北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING采矿理论与技术新进展采矿理论与技术新进展地应力测量与采矿设计优化地应力测量与采矿设计优化悍顿脸针揽刚雷罗略绞距藉里盯漓弯豹痘炯偿绽诸努契螟死引雷允顿宾沮岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING一、地应力的基本概念及地应力测量的重要性一、地应力的基本概念及地应力测量的重要性二、地应力场测量的基本原理和主要方法二、地应力场测量的基本原理和主要方法三、地下矿山采矿设计优化三、地下矿山采矿设计优化四、大型深凹露天矿边坡设计优化四、大型深凹露天矿边坡设计优化内容提要内容提要蹋夏短缎彩踏峭铅谗抉秽堪屉番娃话淄扳呐唯就负衅汀枢强迪预邵拭护稳岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING1、蔡美峰著。地应力测量原理和技术。科学出版社，、蔡美峰著。地应力测量原理和技术。科学出版社，2000年。年。2、蔡蔡美美峰峰著著。金金属属矿矿山山采采矿矿设设计计优优化化与与地地压压控控制制-理理论论与与实实践践。科学出版社，科学出版社，2001年。年。3、蔡蔡美美峰峰主主编编，何何满满潮潮、刘刘东东燕燕副副主主编编。岩岩石石力力学学与与工工程程。科科学出版社，学出版社，2002年。年。 参参 考考 书书嘉猜滑挞戏沿慕凭听史档嫂遥连赊潞麦湖佳串毒爱宾丝跃达添雪腰霉俗楷岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 第一节第一节 地应力的基本概念及地应地应力的基本概念及地应力测量的重要性力测量的重要性BASICCONCEPTSANDIMPORTANCEOFIN-SITUSTRESSMEASUREMENT第一节第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要性地应力的基本概念及地应力测量的重要性俏木莱槐陆模萄方汗畔磁谣素诀赐埃致功歉眉裳艺媚遗后疥矿么韧深忻猖岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING什么是地应力？什么是地应力？ 地地应应力力是是存存在在于于地地层层中中的的天天然然应应力力，也也称称原原岩岩应应力力、岩岩体体初初始始应应力力、绝绝对对应应力力等等。它它是是引引起起采采矿矿、水水利利水水电电、土土木木建建筑筑、铁铁道道、公公路路和和其其他他各各种种地地下下或或露露天天岩岩土土开开挖挖工工程程变变形形和和破破坏坏的的根根本本作作用用力力。准准确确的的地地应应力力资资料料是是实实现现采采矿矿和和岩岩土土工程开挖设计和决策科学化的必要前提条件。工程开挖设计和决策科学化的必要前提条件。 第一节第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要性地应力的基本概念及地应力测量的重要性巫递沧撞友诧感产浆妇跑戚卑独帮仑贼舅违嚎槛殖廷永杂照鲸黔拔若吝顶岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING1.1.1地应力的成因地应力的成因n3030多多年年来来的的实实测测和和理理论论分分析析表表明明，地地应应力力的的形形成成主主要要与与地地球球的各种动力运动过程有关，包括：的各种动力运动过程有关，包括：l大陆板块边界受压大陆板块边界受压l地幔热对流地幔热对流l地球内应力地球内应力l地心引力地心引力l地球旋转地球旋转l岩浆侵入岩浆侵入l地壳非均匀扩容地壳非均匀扩容 n另另外外，温温度度不不均均、水水压压梯梯度度、地地表表剥剥蚀蚀或或其其它它物物理理化化学学变变化化等也可引起相应的应力场。等也可引起相应的应力场。1.1 1.1 地应力的成因及其一般分布规律地应力的成因及其一般分布规律对博迈胚逗庙卢窘脖娄阐拔屈掺唐侠天春捷盆钓敷癌茄好棘沏匠闹孟艳砧岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn中中国国大大陆陆板板块块受受到到印印度度洋洋板板块块和和太太平平洋洋板板块块的的推推挤挤，同同时时受受到到了了西西伯伯利利亚亚板板块块和和菲菲律律宾宾板板块块的的约约束束，产产生生水水平平受受压压应应力力场场。印印度度洋洋板板块块和和太太平平洋洋板板块块的的移移动动促促成成了了中中国国山山脉脉的的形形成成，控控制制了了我我国国地地震的分布。震的分布。 中国板块主应力迹线图中国板块主应力迹线图1.1 1.1 地应力的成因及其一般分布规律地应力的成因及其一般分布规律茂崔癌智摄瞻袭滦吭嚷赤巍脉烷单胀秩狂左牟栗民媳滥楚醇必遂揩珐讲鹤岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING汶川大地震汶川大地震纤该挖奶笔毡扶够妹水哲撩拓抿颓讯肾晨芝晌棉贺尚赏喻屈默僧帮砂递蛙岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING龙门山断裂带龙门山断裂带辟憎处直靡忆败林疫坑龚墩沈乖旅龙阻手钡霹酱腊獭帮跑憎继弃撩桓亚太岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl地地应应力力是是一一个个具具有有相相对对稳稳定定性性的的非非稳稳定定应应力力场场，它它是是时时间间和和空空间间的函数的函数l实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量l水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力l平平均均水水平平应应力力与与垂垂直直应应力力的的比比值值随随深深度度增增加加而而减减小小，但但在在不不同同地地区，变化的速度很不相同区，变化的速度很不相同l最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系l最最大大水水平平主主应应力力和和最最小小水水平平主主应应力力之之值值一一般般相相差差较较大大，显显示示出出很很强的方向性强的方向性l地地应应力力的的上上述述分分布布很很会会受受地地形形、地地表表剥剥蚀蚀、风风化化、岩岩体体结结构构特特征征、岩岩体体力力学学性性质质、温温度度、地地下下水水等等因因素素的的影影响响，特特别别是是地地形形和和断断层层的扰动影响最大的扰动影响最大1.1.2 地应力分布的一般规律地应力分布的一般规律1.1 1.1 地应力的成因及其一般分布规律地应力的成因及其一般分布规律蠕藕絮际统始框头筑组序萄葫辑捞斤咱昨致数券咕侣萎磁樊树墟埃棒潜昂岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING1.2.1地应力分布状态的复杂性和多变性地应力分布状态的复杂性和多变性l构构造造运运动动和和重重力力作作用用是是引引起起地地应应力力的的主主要要原原因因，其其中中尤尤以以水水平平方方向向的的构构造造运运动对地应力的形成影响最大。动对地应力的形成影响最大。l当当前前的的应应力力状状态态主主要要由由最最近近一一次次的的构构造造运运动动所所控控制制，但但也也与与历历史史上上的的构构造造运运动有关。动有关。l亿亿万万年年来来，地地球球经经历历了了无无数数次次大大大大小小小小的的构构造造运运动动，各各次次构构造造运运动动的的应应力力场场也经过多次的叠加、牵引和改造，造成了地应力状态的复杂性和多变性。也经过多次的叠加、牵引和改造，造成了地应力状态的复杂性和多变性。l即即使使在在同同一一工工程程区区域域，不不同同点点地地应应力力的的状状态态也也可可能能是是很很不不相相同同的的，因因此此，地地应力的大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法来获得。应力的大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法来获得。l要了解一个地区的地应力状态，唯一的方法就是进行地应力测量。要了解一个地区的地应力状态，唯一的方法就是进行地应力测量。1.2 地应力测量的重要性地应力测量的重要性扬捐屿嘿健皋汕馋凡堡捍丁戏赠介郎蝶论座航簇线贪簇知唐谍败拭州永褐岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl传传统统的的采采矿矿及及其其它它岩岩土土工工程程的的开开挖挖设设计计和和施施工工是是根根据据经经验验来来进进行行的的（查查手手册册）。当当开开挖挖活活动动是是在在小小规规模模范范围围内内和和接接近近地地表表的的深深度度上上进进行行的的时时候候，经经验验类类比比的的方方法法往往往往是是有有效效的的，但但是是随随着着开开挖挖规规模模的的不不断断扩扩大大和和不不断断向向深深部部发发展展，经经验验类类比比法法已已越越来来越越失去其作用。失去其作用。l为为了了对对各各种种岩岩土土工工程程进进行行科科学学合合理理的的开开挖挖设设计计和和施施工工，就就必必须须对对影影响响工工程程稳稳定定性性的的各各种种因因素素进进行行充充分分调调查查。在在诸诸多多的的影影响响岩岩体体开开挖挖工工程程稳稳定定性性的的因因素素中中，地地应应力力状状态态是是最最重重要要最最根根本本的的因因素之一。素之一。1.2.2 地应力对采矿工程的重要性地应力对采矿工程的重要性1.2 地应力测量的重要性地应力测量的重要性情倪帐圆凿脏佬卉悼追病划诸周臂离降铲墒裳费律部腐怖恼健呢媚太没督岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl对对矿矿山山设设计计来来说说，只只有有掌掌握握了了具具体体工工程程区区域域的的地地应应力力条条件件，才才能能合合理理确确定定矿矿山山总总体体布布置置，选选取取适适当当的的采采矿矿方方法法，确确定定巷巷道道和和采采场场的的最最佳佳断断面面形形状状、断断面面尺尺寸寸、开开挖挖步步骤骤、支支护护形形式式、支支护护结结构构参参数数、支支护护时时间间等等，从从而而在在保保证证围围岩岩稳稳定定性性的的前前提提下下，最最大大限限度度地地增增加加矿矿石石产产量量，提提高高矿矿山山经经济济效效益益，从从而而实实现现采采矿矿工工程的优化。程的优化。1.2 地应力测量的重要性地应力测量的重要性棘讲谅纵送舱膨驰入柒瘩量掏潞鸵磅颈代祝蹄筋因怔槽哗你掏肥刷蔓凿织岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl根根据据弹弹性性力力学学理理论论，巷巷道道和和采采场场的的最最佳佳形形状状主主要要由由其其断断面面内内的的二二个个主主应应力力的的比比值值来来决决定定，为为了了减减少少巷巷道道和和采采场场周周边边的的应应力力集集中中现现象象，它它们们最最理理想想的的断断面面形形状状应应是是一一个个椭椭圆圆，而而这这个个椭椭圆圆在在水水平平和和垂垂直直方方向向的的两两个个半半轴轴的的长长度度之之比比应应与与该该断断面面内内水水平平主主应应力力和和垂垂直直主主应应力力之之比比相相等等。在在此此情情况况下下，巷巷道道和和采采场场周周边边将将处处于均匀等压应力状态。这是一种最稳定的受力状态。于均匀等压应力状态。这是一种最稳定的受力状态。1.2 地应力测量的重要性地应力测量的重要性掳嘎同芍绸交子块溜周熬扼纵狐歧熊忆狸歪颖蛮沈傣芦赦脓涂诞捉喀疫翱岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl在在确确定定巷巷道道和和采采场场走走向向时时，也也应应考考虑虑地地应应力力的的状状态态，最最理理想想的走向是与最大主应力方向相平行。的走向是与最大主应力方向相平行。1.2 地应力测量的重要性地应力测量的重要性蹭篮顿辨朱定私唯腐今告釉坪先碱茧约衅貌郑熟殆鼎箩平雁蒋淳羊唆匈拉岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl由由于于采采矿矿工工程程的的复复杂杂性性和和形形状状多多样样性性，利利用用理理论论解解析析的的方方法法进进行行工工程程稳稳定定性性的的分分析析和和计计算算几几乎乎是是不不可可能能的的。