīng)力解除法孔壁應(yīng)變測量應(yīng)力計算原理三軸孔壁應(yīng)變計2.3 套孔應(yīng)力解除法1) 鉆孔圍巖應(yīng)力分布公式三維鉆孔圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)圖2.3 套孔應(yīng)力解除法 一個無限體中的鉆孔，受到無窮遠(yuǎn)處的三維應(yīng)力場(x,y,z,xy,yz,zx)的作用時，孔邊圍巖應(yīng)力分布公式為：(6)(7)

16、(8)2.3 套孔應(yīng)力解除法(9)(10)(11)注意：在上述公式中，原巖應(yīng)力采用的是直角坐標(biāo)系，孔邊的圍巖應(yīng)力狀態(tài)采用柱坐標(biāo)系；柱坐標(biāo)系的z軸和直角坐標(biāo)系的z軸相一致，柱坐標(biāo)系的角從x軸逆時針旋轉(zhuǎn)計數(shù)為正；z為原巖應(yīng)力分量，而z為受開挖影響的孔邊圍巖中任一點z軸方向的應(yīng)力分量。當(dāng)r時, z= z 。2.3 套孔應(yīng)力解除法2)孔壁應(yīng)變和孔壁應(yīng)力之間的關(guān)系式 電阻應(yīng)變花的受力狀態(tài)2.3 套孔應(yīng)力解除法孔壁為平面應(yīng)力狀態(tài)，只有，z，z三個應(yīng)力分量，每個電阻應(yīng)變花的4支應(yīng)變片所測應(yīng)變值，z，45，-45 即（ 135 ）和它們的關(guān)系式為 (12)(13)(14)2.3 套孔應(yīng)力解除法3) 孔壁應(yīng)變和

17、三維原巖應(yīng)力分量(x，y，z，xy，yz，zx)之間的關(guān)系式 將，z，z轉(zhuǎn)變成原巖應(yīng)力分量x，y，z，xy，yz，zx的表達(dá)式，可得到下列方程(15)(16)(17)(18)2.3 套孔應(yīng)力解除法 這就是根據(jù)應(yīng)力解除過程中測得孔壁應(yīng)變值計算原巖應(yīng)力的公式。從6個應(yīng)力分量即可以算出測點三個主應(yīng)力加大小和方向。 每組應(yīng)變花的測量結(jié)果可得到4個方程，三組應(yīng)變花共得到12個方程，其中至少有6個獨立方程，因此可求解出原巖應(yīng)力的6個分量（x，y，z，xy，yz，zx）。2.3 套孔應(yīng)力解除法4) 孔壁應(yīng)變計圍壓試驗結(jié)果計算測點巖石彈性模量和泊松比的公式(19)(20)式中：P0為圍壓值；E，v分別為巖石的

18、彈性模量和泊松比； ，z分別為圍壓引起的平均周向應(yīng)變和平均軸向應(yīng)變。2.3 套孔應(yīng)力解除法空心包體應(yīng)變測量1) 測量原理：空心包體應(yīng)變計的主體是一個外徑37mm，壁厚2mm的空心圓筒，三組和孔壁應(yīng)變計類似的應(yīng)變花嵌貼在筒壁的中間。2) 空心包體應(yīng)變計算地應(yīng)力的方式(21)(22)(23)(24)2.3 套孔應(yīng)力解除法 空心包體應(yīng)變計應(yīng)變數(shù)據(jù)計算地應(yīng)力的公式和孔壁應(yīng)變計具有幾乎相同的形式。 多了4個修正系數(shù)k1，k2，k3，k4(統(tǒng)稱k系數(shù))，用以修正由于在空心包體應(yīng)變計中，應(yīng)變片不是直接粘貼在孔壁上，而是與孔壁有1mm左右的距離，因而其測出的應(yīng)變值和孔壁應(yīng)變計測出的應(yīng)變值是有區(qū)別的。 k系數(shù)是

19、與巖石和空心包體材料的彈性模量、泊松比、空心包體的幾何形狀、鉆孔半徑等有關(guān)的變數(shù)。對于每一次應(yīng)力解除試驗，都必須具體計算該測點的k系數(shù)值。 k系數(shù)的計算公式教材巖石力學(xué)與工程（蔡美峰主編，何滿潮、劉東燕副主編）第170頁。2.3 套孔應(yīng)力解除法3) 空心包體圍壓試驗計算測點巖石彈性模量和泊松比的公式 和空壁應(yīng)變計的圍壓試驗計算公式也基本相同，但在公式(4-25)式中多了一個K1，它是由蔡美峰推導(dǎo)出來的。(25)(26)2.3 套孔應(yīng)力解除法4) 空心包體應(yīng)變計優(yōu)點應(yīng)變計和孔壁在相當(dāng)大的一個面積上膠結(jié)在一起，因此膠結(jié)質(zhì)量較好。膠結(jié)劑還可注入應(yīng)變計周圍巖體中的裂隙、缺陷，使巖石整體化，因而較易得到

