在矿山开采领域，岩石力学的应用广泛且深入，这一现象源于岩石力学在大规模实际工程中的实践需求。采矿工程因其规模宏大和条件复杂而闻名，无论是地下矿井的精细挖掘，还是露天矿山的大规模剥离，其核心内容均围绕对地质构造中岩石的物理性质、力学行为以及二者之间的相互作用进行研究与利用。

无论是地下开采还是露天开采，采矿过程始终伴随着对岩石力学特性的深入理解和应用。从地质构造的角度看，岩石的稳定性、强度、变形特性等力学属性是决定采矿方案设计、施工安全及经济效益的关键因素。这些属性会随着岩石内部结构的变化而变化，如不同类型矿体的存在、地质构造的复杂性、地下水的影响等，都使得岩石力学问题成为贯穿整个采矿实际操作链的重要环节。

岩石力学作为一个学科领域，涵盖了诸多子课题和技术方法，包括但不限于岩石的弹性力学、塑性力学、断裂力学、岩体工程分类、地应力测量与分析等。随着开采活动的进行，原有的应力平衡被打破，岩石的力学性质随之发生变化，同时，露天环境或地下环境也对岩石的性质产生影响。因此，在矿山工程实践中，岩石力学应用呈现出高度多样化的特征。

一、岩石力学研究的目的和内容

岩石力学的宗旨在于阐释矿区地质构造的多样性，分析岩体构成、强度及应力特性，依据岩石力学标准对矿岩进行归类。这一过程旨在依据岩体的自然崩解倾向，科学地选取开采路径与技术手段，为采矿试验规划及设计方案的制定提供专业指导。

其核心研究范畴涵盖：断层与破碎带的分布特征、形态、相对位移动态；不同岩石类别及其夹层的抗压性、抗拉强度和剪切强度评估；微裂隙的分类体系及其空间分布规律；区域残余应力的量级、方向及其动态变化趋势；应力缓解策略的有效实施途径；岩石随时间推移的应力集中现象及其迁移模式；矿井巷道支护技术的效能对比，以及最小化应力干扰的巷道布局与走向优化策略。

通过这些深入研究，岩石力学为确保矿业工程的安全高效实施奠定了坚实的理论与实践基础。

二、背景研究

1．采矿工程的力学背景

采矿工程力学背景，本质上是对地下开采过程中应力分布、岩体稳定性以及矿山安全等问题的深入研究。在矿山生产实践中，建立和维持一种微妙而关键的平衡至关重要，这种平衡一方面要求我们在采矿活动进行时，通过精确的地质建模、合理的开采序列设计和高效的支护技术，确保岩体结构在经历连续的崩落、剥离和迁移后，能够有效地承载上覆岩层的巨大压力，并有效转移至矿井周围的稳固地层中，防止因采空区扩大引发的诸如冒顶、片帮、冲击地压等各种安全隐患。另一方面，现代采矿工程已远远超越了传统意义上单纯追求资源最大化开采和经济效益的设计思路，更加重视环保、节能和可持续发展的长远目标。

2．岩体力学的时代背景

岩体力学，作为地质学与力学两大领域之间的交叉边缘学科，其核心在于研究并解决那些单纯依靠地质学或力学理论无法有效应对的实际问题。随着我国经济建设的快速发展，对各类矿产资源的需求急剧增加，尤其是岩石等材料的开采量大幅增长，且开采的规模和复杂程度较往日有了显著提升。面对这种情况，传统的地质学和力学理论往往难以满足实际需求，这就需要借助岩体力学的研究成果来指导和实践。

我国地质工作者在岩体力学的研究与应用方面，已经积累了丰富的实践经验，但在与国际先进水平对比中，仍存在一定的差距。这种不足主要体现在研究成果向实践转化方面的乏力，部分科研成果虽然理论上新颖独特，但在实际工程应用中却未能取得预期的效果，或者推广应用的速度较慢，没有能够充分发挥其应有的价值。

三、岩石力学和其他学科在采矿中的结合应用

在采矿工程领域，岩石力学的应用并非孤立存在，而是与其他实用的基础学科紧密融合，共同发挥作用。该学科的理论基础广泛而深厚，因而与众多其他基础应用学科交织相连。主要有：