但但是是，近近2020年年来来大大型型电电子子计计算算机机的的应应用用和和各各种种数数值值分分析析方方法法的的不不断断发发展展，使使采采矿矿工工程程成成为为一一门门可可以以进进行行定定量量设设计计计计算算和和分分析的工程科学。析的工程科学。l所所有有的的计计算算和和分分析析都都必必须须在在已已知知地地应应力力的的前前提提下下进进行行。如如果果对对工工程程区区域域的的实实际际原原始始应应力力状状态态一一无无所所知知，那那么么任任何何计计算和分析都将失去其应有的真实性和实用价值。算和分析都将失去其应有的真实性和实用价值。1.2 地应力测量的重要性地应力测量的重要性媚杜寐扦附非腮垦歇尧鬃麻沸栖忙抚峻麻鸳烦碗茫帚条虏炽颓掉耘庚嚣飘岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING第二节第二节 地应力测量原理与方法地应力测量原理与方法PRINCIPLESANDTECHNIQUESOFIN-SITUSTRESSMEASUREMENT 第二节第二节 地应力测量原理与方法地应力测量原理与方法掺抗逛衔熟静共甄涡追蜡惶史九臃承戳囱零喇望泽捅烙镍偶巡吟洒叁厩侨岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.1概述概述u 基本原理基本原理l 测测量量地地应应力力就就是是确确定定存存在在于于拟拟开开挖挖岩岩体体及及其其周周围围区区域域的的未未受受扰扰动动的的三三维维应应力力状状态态（原原岩岩应应力力），这这种种测测量量通通常常是是通通过过一点一点的量测来完成的。一点一点的量测来完成的。l 由由于于地地应应力力状状态态的的复复杂杂性性和和多多变变性性，要要比比较较准准确确地地测测定定某某一一工工程程区区域域的的地地应应力力，就就必必须须进进行行充充足足数数量量的的“点点”测测量量。在此基础上，可以借助数值分在此基础上，可以借助数值分岩体中任一点三维应力状态岩体中任一点三维应力状态析和数理统计、灰色建模、人工智能等方法，建立工程析和数理统计、灰色建模、人工智能等方法，建立工程区区域域的地应力场分布模型。的地应力场分布模型。恬臭采鸡仇乃骨滔杨欲屉琐贸砸慈峡疚遏逞篓忍更势食帆队袍眺繁矿拈粥岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu主要测量方法主要测量方法l直直接接测测量量法法：由由测测量量仪仪器器直直接接测测量量和和记记录录各各种种应应力力量量，如如补补偿偿应应力力、恢恢复复应应力力、平平衡衡应应力力，并并由由这这些些应应力力量量和和原原岩岩应应力力的的相相互互关关系系，计计算算出出原原岩岩应应力力值值。在在计计算算过过程程中中并并不不涉涉及及不不同同物物理理量量的的换换算算，不不需需要要知知道道岩岩石石的的物物理理力力学学性性质质和和应应力力应变关系。应变关系。l间间接接测测量量法法：不不是是直直接接测测量量应应力力值值，而而是是测测量量岩岩体体中中某某些些与与应应力力有有关关的的间间接接物物理理量量的的变变化化，如如岩岩体体中中的的变变形形或或应应变变，弹弹性性波波传传播播速速度度的的变变化化等等，然然后后由由测测得得的的间间接接物物理理量量的的变变化化，通通过过已已知知的的公公式式计计算算出出岩岩体体中中的的应应力力值值。为为了了计计算算应应力力值值，首首先先必必须须确确定定岩岩体体的的某某些些物物理理力力学学性性质质以以及及所所测测物物理理量量和和应应力的相互关系。力的相互关系。2.1概述概述渤宠癸揽卷椒氢躬匿浸焊乡戏眺地起囊酝荐章田朵惶酵占倦龙理坷住次烽岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING直接直接测量法量法l 扁千斤顶法扁千斤顶法 （Flatjack）l 刚性包体应力计法刚性包体应力计法 （Stiffinclusionstressmeter）l 水压致裂法水压致裂法 （Hydraulicfracturingtechnique）l 声发射法声发射法 （Acousticemissiontechnique）2.1概述概述瓜挺祥馅宵蝗敞戮苑纂归勒传除争苟善码秃税逆疤漱途疫丑昧盼潮锗穗孙岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING间接接测量法量法l套孔应力解除法套孔应力解除法（Stressreliefbyovercoringtechnique）l局部应力解除法局部应力解除法（Localstressrelieftechnique）l松弛应变测量法松弛应变测量法 （Relaxationstrainmeasurement）l孔壁崩落测量法孔壁崩落测量法 （Boreholebreakoutmeasurement）l地球物理探测法地球物理探测法 （Geophysicaltechnique）2.1概述概述艇梧揉禽蓬夹矽蝇胯垂衣徒引苏剑洛膊唾甫坛乘竭堡童豁圾嗜茁酵雄注家岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.2水压致裂法水压致裂法u测量原理测量原理l发展历史发展历史l弹性力学基本理论弹性力学基本理论孔边应力分布：孔边应力分布：(1)魏从缅寄韩哄赣叠膏胡澄菜乱迟绿仑翻肠峭纲匈骤进棋权潮框位膏锄赦皂岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.2水压致裂法水压致裂法u基本假设基本假设l垂直方向是一个主应力方向，其值等于自重力垂直方向是一个主应力方向，其值等于自重力l岩体线性、均质、各向同性岩体线性、均质、各向同性l渗透符合达西定律渗透符合达西定律(2)举林讣钥谗菲唉猴涸貉陀曹嘎烘龚抚淀忌钳铡渣隅棺竞更旧戊享彭攫鞍雏岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu测量步骤测量步骤(1)钻孔（地质勘探）、钻孔（地质勘探）、 选段（完整）、选段（完整）、 封隔（气或液）；封隔（气或液）； 直径：直径：3838、5151、 76 76、110110、 130 130；2.2水压致裂法水压致裂法倡臂蜜孺赃怀词型羞督淄禁抑已掖狸沽震失里橇楔爹瓮清番胃蹲熄西惟意岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING(2)加水压将孔壁压裂加水压将孔壁压裂(Fractureinitialpressure)(3)(3)关闭加压系统关闭加压系统(shut-inpressure) (4)由由(3)和和(4)可可求求出出 1和和 2，但需要知道，但需要知道T。2.2水压致裂法水压致裂法太撼宛躬群如式扣座藕剃祭靶娱溪足遇杯蒋怕凸盐筏陡犁绚褥棍绪贩滞夹岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING(4)重新加压使裂隙张开重新加压使裂隙张开(Fracturere-openingpressure)(5)由由(3)，(4)即即可可求求出出 1， 2，不需要知道，不需要知道T。(5)关关闭闭加加压压系系统统，再再次次测得测得Ps值。值。(6)将将封封隔隔器器完完全全卸卸压压，连连同同加加压压管管等等全全部部设设备备从钻孔中取出。从钻孔中取出。2.2水压致裂法水压致裂法获溢汗火卤盘诸谍拒兢郭旦尸角缀抗湛妨非庄隆剖宏贮铣永春毫丸伯蒸冶岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING(7)测量水压致裂裂隙的方位。测量水压致裂裂隙的方位。l采用井下摄影机、井下电视、井下光学望远镜或印模器。采用井下摄影机、井下电视、井下光学望远镜或印模器。l印印模模器器简简便便实实用用。将将印印模模器器连连同同加加压压管管路路一一起起送送入入井井下下的的水水压压致致裂裂部部位位，然然后后将将印印模模加加压压膨膨胀胀，钻钻孔孔上上的的裂裂隙隙均均即即可可印印在在印印模模器器上上。印印模模器器装装有有定定向向系系统统，可可确确定定裂裂隙隙的的方位。方位。最最后后，测测点点（即即试试验验段段）水水平平面面内内的的二二个个主主应应力力1和和2的的大大小小和和方方向向确确定定了了。再再加加上上垂垂直直方方向向主主应应力力v的的大大小小也也已已知知，测测点点的的三三维维应应力力状状态态（三三个个主主应应力力的的大大小小和和方方向向）就确定了。就确定了。2.2水压致裂法水压致裂法匣能呻嚣沙欠踞氧堵申咖掂拆壬金怪灯数豪烬历索恕芝毡自憨箱叼脐访入岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING水压致裂法的优缺点：水压致裂法的优缺点：l优点：优点：能测深部地应力能测深部地应力适用于采矿和岩土工程前期地应力评估适用于采矿和岩土工程前期地应力评估l缺点：缺点：主应力方向是假设的主应力方向是假设的在多节理、裂隙岩体中适用性差。在多节理、裂隙岩体中适用性差。2.2水压致裂法水压致裂法帧袋梆深拜臼镜爪抑茂逸讥腮亚握肖锦轴轧报虐期塘谨倚再宜湛衰鲸岸菜岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.2套孔应力解除法套孔应力解除法u测量原理测量原理在在应应力力场场作作用用下下，岩岩体体产产生生变变形形。如如果果将将岩岩体体中中的的一一部部分分与与周周围围岩岩体体分分离离，使使其其脱脱离离应应力力场场作作用用（实实现现应应力力解解除除），这这部部分分岩岩体体中中的的变变形形将将恢恢复复，测测量量出出这这部部分分恢恢复复应应变变，即即可可计计算算出出作作用用在在岩岩体体上上的的地地应力的大小和方向。应力的大小和方向。舌譬俩犁锣低募从致酌窘肪卷仰抗肢水缔就挥世啼探西朴缀桃晾酶蛙剐境岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.3套孔应力解除法套孔应力解除法u测量步骤测量步骤1)从从岩岩体体表表面面(地地下下巷巷道道、隧隧道道、峒峒室室等等表表面面)向向岩岩体体内内部部打打孔孔，直直至至需需要要测测量量岩岩体体应应力力的的部部位位。大大孔孔直直径径130mm。大大孔孔深深度度为为巷巷道道、隧隧道道或或开开挖挖峒峒室室跨跨度度的的3倍倍以以上上，从从而而保保证证测测点点是是未未受受岩岩体体开开挖挖扰扰动动的的原原岩岩应应力力区区。为为了了便便于于下下一一步步安安装装测测试试探探头头，大大孔孔要要保保持持一一定定的的同同心心度度，尽尽量打直。量打直。牙赐杭扼湃肉层焦萨藕蚀遏周嘴生辰船夏跪首饯菜逊过酞猫岁宪兜嫩唤官岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2)从从大大孔孔底底打打同同心心小小孔孔，供供安安装装探探头头用用，小小孔孔直直径径为为3638mm。小小孔孔深深度度一一般般为为孔孔径径的的10倍倍左左右右，从从而而保保证证小小孔孔中央部位处于平面应变状态。中央部位处于平面应变状态。3)用用一一套套专专用用装装置置将将测测量量探探头头安安装装(固固定定或或胶胶结结)到到小小孔孔的的适当位置。适当位置。4)用用第第一一步步打打大大孔孔用用的的薄薄壁壁钻钻头头继继续续延延深深大大孔孔，从从而而使使小小孔孔周周围围岩岩芯芯实实现现应应力力解解除除。由由于于应应力力解解除除引引起起的的小小孔孔变变形形或应变由包括测试探头在内的量测系统测定并记录下来。或应变由包括测试探头在内的量测系统测定并记录下来。5)根根据据测测得得的的小小孔孔变变形形或或应应变变通通过过有有关关公公式式即即可可求求出出小小孔孔周围岩体中的原岩应力状态。周围岩体中的原岩应力状态。