20、完整的套孔巖芯?？捎糜谥械绕扑楹退绍浀膸r體中，且有較好的防水性能。 目前空心包體應(yīng)變計已成為世界上最廣泛采用的一種地應(yīng)力解除測量儀器。 5) 北京科技大學(xué)蔡美峰教授等發(fā)明了“實現(xiàn)完全溫度補(bǔ)償并考慮巖體非線性的地應(yīng)力解除測量技術(shù)”，使地應(yīng)力測量的可靠性和精度大幅度提高。2.3 套孔應(yīng)力解除法2.3 套孔應(yīng)力解除法2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果表1 新城金礦應(yīng)力解除法各測點主應(yīng)力計算結(jié)果測點號深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )120511.45307.1-17.65.69286.371

21、.34.0335.16.2220511.54270.04.36.77181.5-19.05.72347.8-70.4320511.27218.910.25.68220.2-79.83.98129-0.2423514.62237.69.210.17329.913.95.63295.1-73.2523513.69128.7-7.86.83131.382.25.0638.80.3623512.99301.9-0.66.14208.2-81.35.00212.08.7723513.60311.0-1.48.93220.7-10.46.85228.879.5823512.58280.0-13.27.85

22、187.3-11.16.92238.572.6923512.80127.1-7.27.4135.9-9.75.8972.478.01031018.39123.1-1.611.65213.2-3.310.73187.786.41131018.50285.5-17.78.8980.8-70.67.0513.07.61231020.73109.9-0.49.00201.9-79.17.01199.810.91331016.3282.93.29.1913-80.77.99172.4-8.71441029.62308.9-5.313.77193.2-78.011.98219.910.71541031.4

23、9148.4-6.914.13267.7-76.011.08236.912.01641031.55327.211.7713.89219-79.111.77237.810.31741025.9890.7-4.511.54106.785.35.780.81.3（MPa） （7） （MPa） （9） （MPa） （8） 地應(yīng)力場分布模型（線性回歸）： 2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果圖3 2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果表2 峨口鐵礦水壓致裂法各測點主應(yīng)力計算結(jié)果鉆孔號深度(m)數(shù)值（MPa）方向( )數(shù)值（MPa）方向( )（MPa）H1118.013.31606.4703.4H2133.4814.0

24、1636.5733.8H399.1413.3-7.2-2.8H4151.2518.51719.1814.3H5110.9213.21526.8623.22.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果表3 峨口鐵礦應(yīng)力解除法各測點主應(yīng)力計算結(jié)果測點號最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )B123.10359.9-2.09.41331.487.77.6489.91.1B223.11170.0-0.510.72260.2-15.58.25258.174.5B322.96183.20.810.9790.574.38.8

25、593.4-15.6B419.34153.1-0.38.9963.0-12.08.5764.678.02.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果地應(yīng)力場分布模型（灰色建模理論）：（10） （11） （12）式中： 分別為最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力；為區(qū)域坐標(biāo)，Z為埋深2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果測點號深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )12109.46228.12.04.36318.511.73.04308.6-78.1221811.47359.5-4.55.61270.39.

26、94.8065.279.1321011.79140.2-5.75.8648.9-13.15.0373.275.7434220.19107.3-3.19.79114.786.97.4817.30.4536016.16345.5-0.310.28211.3-89.57.59255.50.3635020.32195.912.611.79287.36.29.5743.076.0735018.37335.1-4.59.57307.285.26.9264.92.4841821.50313.7-3.312.32193.3-83.511.56224.15.6表4 梅山鐵礦各測點主應(yīng)力計算結(jié)果2.4 五個礦山地

27、應(yīng)力測量結(jié)果地應(yīng)力場分布模型（線性回歸）：（MPa） （13）（MPa） （14） （MPa） （15） 2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果圖4 梅山鐵礦 與深度的關(guān)系 2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果表5 金川鎳礦各測點主應(yīng)力計算結(jié)果測點號深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )155031.1833.86.313.74280.974.110.88305.4-14.5255024.881.915.513.59271.32.112.96353.6-74.4355028.0835.25.014.

