基于應(yīng)力監(jiān)測(cè)的底部結(jié)構(gòu)地壓分析

王晶 吳明 劉強(qiáng) 彭張 王平

（1云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南香格里拉 674400；2礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 102628）

1 引言

自然崩落法底部結(jié)構(gòu)形成之后，礦柱周圍巖體被采出，未放出的礦體作用在底部結(jié)構(gòu)之上，使得豎直方向壓力增大，理論上處于單軸受壓狀態(tài)[1-2]。但由于構(gòu)造應(yīng)力的存在，使得底部結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)更加復(fù)雜，易在局部區(qū)域形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生收斂破壞[3-4]。

為掌握底部結(jié)構(gòu)地壓狀態(tài)，有效對(duì)地壓實(shí)施管控，普朗銅礦在底部結(jié)構(gòu)建立了一套應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)底部結(jié)構(gòu)礦柱受力狀態(tài)。本文以一段時(shí)間內(nèi)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，分析了礦柱內(nèi)部應(yīng)力的變化規(guī)律，研究了出礦口放礦量與礦柱應(yīng)力變化的關(guān)聯(lián)性，以期為底部結(jié)構(gòu)其他穿脈地壓管控提供參考。

2 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況

圖1 3720m水平應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置圖

普朗銅礦應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布設(shè)在3720m 水平N3、N2、S2、S4、S5 等5 條出礦穿脈內(nèi)，其中N3、N2各有5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，S2穿脈有12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，S4穿脈16 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，S5 穿脈9 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。應(yīng)力傳感器安裝在底部結(jié)構(gòu)礦柱鉆孔內(nèi)部，數(shù)據(jù)采集基站安裝在東西兩側(cè)大巷的變電所內(nèi)。

3 出礦穿脈地壓顯現(xiàn)狀況

隨著采區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，普朗銅礦底部結(jié)構(gòu)多條穿脈圍巖出現(xiàn)收斂變形，錨噴支護(hù)開裂脫落，出礦進(jìn)路眉線斷裂，斷層兩側(cè)個(gè)別礦柱嚴(yán)重破壞。礦山針對(duì)S4、S5 穿脈收斂變形區(qū)域，采用鋼條帶、噴混凝土支護(hù)等進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。結(jié)合普朗銅礦底部結(jié)構(gòu)開挖數(shù)值模擬結(jié)果可知，底部結(jié)構(gòu)開挖形成后，聚礦槽四周易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出礦進(jìn)路眉線處頂、底板應(yīng)力較大，在構(gòu)造應(yīng)力的影響下圍巖易產(chǎn)生彈塑性變形。

4 應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化分析

鉆孔應(yīng)力傳感器安裝在底部結(jié)構(gòu)礦柱內(nèi)部，其應(yīng)力值變化反應(yīng)了礦柱內(nèi)部豎直方向應(yīng)力變化。受爆破作業(yè)與供電故障影響，多個(gè)傳感器線纜遭到破壞，導(dǎo)致部分應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失，在地壓監(jiān)測(cè)過程中統(tǒng)計(jì)了正常監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，記錄礦柱受力狀態(tài)變化。

圖2 為S4 穿脈2021 年5 月～6 月W4 與W10 兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。虛線為W4礦柱應(yīng)力值，該點(diǎn)應(yīng)力值略有下降，現(xiàn)場(chǎng)礦柱表面錨網(wǎng)變形，混凝土支護(hù)開裂，表明礦柱內(nèi)部巖體在此前破壞后，應(yīng)力已經(jīng)釋放，應(yīng)力值一直處于0MPa 左右，傳感器豎直方向受力變化不大，可能與安裝效果不佳有關(guān)。實(shí)線為W10 礦柱應(yīng)力值，該點(diǎn)應(yīng)力值在5 月20 日～6 月20 日增大了6MPa，另外人工手持式應(yīng)力測(cè)點(diǎn)S4-W10在6月17日前的一段時(shí)間增大了2MPa，由于該點(diǎn)位于三條斷層交叉區(qū)域，礦柱同時(shí)受到上覆礦堆壓力和構(gòu)造應(yīng)力，此前長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行出礦而產(chǎn)生了應(yīng)力集中，現(xiàn)場(chǎng)相鄰出礦口已出現(xiàn)眉線梁開裂情況，因此礦山將該區(qū)域作為重點(diǎn)位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)巡查。

圖2 S4-W4與S4-W10測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值變化

5 放礦量與應(yīng)力變化的關(guān)聯(lián)性分析

圖3 中曲線為2021 年3 月S4 穿脈W5 礦柱應(yīng)力值變化情況，3 月9 日～3 月16 日該點(diǎn)應(yīng)力值下降了1.2MPa 左右，柱狀圖為該時(shí)段S4 穿脈W5 礦柱附近6 個(gè)進(jìn)路每天出礦量總和，將二者進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。3 月6 日之前每天出礦量變化不大，應(yīng)力值相對(duì)穩(wěn)定；3 月7 日～3 月9 日連續(xù)三天大量出礦后，3 月9 日～3 月16 日該點(diǎn)應(yīng)力值下降了1.2MPa 左右；3 月10日后每天出礦量保持穩(wěn)定，該點(diǎn)應(yīng)力值略有下降且逐漸趨于平穩(wěn)。以上現(xiàn)象表明底部結(jié)構(gòu)礦柱應(yīng)力受出礦影響較大，加大附近進(jìn)路出礦量對(duì)礦柱有一定卸壓作用。

圖3 S4-W5監(jiān)測(cè)點(diǎn)放礦量與應(yīng)力值關(guān)系圖

圖4為2021年4月～5月S4穿脈各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值變化，4 月29 日S4-W17 測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值出現(xiàn)8.5MPa 的突降，因此統(tǒng)計(jì)了該區(qū)域附近區(qū)域的出礦情況。4月28日之前S4-W17、S4-W15 出礦口長(zhǎng)期未進(jìn)行出礦，但在4 月28 日和4 月29 日該礦柱東側(cè)S4-W15 進(jìn)路突然分別放出了105t和217.5t的礦石，進(jìn)一步表明局部出礦量的突然增加能夠使得底部結(jié)構(gòu)礦柱承壓迅速下降，短時(shí)間內(nèi)可以緩解小范圍內(nèi)的應(yīng)力集中。但通過長(zhǎng)期觀測(cè)效果來(lái)看，僅在局部進(jìn)行大量出礦，不僅會(huì)破壞上覆礦堆擠壓形成的壓力拱對(duì)底部結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，而且會(huì)導(dǎo)致地表不均勻沉降，反而對(duì)底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不利，因此各出礦口放礦量在長(zhǎng)期范圍內(nèi)應(yīng)盡可能均勻分配。

圖4 S4穿脈各監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值變化

6 結(jié)論

（1）應(yīng)力值變化反應(yīng)了礦柱內(nèi)部豎直方向受壓狀態(tài)，斷層交叉區(qū)域的礦柱同時(shí)受到上覆礦堆壓力和構(gòu)造應(yīng)力的影響，易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域；

（2）短時(shí)間內(nèi)局部增大出礦量可以緩解小范圍內(nèi)底部結(jié)構(gòu)礦柱的應(yīng)力集中，但考慮到地表均勻沉降的要求和上覆礦堆的壓力拱對(duì)底部結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，對(duì)于整個(gè)底部結(jié)構(gòu)各出礦口放礦量在長(zhǎng)期范圍內(nèi)應(yīng)盡可能均勻分配。