2.3套孔应力解除法套孔应力解除法骄曲怔版蝴咱点蹭竣狄漫瓤疆福饯互咸囱式辫虫绣冶锰鹅够朵戳烁入威糠岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu套孔应力解除法主要测量方法套孔应力解除法主要测量方法l孔径变形测量法孔径变形测量法(Boreholediametraldeformationmeasurement)l孔底应变测量法孔底应变测量法(Boreholeendstrainmeasurement)l孔壁应变测量法孔壁应变测量法(Boreholewallstrainmeasurement)l空心包体应变测量法空心包体应变测量法(Hollowinclusionstrainmeasurement)l实心包体应变测量法实心包体应变测量法(Solidinclusionstrainmeasurement)2.3套孔应力解除法套孔应力解除法梭厌怯博帜铃肤庐淑以小应介星斯皑局饼届役萎茧慌俄贤叠碉拎伴筋梯楞岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu孔壁应变测量应力计算原理孔壁应变测量应力计算原理三轴孔壁应变计三轴孔壁应变计2.3套孔应力解除法套孔应力解除法久扣盐旭臃限栓销取纱耽昭得子陇垣唾瘤坝旨屎歹标昨啄搞俺橇礼梦亩狂岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING1)钻孔围岩应力分布公式钻孔围岩应力分布公式三维钻孔围岩应力分布状态图三维钻孔围岩应力分布状态图2.3套孔应力解除法套孔应力解除法结冤鼠炸崩篷豫寐喀铅殉丛皑茂参仙腋坡音韩卢枢射聊揩此世爆敲沧块闭岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING一一个个无无限限体体中中的的钻钻孔孔，受受到到无无穷穷远远处处的的三三维维应应力力场场( x, y, z, xy, yz, zx)的的作作用用时时，孔孔边边围围岩岩应应力力分分布布公公式式为：为：(6)(7)(8)2.3套孔应力解除法套孔应力解除法奴综卢梦贤倾派越瑟嚣坷嫌杆舷嗅提倡狄完怨熔时涂钳妈栈癌兜剿立浸湿岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING(9)(10)(11)注意：注意：在在上上述述公公式式中中，原原岩岩应应力力采采用用的的是是直直角角坐坐标标系系，孔孔边边的的围围岩岩应力状态采用柱坐标系；应力状态采用柱坐标系；柱柱坐坐标标系系的的z z轴轴和和直直角角坐坐标标系系的的z z轴轴相相一一致致，柱柱坐坐标标系系的的 角角从从x x轴逆时针旋转计数为正；轴逆时针旋转计数为正； z z为为原原岩岩应应力力分分量量，而而 z z为为受受开开挖挖影影响响的的孔孔边边围围岩岩中中任任一一点点z z轴方向的应力分量。当轴方向的应力分量。当r r时时, , z z= = z z 。2.3套孔应力解除法套孔应力解除法析热幻岂费艰寿硝役宝紊恕睁坊爵咱终里瘫药珐澄吻佩视朵仲究纲媚痘媒岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2)孔壁应变和孔壁应力之间的关系式孔壁应变和孔壁应力之间的关系式 电阻应变花的受力状态电阻应变花的受力状态2.3套孔应力解除法套孔应力解除法氢汐氟夺矽疫匠挂就软统事俯痊送增请缨壬陪就郑歪祝菌般梳婆笔冤渐缀岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING孔孔壁壁为为平平面面应应力力状状态态，只只有有 ， z， z三三个个应应力力分分量量，每每个个电电阻阻应应变变花花的的4支支应应变变片片所所测测应应变变值值 ， z， 45， -45即（即（ 135）和它们的关系式为）和它们的关系式为(12)(13)(14)2.3套孔应力解除法套孔应力解除法胞吃槐曾睁凉管裳簇捂碌滚感北潘烤绵伴仁滩报乡咕肚衅租还须瘫茧垫劳岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING3)孔孔壁壁应应变变和和三三维维原原岩岩应应力力分分量量( x， y， z， xy， yz， zx)之之间的关系式间的关系式将将 ， z， z转转变变成成原原岩岩应应力力分分量量 x， y， z， xy， yz， zx的表达式，可得到下列方程的表达式，可得到下列方程(15)(16)(17)(18)2.3套孔应力解除法套孔应力解除法怒现锐赃易四料述沮经萝钡业彩带苯私釜咆销每意剖降娜烈净磅粗唐咸霹岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING这这就就是是根根据据应应力力解解除除过过程程中中测测得得孔孔壁壁应应变变值值计计算算原原岩岩应应力力的的公公式式。从从6个个应应力力分分量量即即可可以以算算出出测测点点三三个个主主应应力力加大小和方向。加大小和方向。 每每组组应应变变花花的的测测量量结结果果可可得得到到4个个方方程程，三三组组应应变变花花共共得得到到12个个方方程程，其其中中至至少少有有6个个独独立立方方程程，因因此此可可求求解解出出原岩应力的原岩应力的6个分量（个分量（ x， y， z， xy， yz， zx）。）。2.3套孔应力解除法套孔应力解除法诌归诺呼酝矾赎赤豫列统刻朔矩拨跳杯悸居慰哈嘴笺搬极椎邑书鸿簿堰叙岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING4)孔孔壁壁应应变变计计围围压压试试验验结结果果计计算算测测点点岩岩石石弹弹性性模模量量和和泊泊松松比的公式比的公式(19)(20)式式中中：P0为为围围压压值值；E，v分分别别为为岩岩石石的的弹弹性性模模量量和和泊泊松松比比； ， z分别为围压引起的平均周向应变和平均轴向应变。分别为围压引起的平均周向应变和平均轴向应变。2.3套孔应力解除法套孔应力解除法排坍恢块星僧卫汕绎浙眯掌唤做移钉哮侗统狰边帖沈甸越柠娘隶陆引魄尤岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING空心包体应变测量空心包体应变测量1)测测量量原原理理：空空心心包包体体应应变变计计的的主主体体是是一一个个外外径径37mm，壁壁厚厚2mm的的空空心心圆圆筒筒，三三组组和和孔孔壁壁应应变变计计类类似似的的应应变变花花嵌嵌贴贴在在筒壁的中间。筒壁的中间。2)空心包体应变计算地应力的方式空心包体应变计算地应力的方式(21)(22)(23)(24)2.3套孔应力解除法套孔应力解除法嘿撅诽枢浴暑宵稳抖敝映您锚淌晋拒渭胎募翘绅毖钝合派辛究纽城鲸投禁岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl空空心心包包体体应应变变计计应应变变数数据据计计算算地地应应力力的的公公式式和和孔孔壁壁应应变变计具有几乎相同的形式。计具有几乎相同的形式。l多多了了4个个修修正正系系数数k1，k2，k3，k4(统统称称k系系数数)，用用以以修修正正由由于于在在空空心心包包体体应应变变计计中中，应应变变片片不不是是直直接接粘粘贴贴在在孔孔壁壁上上，而而是是与与孔孔壁壁有有1mm左左右右的的距距离离，因因而而其其测测出出的的应应变变值值和和孔孔壁应变计测出的应变值是有区别的。壁应变计测出的应变值是有区别的。l k系系数数是是与与岩岩石石和和空空心心包包体体材材料料的的弹弹性性模模量量、泊泊松松比比、空空心心包包体体的的几几何何形形状状、钻钻孔孔半半径径等等有有关关的的变变数数。对对于于每每一一次次应力解除试验，都必须具体计算该测点的应力解除试验，都必须具体计算该测点的k系数值。系数值。l k系系数数的的计计算算公公式式教教材材岩岩石石力力学学与与工工程程（蔡蔡美美峰峰主主编编，何满潮、刘东燕副主编）第何满潮、刘东燕副主编）第170页。页。2.3套孔应力解除法套孔应力解除法胜蚕恒泽勺栅叠务叶遇耽核屋知招唐末噎晴癸砒穗啃冤尚寡角熊腺挖戊债岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING3)空空心心包包体体围围压压试试验验计计算算测测点点岩岩石石弹弹性性模模量量和和泊泊松松比比的的公式公式和和空空壁壁应应变变计计的的围围压压试试验验计计算算公公式式也也基基本本相相同同，但但在在公式公式(4-25)式中多了一个式中多了一个K1，它是由蔡美峰推导出来的。，它是由蔡美峰推导出来的。(25)(26)2.3套孔应力解除法套孔应力解除法矣摩弟华唉康继哺万律徊搏憾军摆充滓责嘴筑宫幕百季畔郁窖裔虑硝唤撑岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING4)空心包体应变计优点空心包体应变计优点l应应变变计计和和孔孔壁壁在在相相当当大大的的一一个个面面积积上上胶胶结结在在一一起起，因因此此胶胶结质量较好。结质量较好。l胶胶结结剂剂还还可可注注入入应应变变计计周周围围岩岩体体中中的的裂裂隙隙、缺缺陷陷，使使岩岩石石整体化，因而较易得到完整的套孔岩芯。整体化，因而较易得到完整的套孔岩芯。l可用于中等破碎和松软的岩体中，且有较好的防水性能。可用于中等破碎和松软的岩体中，且有较好的防水性能。目目前前空空心心包包体体应应变变计计已已成成为为世世界界上上最最广广泛泛采采用用的的一一种种地地应力解除测量仪器。应力解除测量仪器。5)北北京京科科技技大大学学蔡蔡美美峰峰教教授授等等发发明明了了“实实现现完完全全温温度度补补偿偿并并考考虑虑岩岩体体非非线线性性的的地地应应力力解解除除测测量量技技术术”，使使地地应应力力测测量量的的可靠性和精度大幅度提高。可靠性和精度大幅度提高。2.3套孔应力解除法套孔应力解除法锦累难告赠陀罐翔债懦缸补沁对褂颐絮东唾哭瞅赖社般平典译佃询憋具妹岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.3套孔应力解除法套孔应力解除法合骤柠绣豪蛙斯仰吓窄盎剥妨藏嘉参陋熊住舟仗疑囊友柜磁垫它名钳哟灵岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果表表表表1 1 新城金矿应力解除法各测点主应力计算结果新城金矿应力解除法各测点主应力计算结果新城金矿应力解除法各测点主应力计算结果新城金矿应力解除法各测点主应力计算结果测点号深度(m)最大主应力1中间主应力2最小主应力3数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )120511.45307.1-17.65.69286.371.34.0335.16.2220511.54270.04.36.77181.5-19.05.72347.8-70.4320511.27218.910.25.68220.2-79.83.98129-0.2423514.62237.69.210.17329.913.95.63295.1-73.2523513.69128.7-7.86.83131.382.25.0638.80.3623512.99301.9-0.66.14208.2-81.35.00212.08.7723513.60311.0-1.48.93220.7-10.46.85228.879.5823512.58280.0-13.27.85187.3-11.16.92238.572.6923512.80127.1-7.27.4135.9-9.75.8972.478.01031018.39123.1-1.611.65213.2-3.310.73187.786.41131018.50285.5-17.78.8980.8-70.67.0513.07.61231020.73109.9-0.49.00201.9-79.17.01199.810.91331016.3282.93.29.1913-80.77.99172.4-8.71441029.62308.9-5.313.77193.2-78.011.98219.910.71541031.49148.4-6.914.13267.7-76.011.08236.912.01641031.55327.211.7713.89219-79.111.77237.810.31741025.9890.7-4.511.54106.785.35.780.81.3蔽跃蒂芳音棕寺寓侯牢增革挤粱聊愚析倒粗肪拒掏雏赁琴荣贯诞酣棒鄂彝岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING（MPaMPa）（7 7） （MPaMPa）（9 9） （MPaMPa）（8 8） 地应力场分布模型（线性回归）：地应力场分布模型（线性回归）：地应力场分布模型（线性回归）：地应力场分布模型（线性回归）： 2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果拙议篙遭瑟祷告土详田渭困巍注平堤畏描赤柳琐篆岂昭竭磁罚题噪按属悼岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING图图图图3 3 2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果诌柠糊公介叼己镊餐琐歌烘烹呀史浑限肤近好例踩玉枯花当付闯块撂爹俩岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING表表2 峨口铁矿水压致裂法各测点主应力计算结果峨口铁矿水压致裂法各测点主应力计算结果钻孔号钻孔号深度深度(m)数值（数值（MPa）方向方向( )数值（数值（MPa）方向方向( )（MPa）H1118.013.31606.4703.4H2133.4814.01636.5733.8H399.1413.3-7.2-2.8H4151.2518.51719.1814.3H5110.9213.21526.8623.22.