28、2888.7-82.711.59305.8-6.7455028.4436.62.213.34299.472.99.44307.2-16.9570036.95176.7-8.817.552.6-81.113.0986.80.9670037.8618.21.416.79130.686.212.22108.2-3.5770034.68348.0-5.117.34238.8-74.913.48259.214.2870031.6413.23.818.6879.9-80.511.59283.8-8.7976040.55160.6-1.920.550.3-84.316.7570.60.71076037.26

29、226.014.618.19204.274.517.66314.6-5.62.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果地應(yīng)力場分布模型（線性回歸）：（MPa） （16）（MPa） （17）（Mpa） （18） 2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果圖5 金川鎳礦 與深度的關(guān)系 2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果表6 玲瓏金礦各測點主應(yīng)力計算結(jié)果測點號深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(Mpa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )125017.6352.64.78.62321.97.77.58353.6-81.0225014.06287.7-14.47.

30、6319.4-6.66.63133.5-74.1329015.58141.4-3.08.2824.5-83.36.8451.85.9429017.51294.8-0.19.3726.3-84.37.2624.85.7529017.68280.3-13.59.25322.872.06.61193.211.7629020.45343.5-6.48.3675.3-15.17.7551.273.5729019.7491.3-2.110.09171.977.18.581.812.7837023.43138.2-9.312.6912.7-74.210.1350.312.6937021.32103.6-12

31、.010.68237.4-72.98.20103.6-12.01041025.77255.72.610.73155.475.610.18166.4-14.11141025.55218.02.111.51118.877.18.64128.5-12.71257032.5392.2-3.815.54199.0-77.013.21181.412.42.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果地應(yīng)力場分布模型（線性回歸）： （MPa） （19）（MPa） （20） （MPa） （21）2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果圖6 玲瓏金礦 與深度的關(guān)系2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果 五個礦山地應(yīng)力場分布規(guī)律性分析 1）五個礦山

32、的地應(yīng)力分布狀態(tài)基本相同，即在三個主應(yīng)力中，均有二個接近于水平方向，另一個接近于垂直方向。 2）五個礦山的最大主應(yīng)力均位于近水平方向，最大水平主應(yīng)力值為自重應(yīng)力的2倍左右。說明這五個礦山的地應(yīng)力場是以水平構(gòu)造應(yīng)力為主導(dǎo)的，而不是以自重應(yīng)力為主導(dǎo)的。 3）最大水平主應(yīng)力的走向，新城金礦位于南東東-北西西向或接近東西向，梅山鐵礦位于南東-北西向，峨口鐵礦位于南南東-北北西向或接近于南北向，金川鎳礦為北北東-南南西向或接近南北向，玲瓏金礦為南東-北西向，均基本上與區(qū)域構(gòu)造地應(yīng)力場最大主應(yīng)力的方向相一致。2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果 4）位于近水平面內(nèi)的二個主應(yīng)力的值，一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向

33、性。按照莫爾-庫侖強(qiáng)度理論，兩個主應(yīng)力的差值就是剪應(yīng)力，而巖體的破壞通常是由于剪切破壞引起的，在水平面內(nèi)存在的很大剪應(yīng)力是引起地下巷道和采場變形和破壞的重要原因，必須引起足夠的重視。 5）垂直應(yīng)力值基本上等于單位面積上覆巖層的重量。垂直應(yīng)力的平均值，新城金礦、梅山鐵礦、峨口鐵礦和玲瓏金礦均為略大于自重應(yīng)力，只有金川鎳礦略小于自重應(yīng)力。 6）最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力均隨深度呈近似線性增長的關(guān)系。這就意味著在礦山深部將會遇到很大的地應(yīng)力的作用。必須采取合理有效措施控制地應(yīng)力的作用，維護(hù)地下采場、巷道的穩(wěn)定性。 2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果 第三節(jié) 地下礦山采礦設(shè)計優(yōu)化第三節(jié) 地

