【文章內容簡介】 MPa） 方向 ( ?) 數(shù)值（ MPa） 方向 ( ?) （ MPa） H1 160 70 H2 163 73 H3 H4 171 81 H5 152 62 五個礦山地應力測量結果 表 3 峨口鐵礦應力解除法各測點主應力計算結果 測 點 號 最大主應力 ?1 中間主應力 ?2 最小主應力 ?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 ( ?) B1 B2 B3 B4 五個礦山地應力測量結果 地應力場分布模型 （ 灰色建模理論 ） ： )( ax, MPazyxh ??????（ 10） （ 11） （ 12） 式中： 分別為最大水平主應力、最小水平主應力 和垂直主應力； 為區(qū)域坐標， Z為埋深 )( in, MPazyxh ???? )( MPazyxv ?????? vm inh,m axh, σσ,σ 和 YXZzYyXx ,。10/,100/,100/ ??? 五個礦山地應力測量結果 測點號 深度 (m) 最大主應力 ?1 中間主應力 ?2 最小主應力 ?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 ( ?) 1 210 2 218 3 210 4 342 5 360 6 350 7 350 8 418 表 4 梅山鐵礦各測點主應力計算結果 五個礦山地應力測量結果 地應力場分布模型（線性回歸）： （ MPa） （ 13） （ MPa） （ 14） （ MPa） （ 15） Hh ax, ??? Hh in, ???? Hv ???? 五個礦山地應力測量結果 圖 4 梅山鐵礦 與深度的關系 五個礦山地應力測量結果 表 5 金川鎳礦各測點主應力計算結果 測點號 深度 (m) 最大主應力 ?1 中間主應力 ?2 最小主應力 ?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 ( ?) 1 550 2 550 3 550 4 550 5 700 6 700 7 700 8 700 9 760 10 760 五個礦山地應力測量結果 地應力場分布模型（線性回歸）： （ MPa） （ 16） （ MPa） （ 17） （ Mpa） （ 18） Hh ax, ??? Hh in, ???? Hv ???? 五個礦山地應力測量結果 圖 5 金川鎳礦 與深度的關系 五個礦山地應力測量結果 表 6 玲瓏金礦各測點主應力計算結果 測點號 深度 (m) 最大主應力 ?1 中間主應力 ?2 最小主應力 ?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 ( ?) 1 250 2 250 3 290 4 290 5 290 6 290 7 290 8 370 9 370 10 410 11 410 12 570 五個礦山地應力測量結果 地應力場分布模型（線性回歸）： （ MPa） （ 19） （ MPa） （ 20） （ MPa） （ 21） Hh ax, ??? Hh in, ??? Hv ??? 五個礦山地應力測量結果 圖 6 玲瓏金礦 與深度的關系 五個礦山地應力測量結果 五個礦山地應力場分布規(guī)律性分析 1） 五個礦山的地應力分布狀態(tài)基本相同 ， 即在三個主應力中 ， 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力均位于近水平方向 ， 最大水平主應力值為自重應力的 2倍左右 。 說明這五個礦山的地應力場是以水平構造應力為主導的 ， 而不是以自重應力為主導的 。 3） 最大水平主應力的走向 ， 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)域構造地應力場最大主應力的方向相一致 。 五個礦山地應力測量結果 4） 位于近水平面內的二個主應力的值 ， 一般相差較大 ， 顯示出很強的方向性 。 按照莫爾 庫侖強度理論 ， 兩個主應力的差值就是剪應力 ， 而巖體的破壞通常是由于剪切破壞引起的 ， 在水平面內存在的很大剪應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） 垂直應力值基本上等于單位面積上覆巖層的重量 。 垂直應力的平均值 ， 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力 ， 只有金川鎳礦略小于自重應力 。 6） 最大水平主應力 、 最小水平主應力和垂直主應力均隨深度呈近似線性增長的關系 。 這就意味著在礦山深部將會遇到很大的地應力的作用 。 必須采取合理有效措施控制地應力的作用 ， 維護地下采場 、 巷道的穩(wěn)定性 。 五個礦山地應力測量結果 第三節(jié) 地下礦山采礦設計優(yōu)化 第三節(jié) 地下礦山采礦優(yōu)化設計 采礦過程是一個力學過程 ， 因此研究采礦問題必須借助于數(shù)學 、 力學的方法 。 研究力學問題一般只關心兩個因素 ，一是結構材料因素 ， 二是荷載因素 。 而采礦工程比其他工程要復雜得多 ， 采礦力學研究所涉及到的因素比其他力學問題也要多得多 。 ? 研究對象 ? 巖體是一種非常復雜的地質結構體 ， 具有不連續(xù)性 、 不均質和各向異性； ? 力學形態(tài)或本構關系表現(xiàn)出非常復雜的非線性； ? 與其他力學問題所研究的材料完全不同 。 地下采礦力學研究的特點 ? 荷載形式 ? 采礦問題力學分析的基礎是地應力的存在 。 ? 地應力是存在于地層中的 “ 原始應力 ” ， 是一種內應力 ， 而不是外加荷載 。 是 “ 先有荷載 ， 后挖洞 ” ， 不是 “ 先挖洞 ，后荷載 ” 。 ? 一般力學問題如地面結構物上的受力是由加載而產生 ， 而采礦是 “ 開挖問題 ” ， 開挖空間引起局部地應力釋放 ， 采礦結構上的荷載是由巖體卸荷而產生的 。 ? 采礦問題的力學分析和其他力學分析中思路上和方法上均有很大差異 。 地下采礦力學研究的特點 地下采礦力學研究的特點 反轉應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的加卸載過程 ， 由于巖體是非線性的 ， 因而開挖引起的力學效應就具有加載途徑性； 地下采礦力學研究的特點 ? 開挖過程 、 開采順序不同就會產生不同的應力 應變歷史變化過程和不同的最終力學效應 ? 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 、 不同的支護方式 、 支護結構和施工方式 、 施工時間等 ， 都會產生不同的力學效應 ， 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 。 地下采礦力學研究的特點 ? 不確定研究方法 ? 采礦的力學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 ， 也包括隨機性 。 ? 力學分析的原始數(shù)據(jù) 、 原始資料 ， 如工程地質 、 水文地質條件 、礦體賦存狀況 、 巖體結構 ， 物理力學性質 ， 本構關系等均具有大量不確定性； ? 原始數(shù)據(jù) 、 原始資料的調查 、 搜集都受到數(shù)量的限制和人為的影響 ， 都具有隨機性 。 ? 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)學力學方法 ， 不能解決采礦過程的力學分析問題 ， 必須采用新的不確定性研究方法才能使分析研究的結果比較符合實際 。 地下采礦力學研究的特點 目標： 根據(jù)具體的礦體賦存狀況和開采技術條件 ， 選擇最合理的采礦設計方案 ， 以便在保證生產安全的前天下 ， 最大限度地減少開拓和支護成本 ， 最大限度地增加礦石產量 ， 提高企業(yè)的經濟效益 、 社會效益和環(huán)境效益 。 ?安全性 ? 選擇正確的采礦方法 ， 在深部地應力大 、 礦巖破碎條件下 ，采用充填法而不是空場法； ? 設計合理的開采順序和開挖步驟 ， 以使圍巖的應力變形分布趨于合理； ? 確定合理的支護設計參數(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)省支護成本 。 采礦設計優(yōu)化的目標和內容 ? 生產效率 ? 選擇的采礦方法和回采設計方法應盡可能提高開采強度 ， 增