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果昧厕驰仟妇玫恬亦莱必椽钦琵弥澎竿批沼襄妻膜瞩王糜澡产责酌窝椽怠破岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING表表3峨口铁矿应力解除法各测点主应力计算结果峨口铁矿应力解除法各测点主应力计算结果测点号最大主应力1中间主应力2最小主应力3数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )B123.10359.9-2.09.41331.487.77.6489.91.1B223.11170.0-0.510.72260.2-15.58.25258.174.5B322.96183.20.810.9790.574.38.8593.4-15.6B419.34153.1-0.38.9963.0-12.08.5764.678.02.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果常绥站余赡敞滇休铭书魏柒钟魏人南伦袖告融夷加析憨送缺眷身慢吓袍脖岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING地应力场分布模型（灰色建模理论）：地应力场分布模型（灰色建模理论）：地应力场分布模型（灰色建模理论）：地应力场分布模型（灰色建模理论）：（1010） （1111） （1212）式中：式中： 分别为最大水平主应力、最小水平主应力分别为最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力；和垂直主应力；为区域坐标，为区域坐标，Z为埋深为埋深2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果邑仍营黎渐幽症咋会飘蚜颠正狗侄哺辑税汇肛拆丫怨宜变瘩兵较满若冶蝎岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING测点号深度(m)最大主应力1中间主应力2最小主应力3数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )12109.46228.12.04.36318.511.73.04308.6-78.1221811.47359.5-4.55.61270.39.94.8065.279.1321011.79140.2-5.75.8648.9-13.15.0373.275.7434220.19107.3-3.19.79114.786.97.4817.30.4536016.16345.5-0.310.28211.3-89.57.59255.50.3635020.32195.912.611.79287.36.29.5743.076.0735018.37335.1-4.59.57307.285.26.9264.92.4841821.50313.7-3.312.32193.3-83.511.56224.15.6表表4梅山铁矿各测点主应力计算结果梅山铁矿各测点主应力计算结果2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果州愁缄沃谬场娘梧惦范档改谐搪尘汪变焦罚岛钟睛芽鬃幅围自卒菱杯睬冒岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING地应力场分布模型（线性回归）：地应力场分布模型（线性回归）：（MPa）（13）（MPa）（14） （MPa）（15） 2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果撼阻孟锚束贺旬磐俯懂七允妥严住冈驳修奖粹罗昆计约对渣估秦挥馋漱催岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING图图4梅山铁矿梅山铁矿 与深度的关系与深度的关系 2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果弯跑襟丹滞琐厚道视剿扯间鹊眷创碧喷假一只吏伴舍缴梨宫兽窍理矮目砧岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING表表表表55金川镍矿各测点主应力计算结果金川镍矿各测点主应力计算结果金川镍矿各测点主应力计算结果金川镍矿各测点主应力计算结果测点号深度(m)最大主应力1中间主应力2最小主应力3数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )155031.1833.86.313.74280.974.110.88305.4-14.5255024.881.915.513.59271.32.112.96353.6-74.4355028.0835.25.014.2888.7-82.711.59305.8-6.7455028.4436.62.213.34299.472.99.44307.2-16.9570036.95176.7-8.817.552.6-81.113.0986.80.9670037.8618.21.416.79130.686.212.22108.2-3.5770034.68348.0-5.117.34238.8-74.913.48259.214.2870031.6413.23.818.6879.9-80.511.59283.8-8.7976040.55160.6-1.920.550.3-84.316.7570.60.71076037.26226.014.618.19204.274.517.66314.6-5.62.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果炼狙乓门钎背挂谗御磕嘱萧额筏吼唯址饺筋芋吼袍饶后桐钢照嫌镣戒绞存岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING地应力场分布模型（线性回归）：地应力场分布模型（线性回归）：（MPa）（16）（MPa）（17）（Mpa）（18）2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果胡过皋千毖船颈浑啪槐沙镀码醉貌彭挽具导拴茂徘吝豆吩叮爹揣巷徘叔邱岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING图图5金川镍矿金川镍矿 与深度的关系与深度的关系 2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果谆恐汹使纱送淑株儒树靶赎嘶医魏黎七拉嘿磷遇砾狠昆溢嚣策淹哨佑吐穆岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING表表6 6 玲珑金矿各测点主应力计算结果玲珑金矿各测点主应力计算结果测点号深度(m)最大主应力1中间主应力2最小主应力3数值(Mpa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )数值(MPa)方向( )倾角( )125017.6352.64.78.62321.97.77.58353.6-81.0225014.06287.7-14.47.6319.4-6.66.63133.5-74.1329015.58141.4-3.08.2824.5-83.36.8451.85.9429017.51294.8-0.19.3726.3-84.37.2624.85.7529017.68280.3-13.59.25322.872.06.61193.211.7629020.45343.5-6.48.3675.3-15.17.7551.273.5729019.7491.3-2.110.09171.977.18.581.812.7837023.43138.2-9.312.6912.7-74.210.1350.312.6937021.32103.6-12.010.68237.4-72.98.20103.6-12.01041025.77255.72.610.73155.475.610.18166.4-14.11141025.55218.02.111.51118.877.18.64128.5-12.71257032.5392.2-3.815.54199.0-77.013.21181.412.42.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果削浴硷蘑哗鲍村磨禹立梦唆喧棉迢言坤读唐踏硅庶涉决筹束障壹福纺今荒岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING地应力场分布模型（线性回归）：地应力场分布模型（线性回归）： （MPa）（19）（MPa）（20） （MPa）（21）2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果何抬瓢轿撑箱彦供秦启乎洒厄碘噶膛潞摊苯进谋延摊孪烯湘磺德译糟避烘岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING图图6玲珑金矿玲珑金矿 与深度的关系与深度的关系2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果伺赫癌不很卡钵涪儡原泣肠堵环寇芋冤铱增冕毖眠饱浑囚磺太枫汲肋许盂岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING五个矿山地应力场分布规律性分析五个矿山地应力场分布规律性分析 1 1）五五个个矿矿山山的的地地应应力力分分布布状状态态基基本本相相同同，即即在在三三个个主主应应力中，均有二个接近于水平方向，另一个接近于垂直方向。力中，均有二个接近于水平方向，另一个接近于垂直方向。 2 2）五五个个矿矿山山的的最最大大主主应应力力均均位位于于近近水水平平方方向向，最最大大水水平平主主应应力力值值为为自自重重应应力力的的2 2倍倍左左右右。说说明明这这五五个个矿矿山山的的地地应应力力场场是以水平构造应力为主导的，而不是以自重应力为主导的。是以水平构造应力为主导的，而不是以自重应力为主导的。 3 3）最最大大水水平平主主应应力力的的走走向向，新新城城金金矿矿位位于于南南东东东东- -北北西西西西向向或或接接近近东东西西向向，梅梅山山铁铁矿矿位位于于南南东东- -北北西西向向，峨峨口口铁铁矿矿位位于于南南南南东东- -北北北北西西向向或或接接近近于于南南北北向向，金金川川镍镍矿矿为为北北北北东东- -南南南南西西向向或或接接近近南南北北向向，玲玲珑珑金金矿矿为为南南东东- -北北西西向向，均均基基本本上上与与区区域构造地应力场最大主应力的方向相一致。域构造地应力场最大主应力的方向相一致。2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果托饵阁聪兜触萌豹蚕恃轿鹅辕般捻拥沈匝泳倾响瓜爱贵督染睹还韭拨仪桌岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING4 4）位位于于近近水水平平面面内内的的二二个个主主应应力力的的值值，一一般般相相差差较较大大，显显示示出出很很强强的的方方向向性性。