34、下礦山采礦優(yōu)化設(shè)計 采礦過程是一個力學(xué)過程，因此研究采礦問題必須借助于數(shù)學(xué)、力學(xué)的方法。研究力學(xué)問題一般只關(guān)心兩個因素，一是結(jié)構(gòu)材料因素，二是荷載因素。而采礦工程比其他工程要復(fù)雜得多，采礦力學(xué)研究所涉及到的因素比其他力學(xué)問題也要多得多。研究對象巖體是一種非常復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)體，具有不連續(xù)性、不均質(zhì)和各向異性；力學(xué)形態(tài)或本構(gòu)關(guān)系表現(xiàn)出非常復(fù)雜的非線性；與其他力學(xué)問題所研究的材料完全不同。3.1 地下采礦力學(xué)研究的特點荷載形式采礦問題力學(xué)分析的基礎(chǔ)是地應(yīng)力的存在。地應(yīng)力是存在于地層中的“原始應(yīng)力”，是一種內(nèi)應(yīng)力，而不是外加荷載。是“先有荷載，后挖洞”，不是“先挖洞，后荷載”。一般力學(xué)問題如地面結(jié)構(gòu)物

35、上的受力是由加載而產(chǎn)生，而采礦是“開挖問題”，開挖空間引起局部地應(yīng)力釋放，采礦結(jié)構(gòu)上的荷載是由巖體卸荷而產(chǎn)生的。采礦問題的力學(xué)分析和其他力學(xué)分析中思路上和方法上均有很大差異。3.1 地下采礦力學(xué)研究的特點3.1 地下采礦力學(xué)研究的特點反轉(zhuǎn)應(yīng)力法多步開挖加載等效釋放荷載模型施工因素地下采礦的力學(xué)分析除了考慮材料因素、荷載因素以外，還要考慮施工因素。采礦是一個非常復(fù)雜的開挖過程，其開挖不是一次完成的，而是分多次完成的。線性材料的加卸載路徑是相同的，符合迭加原理，而非線性材料加卸載路徑不同，不能迭加（加載途徑性）；多步開挖過程就是一個反復(fù)的加卸載過程，由于巖體是非線性的，因而開挖引起的力學(xué)效應(yīng)就具有

36、加載途徑性；3.1 地下采礦力學(xué)研究的特點開挖過程、開采順序不同就會產(chǎn)生不同的應(yīng)力-應(yīng)變歷史變化過程和不同的最終力學(xué)效應(yīng)不同的巷道和采場布置，不同的開拓過程和回采順序、回采步驟，不同的工藝方法、不同的支護(hù)方式、支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工方式、施工時間等，都會產(chǎn)生不同的力學(xué)效應(yīng)，出現(xiàn)最終不同的穩(wěn)定性狀態(tài)；施工因素對采礦工程的穩(wěn)定性具有重大影響。3.1 地下采礦力學(xué)研究的特點不確定研究方法采礦的力學(xué)分析過程中包括了大量的不確定性因素，這種不確定性既包括模糊性，也包括隨機(jī)性。力學(xué)分析的原始數(shù)據(jù)、原始資料，如工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、礦體賦存狀況、巖體結(jié)構(gòu)，物理力學(xué)性質(zhì)，本構(gòu)關(guān)系等均具有大量不確定性；原始數(shù)據(jù)、原始

37、資料的調(diào)查、搜集都受到數(shù)量的限制和人為的影響，都具有隨機(jī)性。采礦的工藝方法、施工過程也具有不確定性，因為即使相同的設(shè)計，不同的人施工，其效果也不一樣用確定性的研究方法，如傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)力學(xué)方法，不能解決采礦過程的力學(xué)分析問題，必須采用新的不確定性研究方法才能使分析研究的結(jié)果比較符合實際。3.1 地下采礦力學(xué)研究的特點 目標(biāo)：根據(jù)具體的礦體賦存狀況和開采技術(shù)條件，選擇最合理的采礦設(shè)計方案，以便在保證生產(chǎn)安全的前天下，最大限度地減少開拓和支護(hù)成本，最大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。安全性選擇正確的采礦方法，在深部地應(yīng)力大、礦巖破碎條件下，采用充填法而不是空場法；設(shè)計合理的

38、開采順序和開挖步驟，以使圍巖的應(yīng)力變形分布趨于合理；確定合理的支護(hù)設(shè)計參數(shù)和有效的地壓控制措施，既保證采場和巷道的穩(wěn)定，又要盡可能節(jié)省支護(hù)成本。3.2 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo)和內(nèi)容生產(chǎn)效率選擇的采礦方法和回采設(shè)計方法應(yīng)盡可能提高開采強(qiáng)度，增加采礦生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率地下開采無軌化作業(yè)，提高采礦的機(jī)械化作業(yè)水平盤區(qū)上向高分層充填法連續(xù)回采（新城金礦）大面積無礦柱連續(xù)回采（金川鎳礦）3.2 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo)和內(nèi)容礦石回采率必須盡可能充分回收資源，提高礦石回采率，減少礦石損失；禁止短期行為和以犧牲資源為代價的高效益；在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)許可的前提下盡可能選擇礦石損失少的采礦方法；避免由于應(yīng)力集中，圍巖或礦體破壞

