基于量綱分析的金屬礦山覆巖垮落高度預測研究

藏振華，余 旸

（新巴爾虎右旗榮達礦業有限責任公司，內蒙古 呼倫貝爾 021300）

1 金屬礦山覆巖垮落高度概述

礦山覆巖垮落高度其實就是指采空區覆巖破壞高度的一部分內容，而覆蓋巖的脫落過程中會積攢一定的動能，當落地時會對施工現場的生產設備、工作人員以及工作環境造成一定的破壞，因此加強對垮落高度預測研究十分有必要。

2 量綱分析概述

所謂的量綱分析其實就是一種專用的數學模型，該種數學模型是基于物理實驗的基礎之上構建而成的，充分的依托量綱齊次原則，然后在上述基礎之上對工程中涉及的各個物理參數進行關系分析[1]。

現如今量綱分析法已經在巖土工程領域得到了廣泛的應用，現如今正在嘗試的應用于金屬礦山覆巖垮落高度預測研究領域[2，3]。

3 金屬礦山采空區覆巖破壞高度影響因素分析

3.1 采礦方法和礦體厚度

不同的采礦工藝方法會對礦區采空區覆蓋巖產生不同程度的影響，尤其是覆巖破壞高度變化規律十分的難控制和測量，業內經常會采用充填采礦法來對其進行有效處理，在某些特殊情況下也會采用崩落采礦法處理，但是由于該種方法會對巖層造成一定的破壞，因此實際采礦工程中應用的比較少。

3.2 開采深度和構造應力

礦山的開采深度與構造應力之間存在著復雜的關系。通常情況下，伴隨著開采深度的持續增加，金屬礦山采空區覆巖所承受的自重力以及支撐力會越來越大，而且整個礦井的構造應力分布情況也越來越復雜，而上述結構的應力分布情況與整個礦井覆巖破壞情況以及破壞規律之間存在著密切的關聯性。

3.3 采空區尺寸

大量工程實例數據表明，采空區的尺寸與采空區覆巖破壞情況之間也存在著密切的關系，采空區的尺寸與上覆巖體破壞的高度和冒落發生系數之間存在正相關關系，通常情況下，覆巖破壞區的塑性區高度會隨著采空區工作面最小長度的增加而增加。

3.4 覆巖巖性與結構

覆巖的基本特性也是影響其穩定性的重要指標之一，而且通常巖層的硬度值越高其穩定性越優良，而巖層的物理性能一般情況下與其自身的基本特性有關，但是在巖石發生碎裂之后會對整個工程進行一定的填充，所以這也會在一定程度上阻止整個巖體結構的進一步破壞。

3.5 覆巖斷層結構

金屬礦山覆巖的斷層結構也是影響覆巖的重要影響因素，在日常的開采工作過程中，不可避免的會產生一系列的斷裂坍塌，這些開采病害會延伸至地表，進而形成塌陷坑。若斷層的寬度較小，則裂縫會在后續的過程中逐漸的進行膠結，那么自然也就不會對覆巖造成傷害，反之則會滋生一系列的斷面滑動病害。

3.6 時間效應

通過對工程實際進行分析得知，時間效應也會對金屬礦山采空區覆巖破壞高度造成一定的影響，而且對邊界上覆巖破壞規律進行分析研究的過程中，黏彈塑性分析過程中的時間值輸入也再次驗證這一觀點。

4 工程案例分析

4.1 量綱分析模型分析計算公式

根據量綱分析模型分析計算的得出的關系公式：

其中H為巖體垮落高度，d為礦體的厚度，σ為構造應力值，S為采空區尺寸，γ表示巖石的重度值，K表示巖石的松散系數，f表示覆巖的硬度系數值，下文將結合工程實例進行真實分析驗證。

4.2 工程實例驗證分析

選取了安徽某金屬礦作為研究對象，然后根據實際測量數據與計算數據進行測算分析。經調查得知，礦內的主要貯藏礦種以金和硫為主，礦床主要呈現出兩個大的礦體，礦體走向均呈60°左右，傾斜角在15°～20°之間，礦藏的基本厚度在6m～8.5m范圍之內，平均值在7.2m左右，平均標高值基本在180m左右浮動，礦體主要以花崗巖和硅質巖為主，因此覆巖的硬度系數值選取15～17左右。在工程的實際開采過程中地下-500m處的采空區高度約為6.5m，通過實際測量分析采空面積約為412㎡左右，通過計算得出金礦覆巖垮落高度值大概為6.3m～6.5m之間。

4.3 綜合對比分析

通過查閱上述研究對象的工程實際數據得知，該金屬礦的實際測值為6.87m，通過就該案例的量綱分析方法計算值與實測值進行分析測算的金礦覆巖垮落高度值誤差值大約在5%～8%左右，雖然數據不是精準無誤，但是其卻能夠應用于金屬礦山采空區覆巖垮落高度的計算分析，對于實際生產具有一定的參考借鑒價值。

5 結語

綜上所述，無論是出于確保我國采礦行業的健康持續發展，還是出于采礦行業的安全運營考慮，加強對金屬礦山采空區覆巖垮落高度測量的精準性分析研究都十分有必要。希望本文能夠更好的為我國礦業行業服務，最終有效的提升我國的量綱分析以及礦產開采技術水平。