按按照照莫莫尔尔- -库库仑仑强强度度理理论论，两两个个主主应应力力的的差差值值就就是是剪剪应应力力，而而岩岩体体的的破破坏坏通通常常是是由由于于剪剪切切破破坏坏引引起起的的，在在水水平平面面内内存存在在的的很很大大剪剪应应力力是是引引起起地地下下巷巷道道和和采采场场变变形形和和破破坏坏的的重重要要原原因因，必必须须引引起起足足够的重视。够的重视。 5 5）垂垂直直应应力力值值基基本本上上等等于于单单位位面面积积上上覆覆岩岩层层的的重重量量。垂垂直直应应力力的的平平均均值值，新新城城金金矿矿、梅梅山山铁铁矿矿、峨峨口口铁铁矿矿和和玲玲珑珑金金矿矿均均为为略略大大于于自自重应力，只有金川镍矿略小于自重应力。重应力，只有金川镍矿略小于自重应力。 6 6）最最大大水水平平主主应应力力、最最小小水水平平主主应应力力和和垂垂直直主主应应力力均均随随深深度度呈呈近近似似线线性性增增长长的的关关系系。这这就就意意味味着着在在矿矿山山深深部部将将会会遇遇到到很很大大的的地地应应力力的的作作用用。必必须须采采取取合合理理有有效效措措施施控控制制地地应应力力的的作作用用，维维护护地地下下采采场场、巷道的稳定性。巷道的稳定性。 2.4 五个矿山地应力测量结果五个矿山地应力测量结果初偷煮能瞪福盛眼移梆滦室广滇占戴慕差浑亦春向河蝗呸可礼守勾止惋孙岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 第三节第三节 地下矿山采矿设计优化地下矿山采矿设计优化第三节第三节 地下矿山采矿优化设计地下矿山采矿优化设计趁土冕笨误戳讹蕊伤柞喇谩吻褐朴忌兢春班蛤红正穗恰糯孵嗽助忆迁劳味岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 采采矿矿过过程程是是一一个个力力学学过过程程，因因此此研研究究采采矿矿问问题题必必须须借借助助于于数数学学、力力学学的的方方法法。研研究究力力学学问问题题一一般般只只关关心心两两个个因因素素，一一是是结结构构材材料料因因素素，二二是是荷荷载载因因素素。而而采采矿矿工工程程比比其其他他工工程程要要复复杂杂得得多多，采采矿矿力力学学研研究究所所涉涉及及到到的的因因素素比比其其他他力力学学问问题题也要多得多。也要多得多。n研究对象研究对象l岩岩体体是是一一种种非非常常复复杂杂的的地地质质结结构构体体，具具有有不不连连续续性性、不不均均质质和各向异性；和各向异性；l力学形态或本构关系表现出非常复杂的非线性；力学形态或本构关系表现出非常复杂的非线性；l与其他力学问题所研究的材料完全不同。与其他力学问题所研究的材料完全不同。3.1 3.1 地下采矿力学研究的特点地下采矿力学研究的特点青赚搪悬公速沸见泄甭厩晤嘲澜抄码变溃刑槐看收颐温累函疗冶辕舱中营岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn荷载形式荷载形式l采矿问题力学分析的基础是地应力的存在。采矿问题力学分析的基础是地应力的存在。l地地应应力力是是存存在在于于地地层层中中的的“原原始始应应力力”，是是一一种种内内应应力力，而而不不是是外外加加荷荷载载。是是“先先有有荷荷载载，后后挖挖洞洞”，不不是是“先先挖挖洞洞，后荷载后荷载”。l一一般般力力学学问问题题如如地地面面结结构构物物上上的的受受力力是是由由加加载载而而产产生生，而而采采矿矿是是“开开挖挖问问题题”，开开挖挖空空间间引引起起局局部部地地应应力力释释放放，采采矿矿结结构上的荷载是由岩体卸荷而产生的。构上的荷载是由岩体卸荷而产生的。l采采矿矿问问题题的的力力学学分分析析和和其其他他力力学学分分析析中中思思路路上上和和方方法法上上均均有有很大差异。很大差异。3.1 3.1 地下采矿力学研究的特点地下采矿力学研究的特点鼠莆醇盗烛之统浙昆犹医据逊崔梨隔秸札谢韩明氛龄冷咐饿热孤镊神肺辗岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING3.1 3.1 地下采矿力学研究的特点地下采矿力学研究的特点反转应力法多步开挖加载等效释放荷载模型反转应力法多步开挖加载等效释放荷载模型骚胁畸袁详柞挫脯信搂蔷货皆卖善铡柞悦苑粮沥搭粱广萄彪瘪士削溢芒缕岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn施工因素施工因素l地地下下采采矿矿的的力力学学分分析析除除了了考考虑虑材材料料因因素素、荷荷载载因因素素以以外外，还还要考虑施工因素。要考虑施工因素。l采采矿矿是是一一个个非非常常复复杂杂的的开开挖挖过过程程，其其开开挖挖不不是是一一次次完完成成的的，而是分多次完成的。而是分多次完成的。l线线性性材材料料的的加加卸卸载载路路径径是是相相同同的的，符符合合迭迭加加原原理理，而而非非线线性性材料加卸载路径不同，不能迭加（加载途径性）；材料加卸载路径不同，不能迭加（加载途径性）；l多多步步开开挖挖过过程程就就是是一一个个反反复复的的加加卸卸载载过过程程，由由于于岩岩体体是是非非线线性的，因而开挖引起的力学效应就具有加载途径性；性的，因而开挖引起的力学效应就具有加载途径性；3.1 3.1 地下采矿力学研究的特点地下采矿力学研究的特点尹直语缸殖稍柑楼奸董疆脂回驱酷吻其滞姬恤惶扬斧蠢马龄牙便帮蛹悍负岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl开开挖挖过过程程、开开采采顺顺序序不不同同就就会会产产生生不不同同的的应应力力- -应应变变历历史史变变化化过程和不同的最终力学效应过程和不同的最终力学效应l不不同同的的巷巷道道和和采采场场布布置置，不不同同的的开开拓拓过过程程和和回回采采顺顺序序、回回采采步步骤骤，不不同同的的工工艺艺方方法法、不不同同的的支支护护方方式式、支支护护结结构构和和施施工工方方式式、施施工工时时间间等等，都都会会产产生生不不同同的的力力学学效效应应，出出现现最最终终不不同的稳定性状态；同的稳定性状态；l施工因素对采矿工程的稳定性具有重大影响。施工因素对采矿工程的稳定性具有重大影响。3.1 3.1 地下采矿力学研究的特点地下采矿力学研究的特点炼姿命谈占洋辑圆赂恼工贫使挛芬搔褐魁递严吵握冒莉这小梯逼淑卸姆踩岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn不确定研究方法不确定研究方法l采采矿矿的的力力学学分分析析过过程程中中包包括括了了大大量量的的不不确确定定性性因因素素，这这种种不不确确定定性性既包括模糊性，也包括随机性。既包括模糊性，也包括随机性。l力力学学分分析析的的原原始始数数据据、原原始始资资料料，如如工工程程地地质质、水水文文地地质质条条件件、矿矿体体赋赋存存状状况况、岩岩体体结结构构，物物理理力力学学性性质质，本本构构关关系系等等均均具具有有大大量量不确定性；不确定性；l原原始始数数据据、原原始始资资料料的的调调查查、搜搜集集都都受受到到数数量量的的限限制制和和人人为为的的影影响响，都具有随机性。都具有随机性。l采采矿矿的的工工艺艺方方法法、施施工工过过程程也也具具有有不不确确定定性性，因因为为即即使使相相同同的的设设计计，不同的人施工，其效果也不一样不同的人施工，其效果也不一样l用用确确定定性性的的研研究究方方法法，如如传传统统的的数数学学力力学学方方法法，不不能能解解决决采采矿矿过过程程的的力力学学分分析析问问题题，必必须须采采用用新新的的不不确确定定性性研研究究方方法法才才能能使使分分析析研研究的结果比较符合实际究的结果比较符合实际。3.1 3.1 地下采矿力学研究的特点地下采矿力学研究的特点孰孺枉诧溃娄骸脱奄盼疼桔琵寄掩醉德逾培储升肉伏缔凹旷酥踏漫疯轻半岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 目目标标：根根据据具具体体的的矿矿体体赋赋存存状状况况和和开开采采技技术术条条件件，选选择择最最合合理理的的采采矿矿设设计计方方案案，以以便便在在保保证证生生产产安安全全的的前前天天下下，最最大大限限度度地地减减少少开开拓拓和和支支护护成成本本，最最大大限限度度地地增增加加矿矿石石产产量量，提提高高企业的经济效益、社会效益和环境效益。企业的经济效益、社会效益和环境效益。n安全性安全性l选选择择正正确确的的采采矿矿方方法法，在在深深部部地地应应力力大大、矿矿岩岩破破碎碎条条件件下下，采用充填法而不是空场法；采用充填法而不是空场法；l设设计计合合理理的的开开采采顺顺序序和和开开挖挖步步骤骤，以以使使围围岩岩的的应应力力变变形形分分布布趋于合理；趋于合理；l确确定定合合理理的的支支护护设设计计参参数数和和有有效效的的地地压压控控制制措措施施，既既保保证证采采场和巷道的稳定，又要尽可能节省支护成本。场和巷道的稳定，又要尽可能节省支护成本。3.2 3.2 采矿设计优化的目标和内容采矿设计优化的目标和内容技牧闸溅爬筒剃恒厘痘葬妮释迁匈蘸汽泣苞卵伎莹刺彝展摇巳攒象掏梁锅岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn生产效率生产效率l选选择择的的采采矿矿方方法法和和回回采采设设计计方方法法应应尽尽可可能能提提高高开开采采强强度度，增增加采矿生产能力和劳动生产率加采矿生产能力和劳动生产率l地下开采无轨化作业，提高采矿的机械化作业水平地下开采无轨化作业，提高采矿的机械化作业水平l盘区上向高分层充填法连续回采（新城金矿）盘区上向高分层充填法连续回采（新城金矿）l大面积无矿柱连续回采（金川镍矿）大面积无矿柱连续回采（金川镍矿）3.2 3.2 采矿设计优化的目标和内容采矿设计优化的目标和内容澄列敌九抨汝严爹脚仅贵帘陀官氰睬保殴梁卑喳缠促际礼留恢诺惫县鸿虚岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn矿石回采率矿石回采率l必须尽可能充分回收资源，提高矿石回采率，减少矿石损失；必须尽可能充分回收资源，提高矿石回采率，减少矿石损失；l禁止短期行为和以牺牲资源为代价的高效益；禁止短期行为和以牺牲资源为代价的高效益；l在经济指标许可的前提下尽可能选择矿石损失少的采矿方法；在经济指标许可的前提下尽可能选择矿石损失少的采矿方法；l避避免免由由于于应应力力集集中中，围围岩岩或或矿矿体体破破坏坏，导导致致一一部部分分矿矿采采不不出出来的现象。来的现象。3.2 3.2 采矿设计优化的目标和内容采矿设计优化的目标和内容客如讣颂狠肿仙牟全嫡网钳摈樊哈长雏宿熏馆破违亮崖狙铱掂匪犹探丛腹岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn矿石贫化率矿石贫化率l矿矿石石贫贫化化率率就就是是混混入入矿矿石石的的废废石石的的比比例例，和和矿矿石石损损失失率率一一样样，它是采矿的一个重要技术经济指标。它是采矿的一个重要技术经济指标。l努努力力降降低低矿矿石石贫贫化化率率，对对保保证证矿矿石石质质量量、降降低低生生产产成成本本关关系系重大重大l在在采采用用崩崩落落法法较较多多的的冶冶金金矿矿山山，可可通通过过改改进进放放矿矿工工艺艺等等方方法法，尽可能降低矿石贫化率。尽可能降低矿石贫化率。n经济效益经济效益l采采矿矿设设计计优优化化的的目目标标，就就是是要要根根据据矿矿山山的的具具体体开开采采条条件件，采采用用最最合合适适的的开开采采方方式式，使使矿矿山山企企业业达达到到其其可可能能达达到到的的最最大大效效益。益。3.2 3.2 采矿设计优化的目标和内容采矿设计优化的目标和内容迄妙万酵蚁桌酚题筹襄磋郧隙闻砾牛废眯尧任菲螺孙涣廷负臀奠报毖代谗岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn社会效益和环境效益社会效益和环境效益l采采矿矿对对生生态态环环境境的的影影响响和和破破坏坏，必必须须控控制制在在允允许许的的范范围围内内，越小越好；越小越好；l尽尽可可能能减减少少采采矿矿对对地地面面植植被被的的破破坏坏，减减少少废废石石废废水水的的排排放放，避免废石占用耕地和废水对地下水的污染；避免废石占用耕地和废水对地下水的污染；l避避免免采采矿矿引引起起的的大大面面积积地地表表变变形形和和下下沉沉、塌塌陷陷、地地下下水水位位的的下降和枯竭下降和枯竭l建建立立“清清洁洁生生产产”和和“生生态态采采矿矿”的的概概念念，努努力力建建立立“无无废废矿山矿山”。