39、，導(dǎo)致一部分礦采不出來的現(xiàn)象。3.2 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo)和內(nèi)容礦石貧化率礦石貧化率就是混入礦石的廢石的比例，和礦石損失率一樣，它是采礦的一個重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。努力降低礦石貧化率，對保證礦石質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本關(guān)系重大在采用崩落法較多的冶金礦山，可通過改進(jìn)放礦工藝等方法，盡可能降低礦石貧化率。經(jīng)濟(jì)效益采礦設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo)，就是要根據(jù)礦山的具體開采條件，采用最合適的開采方式，使礦山企業(yè)達(dá)到其可能達(dá)到的最大效益。3.2 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo)和內(nèi)容社會效益和環(huán)境效益采礦對生態(tài)環(huán)境的影響和破壞，必須控制在允許的范圍內(nèi)，越小越好；盡可能減少采礦對地面植被的破壞，減少廢石廢水的排放，避免廢石占用耕地和廢水對地下水

40、的污染；避免采礦引起的大面積地表變形和下沉、塌陷、地下水位的下降和枯竭建立“清潔生產(chǎn)”和“生態(tài)采礦”的概念，努力建立“無廢礦山”。3.2 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo)和內(nèi)容 為了實現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的采礦目標(biāo)，必須針對具體的礦體規(guī)模、價值和賦存特點，系統(tǒng)掌握開采的技術(shù)條件，選擇合理的采礦方法，確定合理的開采工藝流程。從而實現(xiàn)采礦設(shè)計的優(yōu)化。工程地質(zhì)條件和礦巖物理力學(xué)性質(zhì)工程地質(zhì)條件包括巖體結(jié)構(gòu)、巖性分布、破碎帶、斷層、節(jié)理、裂隙分布及其狀況、地下水狀況等；工程地質(zhì)條件和礦巖體物理力學(xué)性質(zhì)的綜合反映是礦巖體的穩(wěn)定性。它是直接影響采礦構(gòu)成要素和地壓管理方法的重要因素。3.3 影響采礦方法選擇和設(shè)計優(yōu)化的主要

41、因素地應(yīng)力狀態(tài)只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定礦山總體布置，選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，確定巷道和采場的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開挖步驟、支護(hù)形式、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護(hù)時間等；深部開采中將遇到高地應(yīng)力的作用，高應(yīng)力下的采礦方法、采場結(jié)構(gòu)和支護(hù)措施，與低應(yīng)力條件相比，將會有重大變化。礦體的種類和質(zhì)量礦石的價值決定開采的成本和采礦方法的選擇.3.3 影響采礦方法選擇和設(shè)計優(yōu)化的主要因素礦體賦存狀況（傾向和厚度）水平、緩傾斜、傾斜和急傾斜四種不同傾向礦體的開采方法和采場布置是不同的。（金屬礦山采礦設(shè)計優(yōu)化與地壓控制第2.3.1和2.3.2節(jié)）對于極薄和薄礦脈，所選擇的采礦方法要特別注意礦石的變

42、化；對于中厚以上的礦體，所選擇的采礦方法要有利于提高開采強(qiáng)度和采場生產(chǎn)能力，有利于機(jī)械化作業(yè)；對于薄礦脈，采場只能沿走向布置；對于厚礦體，采場則應(yīng)垂直走向布置。3.3 影響采礦方法選擇和設(shè)計優(yōu)化的主要因素礦體賦存環(huán)境條件礦體賦存環(huán)境條件主要是指礦體與周圍圍巖的接觸情況、圍巖的穩(wěn)定性狀態(tài)以及埋藏深度我國的大多數(shù)鐵礦石磁鐵礦或稱變質(zhì)型的，以及沉積型的，一般礦體厚大、整體性好，周圍也沒有必然的破碎帶，所以礦巖穩(wěn)定性好。這就為采礦設(shè)計時選擇低成本采礦方法提供了條件。多數(shù)的銅礦、金礦都是通過熱液交代形成的礦體，礦體一般賦存于斷裂中或破碎帶中，圍巖穩(wěn)定性差，這就迫使這些礦上必須采用充填法等成本較高的采礦方

