基于量纲分析的金属矿山覆岩垮落高度预测研究

藏振华，余 旸

（新巴尔虎右旗荣达矿业有限责任公司，内蒙古 呼伦贝尔 021300）

1 金属矿山覆岩垮落高度概述

矿山覆岩垮落高度其实就是指采空区覆岩破坏高度的一部分内容，而覆盖岩的脱落过程中会积攒一定的动能，当落地时会对施工现场的生产设备、工作人员以及工作环境造成一定的破坏，因此加强对垮落高度预测研究十分有必要。

2 量纲分析概述

所谓的量纲分析其实就是一种专用的数学模型，该种数学模型是基于物理实验的基础之上构建而成的，充分的依托量纲齐次原则，然后在上述基础之上对工程中涉及的各个物理参数进行关系分析[1]。

现如今量纲分析法已经在岩土工程领域得到了广泛的应用，现如今正在尝试的应用于金属矿山覆岩垮落高度预测研究领域[2，3]。

3 金属矿山采空区覆岩破坏高度影响因素分析

3.1 采矿方法和矿体厚度

不同的采矿工艺方法会对矿区采空区覆盖岩产生不同程度的影响，尤其是覆岩破坏高度变化规律十分的难控制和测量，业内经常会采用充填采矿法来对其进行有效处理，在某些特殊情况下也会采用崩落采矿法处理，但是由于该种方法会对岩层造成一定的破坏，因此实际采矿工程中应用的比较少。

3.2 开采深度和构造应力

矿山的开采深度与构造应力之间存在着复杂的关系。通常情况下，伴随着开采深度的持续增加，金属矿山采空区覆岩所承受的自重力以及支撑力会越来越大，而且整个矿井的构造应力分布情况也越来越复杂，而上述结构的应力分布情况与整个矿井覆岩破坏情况以及破坏规律之间存在着密切的关联性。

3.3 采空区尺寸

大量工程实例数据表明，采空区的尺寸与采空区覆岩破坏情况之间也存在着密切的关系，采空区的尺寸与上覆岩体破坏的高度和冒落发生系数之间存在正相关关系，通常情况下，覆岩破坏区的塑性区高度会随着采空区工作面最小长度的增加而增加。

3.4 覆岩岩性与结构

覆岩的基本特性也是影响其稳定性的重要指标之一，而且通常岩层的硬度值越高其稳定性越优良，而岩层的物理性能一般情况下与其自身的基本特性有关，但是在岩石发生碎裂之后会对整个工程进行一定的填充，所以这也会在一定程度上阻止整个岩体结构的进一步破坏。

3.5 覆岩断层结构

金属矿山覆岩的断层结构也是影响覆岩的重要影响因素，在日常的开采工作过程中，不可避免的会产生一系列的断裂坍塌，这些开采病害会延伸至地表，进而形成塌陷坑。若断层的宽度较小，则裂缝会在后续的过程中逐渐的进行胶结，那么自然也就不会对覆岩造成伤害，反之则会滋生一系列的断面滑动病害。

3.6 时间效应

通过对工程实际进行分析得知，时间效应也会对金属矿山采空区覆岩破坏高度造成一定的影响，而且对边界上覆岩破坏规律进行分析研究的过程中，黏弹塑性分析过程中的时间值输入也再次验证这一观点。

4 工程案例分析

4.1 量纲分析模型分析计算公式

根据量纲分析模型分析计算的得出的关系公式：

其中H为岩体垮落高度，d为矿体的厚度，σ为构造应力值，S为采空区尺寸，γ表示岩石的重度值，K表示岩石的松散系数，f表示覆岩的硬度系数值，下文将结合工程实例进行真实分析验证。

4.2 工程实例验证分析

选取了安徽某金属矿作为研究对象，然后根据实际测量数据与计算数据进行测算分析。经调查得知，矿内的主要贮藏矿种以金和硫为主，矿床主要呈现出两个大的矿体，矿体走向均呈60°左右，倾斜角在15°～20°之间，矿藏的基本厚度在6m～8.5m范围之内，平均值在7.2m左右，平均标高值基本在180m左右浮动，矿体主要以花岗岩和硅质岩为主，因此覆岩的硬度系数值选取15～17左右。在工程的实际开采过程中地下-500m处的采空区高度约为6.5m，通过实际测量分析采空面积约为412㎡左右，通过计算得出金矿覆岩垮落高度值大概为6.3m～6.5m之间。

4.3 综合对比分析

通过查阅上述研究对象的工程实际数据得知，该金属矿的实际测值为6.87m，通过就该案例的量纲分析方法计算值与实测值进行分析测算的金矿覆岩垮落高度值误差值大约在5%～8%左右，虽然数据不是精准无误，但是其却能够应用于金属矿山采空区覆岩垮落高度的计算分析，对于实际生产具有一定的参考借鉴价值。

5 结语

综上所述，无论是出于确保我国采矿行业的健康持续发展，还是出于采矿行业的安全运营考虑，加强对金属矿山采空区覆岩垮落高度测量的精准性分析研究都十分有必要。希望本文能够更好的为我国矿业行业服务，最终有效的提升我国的量纲分析以及矿产开采技术水平。