地應(yīng)力測量與采礦設(shè)計優(yōu)化課件

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1、采礦理論與技術(shù)新進展 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?？茖W(xué)出版社，2001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，2002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

2、,第一節(jié) 地應(yīng)力的基本概念及地應(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 地殼非均勻擴容 另外，溫度不均、水壓梯度、地

3、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

4、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，顯示出很強的方向性 地應(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

5、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)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)驗來進行的（查手冊）。當開挖活動是在小規(guī)模范圍內(nèi)和接近地表的深度上進行的時候，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)定性的各種因素進行充分調(diào)查。在諸多的影響巖體開挖工程穩(wěn)定性

6、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,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?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、支護形式、支護結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護時間等，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

7、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

8、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 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，要比較準確地測定某一工程區(qū)域的地應(yīng)力，就必須進行充足數(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

9、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

10、性包體應(yīng)力計法 （Stiff inclusion stress meter）,水壓致裂法 （Hydraulic fracturing technique）,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

11、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,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)

12、 (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、井下電視、井下光學(xué)望遠鏡或印模器。 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)，

13、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

14、.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

15、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 (Borehole 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 in

16、clusion 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),(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系，孔邊的圍巖應(yīng)力狀態(tài)采用柱坐標系； 柱坐標系的z軸和直角坐標系的z軸相一致，柱坐標系的角從x軸逆時針旋轉(zhuǎn)計數(shù)為正； z為

17、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的表達式，可得到下列方程,,,(15),(16),(17),(18),

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

19、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

20、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，因而較易得到完整的套孔巖芯。 可用于中等破碎和松軟的巖體中，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

21、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,,,（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,,,,,,,,2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果,表3 峨口鐵礦應(yīng)力解除

22、法各測點主應(yīng)力計算結(jié)果,2.4 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，Z為埋深,,2.4 五個礦山地應(yīng)力測量結(jié)果,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,2.4 五個礦山地應(yīng)力測量

23、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,2.4 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）五個礦山的地應(yīng)力分布狀態(tài)基本相同，即在三個主應(yīng)力中

24、，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，顯示出很強的方向性。按照莫爾-庫侖強度理論，兩個主應(yīng)

25、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) 地下礦山采礦優(yōu)化設(shè)計,采礦過程

26、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)物上的受力是

27、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)

28、效應(yīng)就具有加載途徑性；,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、不同的支護方式、支護結(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

29、量不確定性； 原始數(shù)據(jù)、原始資料的調(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：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成本，最大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高企業(yè)的經(jīng)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(yīng)力大、礦巖破碎條件

30、下，采用充填法而不是空場法； 設(shè)計合理的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)省支護成本。,3.2 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標和內(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)濟指標許可的前提下

31、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，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)濟指標。 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，可通過改進放礦工藝等方法，盡可能降低礦石貧化率。 經(jīng)濟效益 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標，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)達到其可能達到的最大效益。,3.2 采礦設(shè)計優(yōu)化的目標和內(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

32、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)化的目標和內(nèi)容,為了實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、高效的采礦目標，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

33、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?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、支護形式、支護結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護時間等； 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

34、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度和采場生產(chǎn)能力，有利于機械化作業(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

35、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

36、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)濟指標 開采技術(shù)經(jīng)濟指標包括：采場生產(chǎn)能力，工人或設(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)濟指標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)論的原則進行采礦設(shè)計優(yōu)化，首先要建立一個優(yōu)化分析系

37、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，目標不是單一的，而是多元化的，“安全、經(jīng)濟、高效和有利于環(huán)境保護”是采礦工程的共同目標。采礦設(shè)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)濟指標、對環(huán)境保護的要求等。 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)

38、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行處理。,3.4 采礦設(shè)計優(yōu)化的主要步驟,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，以及需要達到的開采目標，事先合理選擇若干個較為可行的方案，然后進行優(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

39、、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)礦山的實際情況和預(yù)定的開采目標，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)多目標決策的思想，特別要進行大量的經(jīng)濟比較、分析。 現(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”

40、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)模受到嚴重限制； 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)能力和采礦強度，減少采準工作量，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)揮機械化無軌作業(yè)的優(yōu)越性；大

41、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”字型布置采場進路的免壓拱開采技術(shù)，使采場圍巖的應(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)化配置和全盤機械化，提高了無軌采掘設(shè)備的作業(yè)效率和機械化作業(yè)水平。提高了礦山生產(chǎn)能力，降低了生產(chǎn)成本。 （5）采用多種手段進行現(xiàn)場地壓實時監(jiān)測，為

42、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)濟指標對比,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)濟效益極為顯著。 這是一把雙刃劍。