43、法；隨埋藏深度增加，礦體和圍巖會變得越來越破碎，穩(wěn)定性越來越差；3.3 影響采礦方法選擇和設(shè)計優(yōu)化的主要因素深部地應(yīng)力增加，溫度升高，通風(fēng)和工作面條件惡化，提升成本大幅度增加。這些都是深部開采設(shè)計在地壓控制、通風(fēng)降溫和降低生產(chǎn)成本等方面提出特殊的要求。開采技術(shù)條件環(huán)境條件：選擇環(huán)境允許的開采方法和工藝。技術(shù)設(shè)備和材料供應(yīng)情況：根據(jù)實際的技術(shù)裝備條件和材料供應(yīng)情況作出合理可行的開采設(shè)計方案。技術(shù)管理水平：要搞好一個礦山，一靠技術(shù)，二靠管理，迅速提高礦山技術(shù)管理水平，已成為實現(xiàn)采礦優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。3.3 影響采礦方法選擇和設(shè)計優(yōu)化的主要因素開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括：采場生產(chǎn)能力，工人或

44、設(shè)備勞動生產(chǎn)率，礦石損失率、貧化率，采切比，主要材料消耗和礦石成本。不同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求將決定采用不同的開采方法和開采工藝。3.3 影響采礦方法選擇和設(shè)計優(yōu)化的主要因素采礦方法的選擇和設(shè)計優(yōu)化不是一個單因單果的問題，也不是通過簡單的力學(xué)計算或經(jīng)濟(jì)分析就能決定的。采礦是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。必須用系統(tǒng)論的原則、不確定性和非線性研究方法、多目標(biāo)決策理論才能解決采礦設(shè)計的優(yōu)化問題。根據(jù)系統(tǒng)論的原則進(jìn)行采礦設(shè)計優(yōu)化，首先要建立一個優(yōu)化分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)要包括影響采礦設(shè)計和施工的各種主要因素。同時要確定優(yōu)化目標(biāo)，目標(biāo)不是單一的，而是多元化的，“安全、經(jīng)濟(jì)、高效和有利于環(huán)境保護(hù)”是采礦工程的共同目標(biāo)。采礦設(shè)

45、計優(yōu)化所確定的開采系統(tǒng)是相對于一定的系統(tǒng)環(huán)境條件而言的。優(yōu)化是相對的，不是絕對的。離開了具體的系統(tǒng)環(huán)境條件，包括工程地質(zhì)條件、礦體賦存狀況、開采技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件來研究開挖系統(tǒng)優(yōu)化是沒有實際意義的。3.4 采礦設(shè)計優(yōu)化的主要步驟系統(tǒng)目標(biāo)的確定確定地下開采的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、對環(huán)境保護(hù)的要求等。系統(tǒng)信息的獲取采礦工程基礎(chǔ)資料的調(diào)查、實驗和研究，為建立采礦工程系統(tǒng)提供必需的原始數(shù)據(jù)最重要的基礎(chǔ)資料包括現(xiàn)場地應(yīng)力狀態(tài)，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和礦體賦存的狀態(tài)，巖體結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等調(diào)查、分析過程中均需要借助模糊數(shù)學(xué)、灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等不確定分析方法來進(jìn)行處理。3.4 采礦設(shè)計優(yōu)化的主要步驟

46、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建立就是開采設(shè)計“預(yù)選方案”的確定，根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和礦體賦條件，以及需要達(dá)到的開采目標(biāo)，事先合理選擇若干個較為可行的方案，然后進(jìn)行優(yōu)化分析，以確定最終的開采方案為了保證“預(yù)選方案”的合理性，需借助正交設(shè)計和專家系統(tǒng)的理論和方法。系統(tǒng)的功能分析就是對開采設(shè)計“預(yù)選方案”的定量計算分析。最常用的分析方法為數(shù)值分析方法。由于原始參數(shù)的不確定性和不完全性，對“預(yù)選方案”的計算和分析需要采用定量化、模糊化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等由于巖體材料、地質(zhì)環(huán)境和開挖過程的非線性，在計算分析過程中往往也要借助非線性理論和方法（分岔論、突變論、混沌論）3.4 采礦設(shè)計優(yōu)化的主要步驟開采設(shè)計優(yōu)化決策系統(tǒng)決策根據(jù)礦