1．固体力学

固体力学是力学领域的基础分支，关注可变形固体在外部载荷下的力学响应和变化。研究范畴广泛，包括弹性、塑性、断裂、疲劳、蠕变等，以及结构优化、稳定性分析和复合材料等方面的探讨。在采矿工程中，固体力学的重要性尤为凸显。通过对岩石力学特性的研究，了解矿体及围岩的变形、破坏和承载能力，为矿山设计、施工和灾害预防提供依据。材料力学确保支护结构可靠，防止冒落和片帮等事故。结构力学则确保巷道、硐室和建筑物在复杂荷载下具有足够强度、刚度和稳定性。断裂力学和损伤力学研究材料和结构在极端条件下的失效机理，应用于井下设备设计、管道破裂预防、边坡稳定性评估等方面。

2．流体力学

流体力学研究流体在静止和运动状态下的力学特性及其相互作用规律。在采矿工程中，流体力学至关重要。地下采矿工程对水体和瓦斯等矿井气体进行深入研究。水体研究包括地下水水位、水质、渗透性能、存储能力及水压力分布等。瓦斯的存在状态、浓度分布和流动特性对矿井安全至关重要。流体力学原理和方法可模拟和预测瓦斯扩散、积聚规律，为瓦斯治理和灾害防控提供科学依据。露天采矿工程同样依赖流体力学，重点转向当地开采地质条件和自然环境因素，如土壤渗透性、降雨径流特征、边坡稳定性分析等。

3．爆炸力学

爆炸力学是一门深度探究爆炸现象在工作环境下的科学表现及其内在规律的学科，其核心目标在于揭示爆炸发生和发展的全过程，以及如何合理利用爆炸力学效应并采取有效的防护措施。该领域学者从力学的核心视角出发，深入研究爆炸过程中能量的快速释放与转化机制，以及由此引发的各种物理、化学效应。爆炸力学的研究涵盖了流体力学、固体力学以及物理、化学等多个学科领域，通过对爆炸现象的全面剖析，为提高爆炸能量利用效率、减轻或控制爆炸带来的负面影响提供了坚实的理论支持和技术指导。

4．计算力学

计算力学，作为一门交叉学科，紧密结合了力学、计算数学和计算机科学，以计算机为强大的工具来解决各类力学问题，并编制出实用的软件。自20世纪50年代以来，随着计算机技术的飞速发展，计算力学在力学各个分支领域以及边缘学科中展现出了强大的生命力，广泛应用于科研、工程技术、医学、经济学等领域。

在数值分析方法上，计算力学涵盖了诸多领域。几何非线性有限元法是处理具有复杂几何形状或大位移、大应变问题的有效手段；热传导有限元法则在解决涉及热传导、热应力等问题上发挥着重要作用；材料非线性有限元法则主要处理与材料本身的特性有关的非线性问题。此外，离散元法、无网格法、有限差分法和非连续变形分析等方法也为解决不同领域的力学问题提供了有力支持。

在采矿工程数值模拟研究中，计算力学得到了广泛的应用。通过建立相应的数学模型，利用计算机进行数值模拟，可以有效地预测和分析地下开采过程中可能出现的各种力学行为，如岩体位移、应力分布、变形等，为确保矿山安全生产和优化设计提供强有力的技术支持。

四、力学问题与采矿工程的关系

1．钻井工作

在采矿工程实施过程中，钻井选型及管理占据着举足轻重的地位。首先，我们必须对目标区域的地质条件进行详尽勘探，了解地层结构、岩石硬度、地下水分布等关键信息。同时，还需深入分析工程的具体需求，如开采深度、产量要求等。基于这些研究，我们可以精准选取最适合的钻井类型及规格，为采矿作业的顺利进行奠定坚实基础。

在钻井过程中，设备的稳定性和安全性至关重要。因此，我们必须定期对钻井设备进行细致的检查和维护，确保其处于最佳工作状态。此外，对于可能出现的采油意外、瓦斯渗漏等特殊事故，我们需运用力学知识进行深入分析，了解地层致裂和渗流的机理，从而制定出针对性的安全预案和应急措施。

2．矿场环境监测

在采矿工程领域，地压监测是确保安全生产的基础工作之一。采场地压的变化直接反映了地下或露天矿体的应力状态，一旦地压出现异常，如不及时发现并采取措施，很可能引发诸如冒顶、片帮、冲击地压等重大安全事故。因此，必须配备先进的监测设备和技术手段，实时采集和分析地压数据，通过建立的地压预测模型进行趋势判断，以便在问题演变为危机前就发出预警信号。

此外，对于采场周边及露天作业区域，尤其是那些构筑在陡峭边坡上的设施和道路，其稳定性对于保障整个矿区安全同样至关重要。这些区域易受风雨侵蚀、地下水活动、振动影响以及开采活动本身带来的负荷变化，长期下来可能导致边坡失稳、路基沉降等问题，进而威胁到人员设备和建筑物的安全。