3.2 3.2 采矿设计优化的目标和内容采矿设计优化的目标和内容蛀夺贝薛妇其还旺秩膳凸烩结玛砖慷接虽守加矾笔匀拈僵漆监封送铰庭超岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 为为了了实实现现安安全全、经经济济、高高效效的的采采矿矿目目标标，必必须须针针对对具具体体的的矿矿体体规规模模、价价值值和和赋赋存存特特点点，系系统统掌掌握握开开采采的的技技术术条条件件，选选择择合合理理的的采采矿矿方方法法，确确定定合合理理的的开开采采工工艺艺流流程程。从从而而实实现现采采矿设计的优化。矿设计的优化。n工程地质条件和矿岩物理力学性质工程地质条件和矿岩物理力学性质l工工程程地地质质条条件件包包括括岩岩体体结结构构、岩岩性性分分布布、破破碎碎带带、断断层层、节节理、裂隙分布及其状况、地下水状况等；理、裂隙分布及其状况、地下水状况等；l工工程程地地质质条条件件和和矿矿岩岩体体物物理理力力学学性性质质的的综综合合反反映映是是矿矿岩岩体体的的稳稳定定性性。它它是是直直接接影影响响采采矿矿构构成成要要素素和和地地压压管管理理方方法法的的重重要要因素。因素。3.3 3.3 影响采矿方法选择和设计优化的主要因素影响采矿方法选择和设计优化的主要因素绽胯恰幻传钢葛削丰留赔赞烬背郭檄橱呢辨妨胁瞥论灭巳鼎瘸欠梨镭蜘当岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn地应力状态地应力状态l只只有有掌掌握握了了具具体体工工程程区区域域的的地地应应力力条条件件，才才能能合合理理确确定定矿矿山山总总体体布布置置，选选取取适适当当的的采采矿矿方方法法，确确定定巷巷道道和和采采场场的的最最佳佳断断面面形形状状、断断面面尺尺寸寸、开开挖挖步步骤骤、支支护护形形式式、支支护护结结构构参参数数、支护时间等；支护时间等；l深深部部开开采采中中将将遇遇到到高高地地应应力力的的作作用用，高高应应力力下下的的采采矿矿方方法法、采场结构和支护措施，与低应力条件相比，将会有重大变化。采场结构和支护措施，与低应力条件相比，将会有重大变化。n矿体的种类和质量矿体的种类和质量l矿石的价值决定开采的成本和采矿方法的选择矿石的价值决定开采的成本和采矿方法的选择. .3.3 3.3 影响采矿方法选择和设计优化的主要因素影响采矿方法选择和设计优化的主要因素绩眉讲铀茅沉典蜂某捻五捏胶芳假句才优挡男配埔炊淬赔抽蔷镭期支柏掉岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn矿体赋存状况（倾向和厚度）矿体赋存状况（倾向和厚度）l水水平平、缓缓倾倾斜斜、倾倾斜斜和和急急倾倾斜斜四四种种不不同同倾倾向向矿矿体体的的开开采采方方法法和和采采场场布布置置是是不不同同的的。（金金属属矿矿山山采采矿矿设设计计优优化化与与地地压压控控制第制第2.3.12.3.1和和2.3.22.3.2节）节）l对对于于极极薄薄和和薄薄矿矿脉脉，所所选选择择的的采采矿矿方方法法要要特特别别注注意意矿矿石石的的变变化；化；l对对于于中中厚厚以以上上的的矿矿体体，所所选选择择的的采采矿矿方方法法要要有有利利于于提提高高开开采采强度和采场生产能力，有利于机械化作业；强度和采场生产能力，有利于机械化作业；l对于薄矿脉，采场只能沿走向布置；对于薄矿脉，采场只能沿走向布置；l对于厚矿体，采场则应垂直走向布置。对于厚矿体，采场则应垂直走向布置。3.3 3.3 影响采矿方法选择和设计优化的主要因素影响采矿方法选择和设计优化的主要因素堂荤鸯抢塔沪洱潍锻污咆寸缀岩股鸣青戌章益存池绷林佯杂研粳褂卧枝垂岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn矿体赋存环境条件矿体赋存环境条件l矿矿体体赋赋存存环环境境条条件件主主要要是是指指矿矿体体与与周周围围围围岩岩的的接接触触情情况况、围围岩的稳定性状态以及埋藏深度岩的稳定性状态以及埋藏深度l我我国国的的大大多多数数铁铁矿矿石石磁磁铁铁矿矿或或称称变变质质型型的的，以以及及沉沉积积型型的的，一一般般矿矿体体厚厚大大、整整体体性性好好，周周围围也也没没有有必必然然的的破破碎碎带带，所所以以矿矿岩岩稳稳定定性性好好。这这就就为为采采矿矿设设计计时时选选择择低低成成本本采采矿矿方方法法提提供供了条件。了条件。l多多数数的的铜铜矿矿、金金矿矿都都是是通通过过热热液液交交代代形形成成的的矿矿体体，矿矿体体一一般般赋赋存存于于断断裂裂中中或或破破碎碎带带中中，围围岩岩稳稳定定性性差差，这这就就迫迫使使这这些些矿矿上必须采用充填法等成本较高的采矿方法；上必须采用充填法等成本较高的采矿方法；l随随埋埋藏藏深深度度增增加加，矿矿体体和和围围岩岩会会变变得得越越来来越越破破碎碎，稳稳定定性性越越来越差；来越差；3.3 3.3 影响采矿方法选择和设计优化的主要因素影响采矿方法选择和设计优化的主要因素美挛贰俄娶年囊誊腋誓柠川监钠强桅深斥御筐霜疹爸蠕熏虽垮鸵古缎描富岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl深深部部地地应应力力增增加加，温温度度升升高高，通通风风和和工工作作面面条条件件恶恶化化，提提升升成成本本大大幅幅度度增增加加。这这些些都都是是深深部部开开采采设设计计在在地地压压控控制制、通通风风降温和降低生产成本等方面提出特殊的要求。降温和降低生产成本等方面提出特殊的要求。n开采技术条件开采技术条件l环境条件：选择环境允许的开采方法和工艺。环境条件：选择环境允许的开采方法和工艺。l技技术术设设备备和和材材料料供供应应情情况况：根根据据实实际际的的技技术术装装备备条条件件和和材材料料供应情况作出合理可行的开采设计方案。供应情况作出合理可行的开采设计方案。l技技术术管管理理水水平平：要要搞搞好好一一个个矿矿山山，一一靠靠技技术术，二二靠靠管管理理，迅迅速提高矿山技术管理水平，已成为实现采矿优化的关键环节。速提高矿山技术管理水平，已成为实现采矿优化的关键环节。3.3 3.3 影响采矿方法选择和设计优化的主要因素影响采矿方法选择和设计优化的主要因素故滇立硒绎巳被茬搽仆丧琐持孪误谨虞侵厉混剧以笨铭记零锋沙畏闰乒洱岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn开采技术经济指标开采技术经济指标l开开采采技技术术经经济济指指标标包包括括：采采场场生生产产能能力力，工工人人或或设设备备劳劳动动生生产产率率，矿矿石石损损失失率率、贫贫化化率率，采采切切比比，主主要要材材料料消消耗耗和和矿矿石石成本。成本。l不不同同的的技技术术经经济济指指标标要要求求将将决决定定采采用用不不同同的的开开采采方方法法和和开开采采工艺。工艺。3.3 3.3 影响采矿方法选择和设计优化的主要因素影响采矿方法选择和设计优化的主要因素瞄排绦江拈歹番予承仿凛童澳斜既公求哺溪喉尘啡慑败抉膝察篷迸靠睡些岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl采采矿矿方方法法的的选选择择和和设设计计优优化化不不是是一一个个单单因因单单果果的的问问题题，也也不不是是通通过过简简单单的的力力学学计计算算或或经经济济分分析析就就能能决决定定的的。采采矿矿是是一一个个复复杂杂的的系系统统工工程程。必必须须用用系系统统论论的的原原则则、不不确确定定性性和和非非线线性性研研究究方方法法、多多目目标标决决策理论才能解决采矿设计的优化问题。策理论才能解决采矿设计的优化问题。l根根据据系系统统论论的的原原则则进进行行采采矿矿设设计计优优化化，首首先先要要建建立立一一个个优优化化分分析析系系统统，该该系系统统要要包包括括影影响响采采矿矿设设计计和和施施工工的的各各种种主主要要因因素素。同同时时要要确确定定优优化化目目标标，目目标标不不是是单单一一的的，而而是是多多元元化化的的，“安安全全、经经济济、高高效效和和有有利利于于环环境境保保护护”是是采采矿矿工工程程的的共共同同目目标标。采采矿矿设设计计优优化化所所确确定定的的开开采采系系统统是是相相对对于于一一定定的的系系统统环环境境条条件件而而言言的的。优优化化是是相相对对的的，不不是是绝绝对对的的。离离开开了了具具体体的的系系统统环环境境条条件件，包包括括工工程程地地质质条条件件、矿矿体体赋赋存存状状况况、开开采采技技术术条条件件和和经经济济条条件件来来研研究究开开挖挖系系统统优优化化是是没没有有实际意义的。实际意义的。3.4 采矿设计优化的主要步骤宁痪槽铸耗含辆幕景刑沙膘酱钙跳带锚榆玲奇屿镶娜厘药找铰驴中醉乐嚎岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn系统目标的确定系统目标的确定l确确定定地地下下开开采采的的生生产产规规模模、生生产产能能力力、技技术术经经济济指指标标、对对环环境保护的要求等。境保护的要求等。n系统信息的获取系统信息的获取l采采矿矿工工程程基基础础资资料料的的调调查查、实实验验和和研研究究，为为建建立立采采矿矿工工程程系系统提供必需的原始数据统提供必需的原始数据l最最重重要要的的基基础础资资料料包包括括现现场场地地应应力力状状态态，工工程程地地质质、水水文文地地质条件和矿体赋存的状态，岩体结构和质量等质条件和矿体赋存的状态，岩体结构和质量等l调调查查、分分析析过过程程中中均均需需要要借借助助模模糊糊数数学学、灰灰色色理理论论、神神经经网网络等不确定分析方法来进行处理。络等不确定分析方法来进行处理。3.4 采矿设计优化的主要步骤毫闪吏厌迁穷懒乎型跑渍拳勺锁虽季仆敛夕箭构崭宪在供铲臂竭托田个罪岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn系统结构的建立系统结构的建立l就就是是开开采采设设计计“预预选选方方案案”的的确确定定，根根据据工工程程地地质质、水水文文地地质质和和矿矿体体赋赋条条件件，以以及及需需要要达达到到的的开开采采目目标标，事事先先合合理理选选择择若若干干个个较较为为可可行的方案，然后进行优化分析，以确定最终的开采方案行的方案，然后进行优化分析，以确定最终的开采方案l为为了了保保证证“预预选选方方案案”的的合合理理性性，需需借借助助正正交交设设计计和和专专家家系系统统的的理理论和方法。论和方法。n系统的功能分析系统的功能分析l就就是是对对开开采采设设计计“预预选选方方案案”的的定定量量计计算算分分析析。最最常常用用的的分分析析方方法法为数值分析方法。为数值分析方法。l由由于于原原始始参参数数的的不不确确定定性性和和不不完完全全性性，对对“预预选选方方案案”的的计计算算和和分分析需要采用定量化、模糊化、神经网络等析需要采用定量化、模糊化、神经网络等l由由于于岩岩体体材材料料、地地质质环环境境和和开开挖挖过过程程的的非非线线性性，在在计计算算分分析析过过程程中中往往也要借助非线性理论和方法（分岔论、突变论、混沌论）往往也要借助非线性理论和方法（分岔论、突变论、混沌论）3.4 采矿设计优化的主要步骤喂壶冤寸墩垮事健失腾逝击甸粱疚慰亥靡君汰准贤冠芭垛樊改鼓至鞋曙苦岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰北京科技大学北京科技大学ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn开采设计优化决策开采设计优化决策系统决策系统决策l根根据据矿矿山山的的实实际际情情况况和和预预定定的的开开采采目目标标，选选择择一一个个最最切切实实可可行的优化开采设计方案行的优化开采设计方案l要要充充分分体体现现多多目目标标决决策策的的思思想想，特特别别要要进进行行大大量量的的经经济济比比较较、分析。分析。n现场监测和反分析现场监测和反分析系统信息反馈系统信息反馈l对对开开采采系系统统的的行行为为（应应力力、位位移移、变变形形、破破坏坏规规律律等等），采采取取多多种种手手段段进进行行实实时时现现场场监监测测，根根据据监监测测结结果果及及其其反反分分析析可可以不断地修改原始参数，修改原始设计。