47、山的實際情況和預(yù)定的開采目標(biāo)，選擇一個最切實可行的優(yōu)化開采設(shè)計方案要充分體現(xiàn)多目標(biāo)決策的思想，特別要進(jìn)行大量的經(jīng)濟(jì)比較、分析?，F(xiàn)場監(jiān)測和反分析系統(tǒng)信息反饋對開采系統(tǒng)的行為（應(yīng)力、位移、變形、破壞規(guī)律等），采取多種手段進(jìn)行實時現(xiàn)場監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及其反分析可以不斷地修改原始參數(shù)，修改原始設(shè)計。3.4 采礦設(shè)計優(yōu)化的主要步驟3.5 工程實例：新城金礦復(fù)雜條件礦床采礦方法研究 （國家“九五”攻關(guān)項目）開采難點： 1）礦體賦存于寬大斷裂帶中，上盤為破碎巖或斷層泥，極不穩(wěn)定； 2）礦體沿走向長度較短，但延深大、傾角緩；礦體厚度變化大，形態(tài)多變； 3）由于礦體沿走向長度短，因而采場布置和礦山生產(chǎn)規(guī)模受到

48、嚴(yán)重限制； 4）地表有村莊、農(nóng)田和公路，不允許沉陷； 5）圍巖破碎，采礦方法陳舊，采礦損失率和貧化率長期居高不下。關(guān)鍵技術(shù)：（1）采用盤區(qū)上向高分層連續(xù)回采充填采礦工藝。高分層開采顯著提高了采場生產(chǎn)能力和采礦強(qiáng)度，減少采準(zhǔn)工作量，降低生產(chǎn)成本。實現(xiàn)了各采場連續(xù)回采，大大增加了盤區(qū)內(nèi)同時回采的采場數(shù)目，大幅度提高盤區(qū)生產(chǎn)能力，充分發(fā)揮機(jī)械化無軌作業(yè)的優(yōu)越性；大大增加了采場安全性，顯著降低采礦損失率和貧化率。采用正交設(shè)計、非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和非線性有限元數(shù)值模擬等多種方法進(jìn)行了采礦設(shè)計的定量計算、分析，實現(xiàn)了采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和開采順序的優(yōu)化。 （2）提出了盤區(qū)呈“品”字型布置采場進(jìn)路的免壓拱開采技術(shù)，使采

49、場圍巖的應(yīng)力分布趨于合理，采場地壓得到有效控制。 （3）實現(xiàn)了采場鑿巖爆破參數(shù)的優(yōu)化，提高了爆破效率和質(zhì)量，增大了采場生產(chǎn)能力，節(jié)省鑿巖爆破成本，同時使采場作業(yè)環(huán)境大大改善。 （4）實現(xiàn)了無軌采掘設(shè)備的優(yōu)化配置和全盤機(jī)械化，提高了無軌采掘設(shè)備的作業(yè)效率和機(jī)械化作業(yè)水平。提高了礦山生產(chǎn)能力，降低了生產(chǎn)成本。 （5）采用多種手段進(jìn)行現(xiàn)場地壓實時監(jiān)測，為地壓控制和生產(chǎn)安全提供了保障。 攻關(guān)前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比項 目攻關(guān)前改進(jìn)程度盤區(qū)生產(chǎn)能力（t/d）180+88%采場勞動生產(chǎn)率（t/工班）14.3+61.6%采礦總損失率（%）7.7-51%礦石總貧化率（%）6.8-25%黃金產(chǎn)量（萬兩/年）5.3+

50、75.5%4. 大型深凹露天礦邊坡設(shè)計優(yōu)化4.1 現(xiàn)狀和問題我國一大批大中型露天礦已經(jīng)或即將由山坡露天開采轉(zhuǎn)為深凹開采。開采深度已延伸至地表下100150米，有的將達(dá)到300400米。很多露天礦的邊坡垂直高度將超過600700米。 隨著邊坡的加高加陡，邊坡穩(wěn)定性維護(hù)的難度越來越大，邊坡滑移和傾倒破壞事故的發(fā)生日益頻繁，嚴(yán)重威脅礦山的安全生產(chǎn)，制約礦山生產(chǎn)能力的提高。另一方面，提高邊坡角又是減少剝離和生產(chǎn)成本的重要手段。一個年產(chǎn)千萬噸的礦山，邊坡角每提高1就可減少剝離量0.51.5億噸，節(jié)省成本13億元，經(jīng)濟(jì)效益極為顯著。 這是一把雙刃劍。 我國大型露天礦同國外相比，邊坡角普遍偏緩5左右。4.2

