普朗銅礦自然崩落法底部結(jié)構(gòu)地壓監(jiān)測方案探討

孫 偉，劉華武，馮興隆，趙冰峰，侯克鵬＊

（1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南 香格里拉 674400）

普朗銅礦設(shè)計(jì)采用自然崩落采礦法進(jìn)行開采，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為1250萬t/a。眾所周知采用自然崩落法開采，礦山井下絕大多數(shù)的人員、設(shè)備均是在底部結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)活動，因此底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是決定著礦山生產(chǎn)成敗的重要因素，它不僅直接影響礦山的生產(chǎn)效率，還影響著人員設(shè)備的安全[1-3]。

隨著普朗銅礦拉底、礦體崩落等工作的不斷進(jìn)行，原巖應(yīng)力受采動作用重新分布，特別是3720m出礦層巖體內(nèi)的應(yīng)力將會逐步升高，巖體失穩(wěn)和破壞現(xiàn)象將會增多。如何預(yù)防和控制地壓對開采造成的災(zāi)害，巖土工程界近幾十年對地壓監(jiān)測、地壓災(zāi)害預(yù)測和控制進(jìn)行了不斷深入的研究，也是目前礦山生產(chǎn)過程中急需解決的課題[4,5]。因此，通過對普朗銅礦底部結(jié)構(gòu)地壓活動進(jìn)行監(jiān)測，掌握普朗銅礦底部結(jié)構(gòu)的受力、變形規(guī)律及其地壓顯現(xiàn)方式對普朗銅礦自然崩落法底部結(jié)構(gòu)作用方式，對普朗銅礦正常生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。

1 地壓監(jiān)測的目的

普朗銅礦地壓監(jiān)測主要有以下幾個目的：確定采礦工程、地質(zhì)條件與地壓活動的關(guān)系，確定普朗銅礦首采區(qū)采礦過程中底部結(jié)構(gòu)圍巖應(yīng)力的力學(xué)響應(yīng)及其變形影響范圍，以及其對底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響；掌握地壓活動在時(shí)間和空間分布上的規(guī)律；確定地壓活動所引起的巖體移動及變形破壞的基本參數(shù)；提供地壓活動及底部結(jié)構(gòu)變形破壞的信息，對可能發(fā)生巖體及底部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事件進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，以避免災(zāi)害事故的發(fā)生，指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)。

2 監(jiān)測范圍與內(nèi)容

2.1 監(jiān)測范圍

此次監(jiān)測范圍為普朗銅礦首采區(qū)3720m出礦層，即N4-S9出礦穿脈之間構(gòu)成的區(qū)域，首采區(qū)域及基建拉底范圍見圖1所示。

圖1 普朗銅礦首采區(qū)及基建拉底范圍

2.2 監(jiān)測內(nèi)容

在首采區(qū)域建立地壓觀測網(wǎng)的目的在于圈定地壓活動范圍，掌握宏觀地壓活動規(guī)律，探討在自然崩落法開采過程中底部結(jié)構(gòu)巖移活動規(guī)律，并對地壓活動進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)，為井下生產(chǎn)管理、采礦工藝改進(jìn)及地壓控制提供依據(jù)。普朗銅礦具體監(jiān)測內(nèi)容為應(yīng)力監(jiān)測、位移監(jiān)測、變形及收斂監(jiān)測、松動圈測量、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測、日常生產(chǎn)監(jiān)測等幾方面。

3 普朗銅礦監(jiān)測方案

普朗銅礦為新建礦山，且采用的是技術(shù)水平較高的自然崩落法，國內(nèi)僅有中條山銅礦峪大規(guī)模的應(yīng)用了該種采礦方法，國內(nèi)應(yīng)用自然崩落法的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，因此普朗銅礦在應(yīng)用自然崩落法時(shí)，必須對出礦層底部結(jié)構(gòu)的地壓規(guī)律進(jìn)行研究，根據(jù)普朗銅礦實(shí)際，設(shè)計(jì)了3720m出礦水平底部結(jié)構(gòu)地壓監(jiān)測方案。

3.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

以首采區(qū)為中心，沿南北向布置5條主監(jiān)測線，監(jiān)測線間距100m。5條監(jiān)測線與N3、N1、S2、S4、S6出礦穿脈相交處為監(jiān)測點(diǎn)，共計(jì)25個監(jiān)測點(diǎn)，見圖2。