以不断地修改原始参数，修改原始设计。3.4 采矿设计优化的主要步骤夕论翌蛇咀陕软搜违催卉歹歇泞坟卯元瞬杜睦毖宪万伟驶举体刊照需卉描岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰3.5工程实例：新城金矿复杂条件矿床采矿方法研究工程实例：新城金矿复杂条件矿床采矿方法研究（国家（国家“九五九五”攻关项目）攻关项目）l开采难点：开采难点： 1）矿矿体体赋赋存存于于宽宽大大断断裂裂带带中中，上上盘盘为为破破碎碎岩岩或或断断层层泥泥，极不稳定；极不稳定；2）矿矿体体沿沿走走向向长长度度较较短短，但但延延深深大大、倾倾角角缓缓；矿矿体体厚厚度变化大，形态多变；度变化大，形态多变；3）由由于于矿矿体体沿沿走走向向长长度度短短，因因而而采采场场布布置置和和矿矿山山生生产产规模受到严重限制；规模受到严重限制；4）地表有村庄、农田和公路，不允许沉陷；）地表有村庄、农田和公路，不允许沉陷；5）围围岩岩破破碎碎，采采矿矿方方法法陈陈旧旧，采采矿矿损损失失率率和和贫贫化化率率长长期居高不下。期居高不下。檀晚拄摩静赘行箔胳峰急赐镁赴檬园督个蚁醚侥弄乒烙忿舅屁猎彻嫁柿砌岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰关键技术：关键技术：（1 1）采用盘区上向高分层连续回采充填采矿工艺。）采用盘区上向高分层连续回采充填采矿工艺。l高高分分层层开开采采显显著著提提高高了了采采场场生生产产能能力力和和采采矿矿强强度度，减减少少采采准工作量，降低生产成本。准工作量，降低生产成本。l实实现现了了各各采采场场连连续续回回采采，大大大大增增加加了了盘盘区区内内同同时时回回采采的的采采场场数数目目，大大幅幅度度提提高高盘盘区区生生产产能能力力，充充分分发发挥挥机机械械化化无无轨轨作作业业的的优优越越性性；大大大大增增加加了了采采场场安安全全性性，显显著著降降低低采采矿矿损损失率和贫化率。失率和贫化率。l采采用用正正交交设设计计、非非线线性性神神经经网网络络和和非非线线性性有有限限元元数数值值模模拟拟等等多多种种方方法法进进行行了了采采矿矿设设计计的的定定量量计计算算、分分析析，实实现现了了采采场结构参数和开采顺序的优化。场结构参数和开采顺序的优化。活葱集轰洁窥散远余逐菜权肄匈奉瑶熊墟饿攻哭大讼渊京牺垮杨福瘦竭判岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰 （2）提提出出了了盘盘区区呈呈“品品”字字型型布布置置采采场场进进路路的的免免压压拱拱开开采采技技术术，使使采采场场围围岩岩的的应应力力分分布布趋趋于于合合理理，采采场场地地压压得得到到有有效控制。效控制。哑怠钒除流氯藉柯玩供仇权晓默贺啼蹿苯决映拌铺喝孟杉再浪笼夕赋生宛岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰哥间拴纂靴尘化忻模名霜晦阀募酸痞变寡撮姓花蚊揩塑桂粟妈冬罗袍沏弹岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰 （3）实实现现了了采采场场凿凿岩岩爆爆破破参参数数的的优优化化，提提高高了了爆爆破破效效率率和和质质量量，增增大大了了采采场场生生产产能能力力，节节省省凿凿岩岩爆爆破破成本，同时使采场作业环境大大改善。成本，同时使采场作业环境大大改善。（4）实实现现了了无无轨轨采采掘掘设设备备的的优优化化配配置置和和全全盘盘机机械械化化，提提高高了了无无轨轨采采掘掘设设备备的的作作业业效效率率和和机机械械化化作作业业水水平。提高了矿山生产能力，降低了生产成本。平。提高了矿山生产能力，降低了生产成本。（5）采采用用多多种种手手段段进进行行现现场场地地压压实实时时监监测测，为为地地压控制和生产安全提供了保障。压控制和生产安全提供了保障。茫鹤越烘给授谨花眶拆苞呛片菜共渍召伊勋贴蛆吭凑斡克贯式对痢彪鬼膜岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰l攻关前后技术经济指标对比攻关前后技术经济指标对比项项 目目攻关前攻关前改进程度改进程度盘区生产能力（盘区生产能力（t/d）180+88%采场劳动生产率（采场劳动生产率（t/工班）工班）14.3+61.6%采矿总损失率（采矿总损失率（%）7.7-51%矿石总贫化率（矿石总贫化率（%）6.8-25%黄金产量（万两黄金产量（万两/年）年）5.3+75.5%乍淑兵构东害皮二揭碴占哲量燥厨岁亮龋樱盟庚脑豹着眩龄弯齿丹间捌贩岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4. 大型深凹露天矿边坡设计优化大型深凹露天矿边坡设计优化4.1现状和问题现状和问题l我我国国一一大大批批大大中中型型露露天天矿矿已已经经或或即即将将由由山山坡坡露露天天开开采采转转为为深深凹凹开开采采。开开采采深深度度已已延延伸伸至至地地表表下下100100150150米米，有有的的将将达达到到300300400400米。很多露天矿的边坡垂直高度将超过米。很多露天矿的边坡垂直高度将超过600600700700米。米。l 随随着着边边坡坡的的加加高高加加陡陡，边边坡坡稳稳定定性性维维护护的的难难度度越越来来越越大大，边边坡坡滑滑移移和和倾倾倒倒破破坏坏事事故故的的发发生生日日益益频频繁繁，严严重重威威胁胁矿矿山山的的安安全全生生产，制约矿山生产能力的提高。产，制约矿山生产能力的提高。l另另一一方方面面，提提高高边边坡坡角角又又是是减减少少剥剥离离和和生生产产成成本本的的重重要要手手段段。一一个个年年产产千千万万吨吨的的矿矿山山，边边坡坡角角每每提提高高1 1 就就可可减减少少剥剥离离量量0.50.51.51.5亿吨，节省成本亿吨，节省成本1 13 3亿元，经济效益极为显著。亿元，经济效益极为显著。 l这是一把双刃剑。这是一把双刃剑。 l我国大型露天矿同国外相比，边坡角普遍偏缓我国大型露天矿同国外相比，边坡角普遍偏缓5 5 左右。左右。劳鹊廉纯壁汽吓橇较唉谬变国语涕令泻底描邹垣虱懂益蔓疽楷紊刘姿购群岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4.2边坡稳定性分析和设计优化边坡稳定性分析和设计优化l国国内内外外边边坡坡设设计计的的传传统统方方法法是是极极限限平平衡衡法法，这这是是一一种种确确定定性性的的分分析析方方法法，而而且且没没有有考考虑虑地地应应力力的的作作用用，因因而而该该方方法法对对山山坡坡露露天天矿矿设设计计是是适适用用的的，但但对对深深凹凹露露天天矿矿设设计计并并不不适适用。用。l深深凹凹露露天天矿矿边边坡坡设设计计优优化化：采采用用数数值值模模拟拟和和极极限限平平衡衡分分析析相相结结合合的的方方法法。对对不不同同边边坡坡角角和和边边坡坡设设计计方方案案进进行行定定量量的的计计算算和和分分析析，在在保保证证安安全全的的前前提提下下，尽尽可可能能地地提提高高边边坡坡角角，减减少少剥剥离离量量，尽尽可可能能地地减减少少生生产产成成本本，增增加加矿矿石石产产量量和和矿矿山效益。山效益。锋堆骸邑目得荐篇朝胯况拎你地舷凛钠杖桌檬搓哀酌匆津开羽雍纪滓液校岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4.3工程实例：大型深凹露天矿高效运输系统及强化工程实例：大型深凹露天矿高效运输系统及强化开采技术研究开采技术研究l完成的主要研究内容：完成的主要研究内容： 1.水厂铁矿边坡工程地质勘查研究水厂铁矿边坡工程地质勘查研究2.水厂铁矿边坡水文地质调查与渗流场分析研究水厂铁矿边坡水文地质调查与渗流场分析研究3.水厂铁矿地应力测量水厂铁矿地应力测量4.水厂铁矿矿岩物理力学性质试验水厂铁矿矿岩物理力学性质试验5.水厂铁矿边坡稳定性分析及优化设计水厂铁矿边坡稳定性分析及优化设计6.水厂铁矿边坡稳定性监测与分析水厂铁矿边坡稳定性监测与分析有姻之村戍授悦爽勤滚沉瓦培葱绝穷坐肺诺瞥瓦龙饭均象指濒沼纬炕壁炬岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4.3.1水厂铁矿边坡工程地质勘查与试验研究水厂铁矿边坡工程地质勘查与试验研究完成的主要工作完成的主要工作：l边坡专门工程地质测绘，实际上图测点边坡专门工程地质测绘，实际上图测点345个；个；l边边坡坡深深部部工工程程地地质质勘勘探探，共共打打专专门门边边坡坡补补勘勘钻钻孔孔3个个，累累计计进尺进尺916.51米；米；l采场台阶边坡稳定性调查；采场台阶边坡稳定性调查；l边边坡坡岩岩体体节节理理裂裂隙隙测测量量统统计计，布布置置节节理理裂裂隙隙测测点点30个个，实实测数据测数据2349条；条；l现场岩石点载荷强度试验，共计现场岩石点载荷强度试验，共计1420块块。绢慎洞敲饱渡噪鹿急屯挚些厕土鸭董会敲仁沃悔更绦塞瞳竹吁希罢乙梅喷岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰（1 1）边坡岩体工程地质岩组的划分）边坡岩体工程地质岩组的划分 1) 1) 紫苏混合花岗岩组紫苏混合花岗岩组 2) 2) 辉石斜长片麻岩组辉石斜长片麻岩组 3) 3) 紫苏黑云斜长片麻岩组紫苏黑云斜长片麻岩组 4) 4) 磁铁石英岩组磁铁石英岩组 5) 5) 矽矽线黑云斜长片麻岩组线黑云斜长片麻岩组 6) 6) 长石石英砂岩组长石石英砂岩组 7) 7) 砾岩组砾岩组 8) 8) 火山熔岩组火山熔岩组 9) 9) 火山碎屑岩组火山碎屑岩组 10) 10) 松散岩组松散岩组 11) 11) 构造岩组构造岩组婴刀藩沈蜡妨搭驹遍蠕伎蛊又涧歉肠乘瘁九诬陋洛淌猿肪勉身琳襄杰巫化岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰（2）结构面（断层）结构面（断层）1）一一级级结结构构面面：具具有有区区域域规规模模的的大大型型断断裂裂面面，属属一一级级结结构构面面的的断断层层有有黄黄金金寨寨大大断断裂裂（Fhj）、刘刘官官营营大大断断裂裂（Flg）和和将将军墓岭大断裂（军墓岭大断裂（F将将）三条。）三条。2）二二级级结结构构面面：为为在在采采场场内内影影响响范范围围较较大大，甚甚至至贯贯穿穿整整个个采采场的中型断裂构造，共场的中型断裂构造，共10条。条。3）三三级级结结构构面面：影影响响范范围围在在工工程程地地质质分分区区内内的的断断层层，部部分分可可能跨两个分区，属三级结构面的断层有能跨两个分区，属三级结构面的断层有15条。条。4）四四级级结结构构面面：为为影影响响的的范范围围较较小小的的小小型型结结构构面面，包包括括未未予予命名的小断层和大量的大节理。命名的小断层和大量的大节理。5）五五级级结结构构面面：是是能能够够引引起起边边坡坡破破坏坏的的最最小小型型的的结结构构面面，包包括小型的裂隙、节理、劈理括小型的裂隙、节理、劈理、片理、片麻理等。、片理、片麻理等。搏哼锑份褒苟已怂十夜闻凉霸暂铂吁屑寿斗醚叼溯拼撕濒众蹋类恕杀我囚岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰（3 3）岩体结构）岩体结构 矿区的岩体结构主要分为四个类型：矿区的岩体结构主要分为四个类型： 1)1)块状结构块状结构 块块状状结结构构的的岩岩体体完完整整性性好好, ,结结构构体体为为块块体体, ,其其中中的的不不连连续续面面主主要要为为节节理理面面, ,且且节节理理或或裂裂隙隙的的贯贯通通性性差差, ,岩岩体体强强度度高高或或相相对较高。对较高。 绰乐舀蝗事傣穗隧臆劝豆逢育园墙乌红诺汐利仍樟韵尊碱辑丈宛盾蓑东衙岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰2）层状结构）层状结构 矿矿区区内内多多数数岩岩体体属属于于此此种种结结构构类类型型。该该类类岩岩体体具具有有清清楚楚的的层层面面，其其力力学学特特征征各各向向异异性性明明显显，岩岩体体的的变变形形和和破破坏坏一一般般受受层层面面、层层间间错错动动带带和和软软弱弱夹夹层层的控制。的控制。