3．爆破工作

在采矿工程实践中，爆炸问题始终是行业关注的焦点，其影响深远且关键。为了确保爆破作业的顺利进行和人员生命财产的安全，必须对岩爆机制进行深入细致的研究，并采取有效的预防措施。岩爆现象是由于地下开挖后，围岩内部应力重新分布，当达到或超过岩石强度极限时引发的动态破坏，可能导致严重的安全事故。因此，要关注硬岩的非爆炸破碎方法，如机械破碎、高压水射流破碎等绿色、安全的技术手段，以降低爆破作业的风险。

4．崩落采矿工作

崩落采矿工作是一项复杂且精细的任务，它要求我们在实际操作中，必须全面、细致地考虑多种因素。这其中，岩石的力学性质尤为重要，它直接影响着采矿的安全性和效率。在采矿前，我们需要对岩石的岩性、断层特点等进行深入研究，掌握其力学特性，以便更好地预测和控制崩落过程。同时，地质因素和生产因素也不能忽视，它们同样对采矿工作产生着重要影响。通过综合运用各种专业知识和技术，我们才能够制定出最合适的采矿方案，确保工作的顺利进行。

五、岩石力学在采矿工程中应用现状

1．对深部开采所带来的灾害预测

矿山深部开采危险性高，常面临矿震、岩石爆炸等事故，多国已有类似经历。然而，岩爆预防和防治工作未获足够重视。随着开采深入，风险加剧，必须重视。应利用岩石力学知识，进行工程地质调查、应力测量及岩石力学实验。通过研究能量聚集与变化，探讨岩爆原理，从而有效防治岩爆。此举对确保矿山安全、降低事故风险具有重要意义。

2．矿山地应力场测量

地应力是地质底层固有的天然应力，是采矿工程研究的关键前提。了解地应力分布状况对制定采矿方案至关重要，有助于合理布置采矿工程并选择合适的技术方法。鉴于地球历经复杂多变的构造运动，地应力分布十分复杂，为确保采矿作业的安全和效率，进行实地应力测量尤为必要。因此，深入研究地应力特性，是保障采矿工程顺利进行和保障作业安全的重要手段。

3．大型露天矿边坡设计优化

随着露天矿山开采的深入，尤其是进入深凹开采阶段，矿山的安全性和稳定性维护变得愈发严峻。边坡滑移事故频发，不仅给企业的生产带来了巨大压力，更对人员的生命安全构成了严重威胁。在保障安全的前提下，降低成本和提高经济效益成为了矿山企业面临的双重挑战。为此，必须运用先进的精确定量计算方法，深入分析岩体与地应力对矿山稳定性的影响，科学规划开采方案。同时，通过技术创新，提高开采效率，降低生产成本，从而实现经济效益与社会效益的双重提升。

六、岩石力学在采矿工程中的发展趋势

岩石力学在采矿工程的发展趋势表现为多学科与多尺度的综合集成。前者强调跨学科知识的融合，以更全面、深入地解决工程安全性问题，提高采矿作业的安全性与效率。后者则针对开采深度加大导致的多场并存现象，致力于跨尺度研究，深入剖析不同尺度下岩石力学行为的规律与机制，为深部开采提供科学依据。这种综合集成的研究方法将推动岩石力学在采矿工程中的应用不断迈向新的高度。

采矿工程，可谓是一个庞大且繁复的系统工程，它涵盖了地质学、机械、电气、安全等多个专业领域的知识。在这个系统中，力学知识发挥着举足轻重的作用。通过运用力学原理，我们能更好地分析矿体稳定性，优化采矿工艺，提高采矿效率。然而，尽管力学在采矿业中得到了广泛应用，但仍存在许多挑战和不足。比如，矿体的复杂性和不确定性，以及采矿过程中的安全问题等，都需要我们进行深入研究和探讨。因此，采矿工程人员需要紧密结合实践，加强采矿工程力学关系的理论研究，不断完善和创新采矿技术，以期提高采矿率，降低采矿成本，为采矿业的发展贡献智慧和力量。

参考文献

[1]赵双德.关于采矿工程与力学关系的探讨[J].黑龙江科技信息,2013(16):24-24.

[2]曹旭.岩石力学在采矿工程中的应用探讨[J].河南科技，2013，18:44.

[3]蓝航.岩石力学在采矿工程中的研究现状和趋势[J].煤矿开采，2006，05:9-12+54.

[4]魏长长.浅析采矿软件系统在露天采矿中的应用[J].甘肃冶金，2010，05:87-89+96.

作者姓名：李磊. 性别：男. 籍贯：内蒙古鄂尔多斯 学历：大学本科 职称：采矿工程