51、 邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計優(yōu)化國內(nèi)外邊坡設(shè)計的傳統(tǒng)方法是極限平衡法，這是一種確定性的分析方法，而且沒有考慮地應(yīng)力的作用，因而該方法對山坡露天礦設(shè)計是適用的，但對深凹露天礦設(shè)計并不適用。深凹露天礦邊坡設(shè)計優(yōu)化：采用數(shù)值模擬和極限平衡分析相結(jié)合的方法。對不同邊坡角和邊坡設(shè)計方案進(jìn)行定量的計算和分析，在保證安全的前提下，盡可能地提高邊坡角，減少剝離量，盡可能地減少生產(chǎn)成本，增加礦石產(chǎn)量和礦山效益。4.3 工程實例：大型深凹露天礦高效運輸系統(tǒng)及強(qiáng)化開采技術(shù)研究完成的主要研究內(nèi)容： 1. 水廠鐵礦邊坡工程地質(zhì)勘查研究 2. 水廠鐵礦邊坡水文地質(zhì)調(diào)查與滲流場分析研究 3. 水廠鐵礦地應(yīng)力測量 4. 水廠鐵礦礦

52、巖物理力學(xué)性質(zhì)試驗 5. 水廠鐵礦邊坡穩(wěn)定性分析及優(yōu)化設(shè)計 6. 水廠鐵礦邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測與分析4.3.1 水廠鐵礦邊坡工程地質(zhì)勘查與試驗研究完成的主要工作：邊坡專門工程地質(zhì)測繪，實際上圖測點345個；邊坡深部工程地質(zhì)勘探，共打?qū)ｉT邊坡補(bǔ)勘鉆孔3個，累計進(jìn)尺916.51米；采場臺階邊坡穩(wěn)定性調(diào)查；邊坡巖體節(jié)理裂隙測量統(tǒng)計，布置節(jié)理裂隙測點30個，實測數(shù)據(jù)2349條； 現(xiàn)場巖石點載荷強(qiáng)度試驗，共計1420塊 。（1）邊坡巖體工程地質(zhì)巖組的劃分 1) 紫蘇混合花崗巖組 2) 輝石斜長片麻巖組 3) 紫蘇黑云斜長片麻巖組 4) 磁鐵石英巖組 5) 矽線黑云斜長片麻巖組 6) 長石石英砂巖組 7) 礫巖

53、組 8) 火山熔巖組 9) 火山碎屑巖組 10) 松散巖組 11) 構(gòu)造巖組（2）結(jié)構(gòu)面（斷層）1）一級結(jié)構(gòu)面：具有區(qū)域規(guī)模的大型斷裂面，屬一級結(jié)構(gòu)面的斷層有黃金寨大斷裂（Fhj）、劉官營大斷裂（Flg）和將軍墓嶺大斷裂（F將）三條。2）二級結(jié)構(gòu)面：為在采場內(nèi)影響范圍較大，甚至貫穿整個采場的中型斷裂構(gòu)造，共10條。3）三級結(jié)構(gòu)面：影響范圍在工程地質(zhì)分區(qū)內(nèi)的斷層，部分可能跨兩個分區(qū)，屬三級結(jié)構(gòu)面的斷層有15條。 4）四級結(jié)構(gòu)面：為影響的范圍較小的小型結(jié)構(gòu)面，包括未予命名的小斷層和大量的大節(jié)理。5）五級結(jié)構(gòu)面：是能夠引起邊坡破壞的最小型的結(jié)構(gòu)面，包括小型的裂隙、節(jié)理、劈理、片理、片麻理等。（3）巖體結(jié)構(gòu) 礦區(qū)的巖體結(jié)構(gòu)主要分為四個類型： 1)塊狀結(jié)構(gòu) 塊狀結(jié)構(gòu)的巖體完整性好,結(jié)構(gòu)體為塊體,其中的不連續(xù)面主要為節(jié)理面,且節(jié)理或裂隙的貫通性差,巖體強(qiáng)度高或相對較高。 2）層狀結(jié)構(gòu) 礦區(qū)內(nèi)多數(shù)巖體屬于此種結(jié)構(gòu)類型。該類巖體具有清楚的層面，其力學(xué)特征各向異性明顯，巖體的變形和破壞一般受層面、層間錯動帶和軟弱夾層的控制。 3）碎裂結(jié)構(gòu) 碎裂結(jié)構(gòu)的巖體完整性差，呈規(guī)則和不規(guī)則的碎塊狀，此系遭受層面、節(jié)理面、裂隙面、劈理面等不連續(xù)面交錯切割所至。 4）散體結(jié)構(gòu) 具散體