茄甚何辩杠期硷悠挨诣棕祟册舶猎邢套闻穴娠兄约噎目图椰酣军杨炎礼监岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰 3）碎裂结构）碎裂结构 碎碎裂裂结结构构的的岩岩体体完完整整性性差差，呈呈规规则则和和不不规规则则的的碎碎块块状状，此此系系遭遭受受层层面面、节节理理面面、裂裂隙隙面面、劈劈理理面面等等不不连连续续面面交交错错切切割所至。割所至。 薛渔诚砒溃秩膛著舵喇酸管搁疲攻砾狗马龟构网潭代核阴泪帘篆泄啪找寺岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4）散体结构散体结构 具具散散体体结结构构岩岩体体的的完完整整性性已已经经完完全全丧丧失失，由由于于强强烈烈的的风风化化作作用用，使使原原岩岩遭遭受受严严重重破破坏坏，岩岩石石呈呈形形状状不不规规则则的的块块状状体体混杂在较多的土状物中，或由松散层构成。混杂在较多的土状物中，或由松散层构成。 娶锻原棠寞胯症墓莫读射莽嚎包瑚嫉姑泉响逆罚芳隙冯秃酗纠条莫纲靛地岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰（4）边坡破坏模式分析：）边坡破坏模式分析：（1 1）平面破坏平面破坏 简单平面破坏简单平面破坏 ， 复合型平面破坏复合型平面破坏 ， 多平面阶梯状破坏多平面阶梯状破坏 ， 波状平面破坏波状平面破坏 。（2 2）圆弧型破坏）圆弧型破坏（3 3）楔形破坏）楔形破坏（4 4）倾倒破坏）倾倒破坏（5 5）崩塌破坏）崩塌破坏驯馁廊勉侨第糯唬荡过次姻摄青趋韧淤沦讨烤溪胡藩揪胁瞒卯昧劫帚秧崔岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场单一平面破坏采场单一平面破坏 朽贴外贾痒贰滚淘焦移箩足传韩冗谬字笛可偏郁痴滞慈忧恐斟翻他熊脸职岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场复合型平面破坏采场复合型平面破坏 链败铣鄂绥淖侨陷嘴勾祸备俐焉萨肃征寸廖舍和硬港殴侗勺昼乙烽龟惧昏岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场阶梯状破坏采场阶梯状破坏 诧舌讥费冈枕别标轮菏华瘫必凄候加番疵醉脂赚咳笑目退茧吗蔓刺摄醚豪岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场波状平面破坏采场波状平面破坏 盖肾袜匈拳掳图君撤侦乓怖石寡父商窑非蕾圈射防考诡齿确铺镶浇棺良棵岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场圆弧形破坏采场圆弧形破坏 谩坚雏莆甚讹炬置匀雷善忧盒搏荆闪巾涯籽铜箔揉机劫倔省异酮歹临铀第岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场楔形破坏采场楔形破坏 侯糜宰久思南系醇短瓮聚掠插邯喘观剥劳蚂岁慕甲桓荐袭辽宿馆钧卤己拐岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场倾倒破坏采场倾倒破坏采场倾倒破坏采场倾倒破坏 掺渺熊崖锡枝剪诡谅键遂樟丸次揭露茶那涡钞花抒瞬教娃望只腋之播穆狈岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰采场崩塌破坏采场崩塌破坏 沛霸绢谗喊授刀手擂梧舷洪雍纶楼声踩儿峨傣穷天雀村梦神橇陇路嫂臼麓岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰（5）边坡工程地质分区）边坡工程地质分区工程地质分区划分依据如下：工程地质分区划分依据如下：(1)(1)工程地质岩组特征；工程地质岩组特征；(2)(2)岩体结构特征；岩体结构特征；(3)(3)岩体不连续面特征；岩体不连续面特征；(4)(4)采矿设计及边坡方位特征。采矿设计及边坡方位特征。 依依据据上上述述原原则则，将将矿矿区区划划分分为为I-VI-V五五个个工工程程地地质质区区，其中其中区又分为区又分为-A-A、-B-B两个亚区两个亚区 。佩棋插扣起锄贤掇舵迭篱姐汁馒怠女鞠后伺淑尝肩貉骸猖折枷翔狂西禾略岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰基腔讣珠才悠仑潦犹爷厨羊萄妙如蜜喷驴渣嘘悲砌绕浑览膘瓤旅村轻袭毒岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4.3.2水厂铁矿边坡水文地质调查与渗流场分析研究水厂铁矿边坡水文地质调查与渗流场分析研究1）深部边坡补充钻探水文地质试验）深部边坡补充钻探水文地质试验2001年年12月月2002年年7月月，首首钢钢地地质质勘勘查查院院地地质质研研究究所所完完成成了了KD1、KB、KE1三个钻孔边坡钻探及水文地质试验工作。三个钻孔边坡钻探及水文地质试验工作。完成工作量一览表完成工作量一览表钻孔钻孔钻探钻探施工施工( (米米) )简易水简易水文观测文观测( (台班台班) )水文地质水文地质编录编录( (米米) )工程地质工程地质编录编录( (米米) )注水注水试验试验( (次次) )压水压水试验试验( (次次) )备备注注KD1356.0150356.01356.0126压压水水试试验验同同一一深深度度三三个个压压力力段为一次段为一次KB270.4630270.46270.4627KE1290.0430290.04290.0417合计合计916.51110916.51916.51520注水试验：测定岩石的渗透系数；压水试验：测定岩石的透水率。注水试验：测定岩石的渗透系数；压水试验：测定岩石的透水率。院忆惮啮失带绝壕广阑提暗哗赋揩罪锥袄耪山鞋涤酚装潞漏汪堑狠力涌脑岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰2）边坡渗流场分析）边坡渗流场分析渗流分析模型渗流分析模型 ：等效连续介质模型等效连续介质模型计算分析方法：计算分析方法：有限单元法有限单元法结果分析：结果分析： 1）通通过过对对边边坡坡地地下下水水渗渗流流模模型型的的建建立立，以以钻钻孔孔实实测测水水位位资资料料和和滦滦河河水水位位为为依依据据，对对水水厂厂铁铁矿矿最最终终境境界界位位置置时时边边坡坡水水压压分分布布作作出出了了预预报报，为为后后续续边边坡坡稳稳定定性性的的优优化化和和计计算算提提供供了了必必要要的的水压参数。水压参数。2）区区剖剖面面边边坡坡岩岩体体内内地地下下水水位位比比较较高高，且且出出水水点点位位于于第第三系岩层附近，对边坡的稳定不利，应给予足够重视。三系岩层附近，对边坡的稳定不利，应给予足够重视。3）由由于于边边坡坡地地质质构构造造的的复复杂杂性性，在在边边坡坡局局部部可可能能形形成成具具有有承压性的封闭的储水构造，在矿山生产过程中要给予注意。承压性的封闭的储水构造，在矿山生产过程中要给予注意。撤窄憎线勃仑磐扮偿态述但呻臭地老蓉蔓锐涸秒陛痢赎舍逐桥颖愁铆氧盘岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4.3.3 水厂铁矿地应力测量水厂铁矿地应力测量他做唉刀媳神蚁塑唇菏烧拥嘶谊经藤褐痔变沃棋采韦假雕耙嫂循茶烘仿肄岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰(1)水压致裂法水压致裂法陇冉诺绕裴吁猛罗追尚床职皖篮立境移皱窿缠黑柞给韶慧矽搪藕彩其欣找岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰(2)应力解除法应力解除法测测点点测点测点埋深埋深(m)最大水平主应力最大水平主应力 h.max最小水平主应力最小水平主应力 h.min垂直主应力垂直主应力 v数值数值方向方向倾角倾角数值数值方向方向倾角倾角数值数值方向方向倾角倾角(MPa)( )( )(MPa)( )( )(MPa)( )( )1814.07272.2-7.32.383.9-13.32.16154.2-74.8291.54.2690.6-0.82.86180.6-2.92.68344.9-87.03563.6898.9-7.22.33189.7-6.22.03319.880.5尖豹腻庚枫剐发猪讽钻喝滦意漱亮带侍刃杂持狸廷搐偿苗毗粳乎寡轨驳篷岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰地应力值与深度的关系地应力值与深度的关系 （1）最大水平主应力的回归方程为：）最大水平主应力的回归方程为：（2 2）最小水平主应力的回归方程为：）最小水平主应力的回归方程为：）最小水平主应力的回归方程为：）最小水平主应力的回归方程为：（3 3）垂直主应力值的回归方程为：）垂直主应力值的回归方程为：）垂直主应力值的回归方程为：）垂直主应力值的回归方程为：（MPa）（MPaMPa）（MPaMPa）蔷彦克赞颓牢怂宽融尼协圃镐慌换貌刽岭噶胜羊葫岁戈慈诽舔彼突泥堆咎岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰4.3.4边坡稳定性分析与设计优化边坡稳定性分析与设计优化 水厂铁矿边坡稳定性分析和设计优化采用固流耦合有限差分水厂铁矿边坡稳定性分析和设计优化采用固流耦合有限差分法法(FLAC)、离散单元法、离散单元法(UDEC)和极限平衡分析三种不同的方法，和极限平衡分析三种不同的方法，三种不同方法的计算和分析结果相互比较，相互补充，相互验三种不同方法的计算和分析结果相互比较，相互补充，相互验证，就能保证计算和分析结果的可靠性和准确性。证，就能保证计算和分析结果的可靠性和准确性。在在边边坡坡设设计计中中，根根据据上上、下下部部的的不不同同岩岩性性，采采取取变变边边坡坡角角的的设设计计方方案案，一一般般情情况况下下，上上部部比比下下部部稍稍缓缓，上上、下下部部分分界界线线由由岩性确定。岩性确定。计计算算剖剖面面11个个，I区区3个个，II区区3个个，III区区1个个，IV区区3个个，V区区1个。个。 苑闺百群滞样役疑孟候常旅妖摈妖依碾碧派窝婿姆豹乾俩粪盒爵误眨漆曼岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰为为了了进进行行边边坡坡设设计计优优化化，对对各各剖剖面面选选择择不不同同的的边边坡坡设设计计方方案案进进行行计计算算、分分析析、比比较较，从从中中确确定定最最佳佳边边坡坡角角作作为为推推荐荐设设计计方案。方案。特特别别对对I I，IIII区区，即即在在边边坡坡稳稳定定性性分分析析中中最最为为关关键键的的两两个个区区，也也是是对对提提高高边边坡坡角角，减减少少剥剥离离成成本本最最具具潜潜力力的的两两个个区区，采采用用了了三三维维固固流流耦耦合合有有限限差差分分法法和和三三维维极极限限平平衡衡分分析析方方法法，这这在国内外是第一次。在国内外是第一次。刃哩桥缨顽辈亩界励缅胁楚镰宿面汁略梢市膜帆招卤坑挪邵镐度朗商烁掐岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰滑动面的三维图滑动面的三维图 削望琼初朗裴怪殴委唇戳真看创姚晋霹陀寥斟冲歌肺否阅逃倒邮座桥挑绷岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰水厂铁矿边坡优化设计推荐方案水厂铁矿边坡优化设计推荐方案 序号序号剖面剖面部位部位边坡角边坡角分界标高分界标高原始方案原始方案1I-1上部上部50+10m46下部下部502I-2上部上部43+50m41下部下部453I-3上部上部43+10m41下部下部494II-1上部上部45-50m46下部下部475II-2上部上部45-111m46下部下部486II-3上部上部48-112m46下部下部507III-1整体整体48428IV-1整体整体41409IV-2上部上部44+10m42下部下部4810IV-3上部上部46-50m42下部下部4811V-1整体整体4642簇到选欣概概窗契备嘉届谢布攀颜俺梭守襟棒颇兼毙碱菱舅钦谆悟拐履倪岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰荆朔柠漂骨渣莽拐咒赚分拳勇型伤敛疫竣楔纪荡副桑砚舍擎棵蚂勒警旦撵岩石力学与工程课菜美峰岩石力学与工程课菜美峰