圖2 普朗銅礦首采區(qū)斷層分布與地壓監(jiān)測點(diǎn)布置圖

為了進(jìn)一步準(zhǔn)確了解采礦初期底部結(jié)構(gòu)地壓變化規(guī)律，在5條主要監(jiān)測線基礎(chǔ)上再增加了兩條加密監(jiān)測線，即Z1、Z2，其與N1、S2、S4穿脈相交處為監(jiān)測點(diǎn)，共計(jì)6個監(jiān)測點(diǎn)。因此，首采區(qū)主監(jiān)測線和加密監(jiān)測線共計(jì)監(jiān)測點(diǎn)31個。

由于3720m首采區(qū)域內(nèi)斷層較多，如圖2所示。監(jiān)測點(diǎn)布置時(shí)考慮了在受到采動作用斷層活化對底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響。

3.2 主要監(jiān)測方案

主要分為應(yīng)力監(jiān)測、位移監(jiān)測、變形監(jiān)測、巖體松動圈測量、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測及日常生產(chǎn)監(jiān)測。

3.2.1 應(yīng)力監(jiān)測

如圖2所示，采用鉆孔應(yīng)力計(jì)對采動作用下普朗銅礦首采區(qū)底部結(jié)構(gòu)巖體應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測，鉆孔應(yīng)力計(jì)為每個測點(diǎn)一套，共計(jì)31套。錨桿應(yīng)力計(jì)對支護(hù)結(jié)構(gòu)中的錨桿的受力變化狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，同樣也是每個測點(diǎn)一套，共計(jì)31套。采用聲發(fā)射儀對首采區(qū)底部結(jié)構(gòu)中巖體的聲發(fā)射事件、能量變化等特征參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，以判斷底部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，聲發(fā)射探頭為每個監(jiān)測斷面一個，共計(jì)31個聲發(fā)射探頭。

3.2.2 位移監(jiān)測

底部結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測主要采用多點(diǎn)位移計(jì)，同時(shí)也可以對首采區(qū)域內(nèi)的斷層活化情況進(jìn)行監(jiān)測。多點(diǎn)位移計(jì)布置如圖2所示，每個監(jiān)測點(diǎn)布置兩個，巷道頂部布置一個，幫部布置一個，分別多拱頂和邊幫的位移情況進(jìn)行監(jiān)測，多點(diǎn)位移計(jì)合計(jì)需要62套。

3.2.3 變形及收斂監(jiān)測

巷道變形監(jiān)測主要采用常規(guī)的收斂儀配合激光斷面儀對底部結(jié)構(gòu)巷道的收斂及變形情況進(jìn)行監(jiān)測分析。

3.2.4 松動圈測量

松動圈測量采用聲波儀及鉆孔成像儀對底部結(jié)構(gòu)巖體在受到拉底等一系列動靜力作用下，其松動圈變化進(jìn)行監(jiān)測，以判別、分析松動圈的發(fā)育、擴(kuò)展的規(guī)律。

3.2.5 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測

對噴漿、支護(hù)結(jié)構(gòu)所受到的采動壓力進(jìn)行監(jiān)測，主要設(shè)備為振弦式壓力盒，即在巷道開挖未噴漿前將壓力盒預(yù)埋于巖體與混凝土的交界面處，在支護(hù)結(jié)構(gòu)受力時(shí)，便可從壓力盒采集到數(shù)據(jù)，來反映支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

3.2.6 日常生產(chǎn)監(jiān)測

日常生產(chǎn)監(jiān)測主要包括錨桿、錨索拉拔力檢測、噴射混凝土厚度檢測，主要設(shè)備為拉拔儀和電/氣動小型取樣機(jī)。

4 結(jié)論

根據(jù)普朗銅礦對底部結(jié)構(gòu)地壓活動監(jiān)測與地壓變化規(guī)律分析的需要，本文結(jié)合普朗銅礦底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際情況，探討了普朗銅礦底部結(jié)構(gòu)地壓監(jiān)測方案。監(jiān)測方案中主要分為應(yīng)力監(jiān)測、位移監(jiān)測、變形監(jiān)測、巖體松動圈測量、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測及日常生產(chǎn)監(jiān)測等幾方面，布置了5條主監(jiān)測線和2條輔助監(jiān)測線，共計(jì)埋設(shè)監(jiān)測探頭93套監(jiān)測傳感器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，并隨著開采的進(jìn)行不斷對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行完善。