下，最大限度地增加矿石产量，提高矿山经济效益，实现采矿工程的优化。

 

　　根据弹性力学理论，巷道和采场的最佳形状主要由其断面内的

2 个主应力的比值来决

定，为了减少巷道和采场周边的应力集中现象，它们最理想的断面形状应是一个椭圆，而
这个椭圆在水平和垂直方向的两个半轴的长度之比应与该断面内水平主应力和垂直主应力
之比相等。在此情况下，巷道和采场周边将处于均匀等压应力状态。这是一种最稳定的受力
状态。在确定巷道和采场走向时，也应考虑地应力的状态，最理想的走向是与最大主应力方
向相平行。

 

　　由于采矿工程的复杂性和形状多样性，利用理论解析的方法进行工程稳定性的分析和
计算几乎是不可能的。但是，近

20 年来大型电子计算机的应用和各种数值分析方法的不断

发展，使采矿工程成为一门可以进行定量设计计算和分析的工程科学。所有的计算和分析都
必须在已知地应力的前提下进行。如果对工程区域的实际原始应力状态一无所知，那么任何
计算和分析都将失去其应有的真实性和实用价值。

 

　　

2. 2 地应力测量的主要方法 

　　测量原始地应力就是确定存在于拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态
这种测量通常是通过一点一点的量测来完成的。岩体中一点的三维应力状态可由选定坐标系
中的

6 个分量(Rx，Ry，Rz，Sxy，Syz，Sxz)来表示，这种坐标系是可以根据需要和方便任

意选择的，但一般取地球坐标系作为测量坐标系。由

6 个应力分量可求得该点的 3 个主应力

(R1，R2，R3)的大小和方向，这是唯一的。在实际测量中，每一测点所涉及的岩石可能从
几立方厘米到几千立方米，这取决于采用何种测量方法。但不管是几立方厘米还是几千立方
米，对于整个岩体而言，仍可视为一点。由于地应力状态的复杂性和多变性，要比较准确地
测定某一矿区的地应力状态，就必须进行充足数量的

“点”测量。在此基础上，才能借助数值

分析和数理统计、灰色建模、人工智能等方法，建立矿区的地应力场模型。

 

　　目前，应力解除法已形成一套标准的测量程序，具体步骤如下：

 

　　第一步：从岩体表面，一般是从地下巷道、隧道、峒室表面向岩体内部打大孔，直至位
于岩体内的测点部位。大孔直径为

130~ 150 mm，深度为巷道、隧道或峒室跨度的 2. 5 倍以

上，从而保证测点是在未受岩体开挖扰动的原岩应力区。

 

　　第二步：从大孔底打同心小孔，供安装探头用。小孔直径一般为

36~ 38 mm，深度一般

为孔径的

10 倍左右，从而保证小孔中央部位处于平面应变状态。 

　　第三步：用一套专用装置将测量探头安装

(固定或胶结)到小孔中央部位；空心包体应

变计是目前国内外采用最广泛的应力解除法测量仪器

(探头)。 

　　第四步：用第一步打大孔用的薄壁钻头继续延深大孔，从而使小孔周围岩芯实现应力
解除。由于应力解除引起的小孔变形或应变由测量探头测定并通过仪器记录下来。根据测得
的小孔变形或应变通过有关公式即可求出小孔周围岩体的原岩应力状态。

 

　　

 

　　

3 地下矿山采矿设计优化 

　　金属矿床的形成过程、赋存状况和开采稳定性均受地应力场的控制。为此，必须以地应
力为切入点进行金属矿采矿设计优化。

 

　　

(1)采用盘区上向高分层连续回采充填采矿工艺，显著提高了采场生产能力和采矿强度，

减少了采准工作量，降低了生产成本；实现了各采场连续回采，大大增加了盘区内同时回
采的采场数目，大幅度提高了盘区生产能力，充分发挥了机械化无轨作业的优越性；大大
增加了采场安全性，显著降低了采矿损失率和贫化率。

 

　　

(2)采用数值模拟等多种方法进行了采矿设计的定量计算、分析，实现了采场结构参数

和开采顺序的优化；盘区呈

“品”字型布置采场进路的免压拱开采技术获得成功，使采场围

岩的应力分布趋于合理，采场地压得到有效控制。在应力降低区的下方进行开采，肯定是有