43、 我國大型露天礦同國外相比，邊坡角普遍偏緩5左右。,4.2 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

44、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邊坡補勘鉆孔3個，累計進尺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

45、) 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

46、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)

47、 具散體結(jié)構(gòu)巖體的完整性已經(jīng)完全喪失，由于強烈的風(fēng)化作用，使原巖遭受嚴重破壞，巖石呈形狀不規(guī)則的塊狀體混雜在較多的土狀物中，或由松散層構(gòu)成。,（4）邊坡破壞模式分析：,（1）平面破壞 簡單平面破壞 ， 復(fù)合型平面破壞 ， 多平面階梯狀破壞 ， 波狀平面破壞 。 （2）圓弧型破壞 （3）楔形破壞 （4）傾倒破壞 （5）崩塌破壞,采場單一平面破壞,采場復(fù)合型平面破壞,采場階梯狀破壞,采場波狀平面破壞,采場圓弧形破壞,采場楔形破壞,采場傾倒破壞,采場崩塌破壞,（5）邊坡工程地質(zhì)分區(qū),工程地質(zhì)分區(qū)劃分依據(jù)如下： (1)工程地質(zhì)巖組特征； (2)巖體結(jié)構(gòu)特征； (3)巖體不連續(xù)面特征； (4)采

48、礦設(shè)計及邊坡方位特征。 依據(jù)上述原則，將礦區(qū)劃分為I-V五個工程地質(zhì)區(qū)，其中區(qū)又分為-A、-B兩個亞區(qū) 。,4.3.2 水廠鐵礦邊坡水文地質(zhì)調(diào)查與滲流場分析研究,1）深部邊坡補充鉆探水文地質(zhì)試驗 2001年12月2002年7月，首鋼地質(zhì)勘查院地質(zhì)研究所完成了KD1、KB、KE1三個鉆孔邊坡鉆探及水文地質(zhì)試驗工作。,完成工作量一覽表,注水試驗：測定巖石的滲透系數(shù)；壓水試驗：測定巖石的透水率。,2）邊坡滲流場分析,滲流分析模型 ：等效連續(xù)介質(zhì)模型 計算分析方法：有限單元法 結(jié)果分析： 1）通過對邊坡地下水滲流模型的建立，以鉆孔實測水位資料和灤河水位為依據(jù)，對水廠鐵礦最終境界位置時邊坡水壓分

49、布作出了預(yù)報，為后續(xù)邊坡穩(wěn)定性的優(yōu)化和計算提供了必要的水壓參數(shù)。 2）區(qū)剖面邊坡巖體內(nèi)地下水位比較高，且出水點位于第三系巖層附近，對邊坡的穩(wěn)定不利，應(yīng)給予足夠重視。 3）由于邊坡地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，在邊坡局部可能形成具有承壓性的封閉的儲水構(gòu)造，在礦山生產(chǎn)過程中要給予注意。,4.3.3 水廠鐵礦地應(yīng)力測量,(1) 水壓致裂法,(2)應(yīng)力解除法,地應(yīng)力值與深度的關(guān)系,（1）最大水平主應(yīng)力的回歸方程為：,（2）最小水平主應(yīng)力的回歸方程為：,,（3）垂直主應(yīng)力值的回歸方程為：,（MPa）,（MPa）,（MPa）,4.3.4 邊坡穩(wěn)定性分析與設(shè)計優(yōu)化,水廠鐵礦邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計優(yōu)化采用固流耦合有

50、限差分法(FLAC)、離散單元法(UDEC)和極限平衡分析三種不同的方法，三種不同方法的計算和分析結(jié)果相互比較，相互補充，相互驗證，就能保證計算和分析結(jié)果的可靠性和準確性。 在邊坡設(shè)計中，根據(jù)上、下部的不同巖性，采取變邊坡角的設(shè)計方案，一般情況下，上部比下部稍緩，上、下部分界線由巖性確定。 計算剖面11個，I區(qū)3個，II區(qū)3個，III區(qū)1個，IV區(qū)3個，V區(qū)1個。,為了進行邊坡設(shè)計優(yōu)化，對各剖面選擇不同的邊坡設(shè)計方案進行計算、分析、比較，從中確定最佳邊坡角作為推薦設(shè)計方案。 特別對I，II區(qū)，即在邊坡穩(wěn)定性分析中最為關(guān)鍵的兩個區(qū)，也是對提高邊坡角，減少剝離成本最具潛力的兩個區(qū)，采用了三維固流耦合有限差分法和三維極限平衡分析方法，這在國內(nèi)外是第一次。,滑動面的三維圖,水廠鐵礦邊坡優(yōu)化設(shè)計推薦方案,