普朗銅礦自然崩落法底部結構地壓監測方案探討

孫 偉，劉華武，馮興隆，趙冰峰，侯克鵬＊

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

普朗銅礦設計采用自然崩落采礦法進行開采，設計生產規模為1250萬t/a。眾所周知采用自然崩落法開采，礦山井下絕大多數的人員、設備均是在底部結構內進行生產活動，因此底部結構的穩定性是決定著礦山生產成敗的重要因素，它不僅直接影響礦山的生產效率，還影響著人員設備的安全[1-3]。

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

1 地壓監測的目的

普朗銅礦地壓監測主要有以下幾個目的：確定采礦工程、地質條件與地壓活動的關系，確定普朗銅礦首采區采礦過程中底部結構圍巖應力的力學響應及其變形影響范圍，以及其對底部結構穩定性的影響；掌握地壓活動在時間和空間分布上的規律；確定地壓活動所引起的巖體移動及變形破壞的基本參數；提供地壓活動及底部結構變形破壞的信息，對可能發生巖體及底部結構失穩事件進行預測預報，以避免災害事故的發生，指導礦山安全生產。

2 監測范圍與內容

2.1 監測范圍

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

圖1 普朗銅礦首采區及基建拉底范圍

2.2 監測內容

在首采區域建立地壓觀測網的目的在于圈定地壓活動范圍，掌握宏觀地壓活動規律，探討在自然崩落法開采過程中底部結構巖移活動規律，并對地壓活動進行監測預報，為井下生產管理、采礦工藝改進及地壓控制提供依據。普朗銅礦具體監測內容為應力監測、位移監測、變形及收斂監測、松動圈測量、支護結構受力監測、支護結構受力監測、日常生產監測等幾方面。

3 普朗銅礦監測方案

普朗銅礦為新建礦山，且采用的是技術水平較高的自然崩落法，國內僅有中條山銅礦峪大規模的應用了該種采礦方法，國內應用自然崩落法的實際經驗不足，因此普朗銅礦在應用自然崩落法時，必須對出礦層底部結構的地壓規律進行研究，根據普朗銅礦實際，設計了3720m出礦水平底部結構地壓監測方案。

3.1 監測點布置

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

圖2 普朗銅礦首采區斷層分布與地壓監測點布置圖

為了進一步準確了解采礦初期底部結構地壓變化規律，在5條主要監測線基礎上再增加了兩條加密監測線，即Z1、Z2，其與N1、S2、S4穿脈相交處為監測點，共計6個監測點。因此，首采區主監測線和加密監測線共計監測點31個。

由于3720m首采區域內斷層較多，如圖2所示。監測點布置時考慮了在受到采動作用斷層活化對底部結構穩定的影響。

3.2 主要監測方案

主要分為應力監測、位移監測、變形監測、巖體松動圈測量、支護結構受力監測及日常生產監測。

3.2.1 應力監測

如圖2所示，采用鉆孔應力計對采動作用下普朗銅礦首采區底部結構巖體應力變化規律進行監測，鉆孔應力計為每個測點一套，共計31套。錨桿應力計對支護結構中的錨桿的受力變化狀態進行監測，同樣也是每個測點一套，共計31套。采用聲發射儀對首采區底部結構中巖體的聲發射事件、能量變化等特征參數進行監測，以判斷底部結構的狀態，聲發射探頭為每個監測斷面一個，共計31個聲發射探頭。

3.2.2 位移監測

底部結構位移監測主要采用多點位移計，同時也可以對首采區域內的斷層活化情況進行監測。多點位移計布置如圖2所示，每個監測點布置兩個，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行監測，多點位移計合計需要62套。

3.2.3 變形及收斂監測

巷道變形監測主要采用常規的收斂儀配合激光斷面儀對底部結構巷道的收斂及變形情況進行監測分析。

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構巖體在受到拉底等一系列動靜力作用下，其松動圈變化進行監測，以判別、分析松動圈的發育、擴展的規律。

3.2.5 支護結構受力監測

對噴漿、支護結構所受到的采動壓力進行監測，主要設備為振弦式壓力盒，即在巷道開挖未噴漿前將壓力盒預埋于巖體與混凝土的交界面處，在支護結構受力時，便可從壓力盒采集到數據，來反映支護結構的受力狀態。

3.2.6 日常生產監測

日常生產監測主要包括錨桿、錨索拉拔力檢測、噴射混凝土厚度檢測，主要設備為拉拔儀和電/氣動小型取樣機。

4 結論

根據普朗銅礦對底部結構地壓活動監測與地壓變化規律分析的需要，本文結合普朗銅礦底部結構設計實際情況，探討了普朗銅礦底部結構地壓監測方案。監測方案中主要分為應力監測、位移監測、變形監測、巖體松動圈測量、支護結構受力監測及日常生產監測等幾方面，布置了5條主監測線和2條輔助監測線，共計埋設監測探頭93套監測傳感器，實現遠程在線監測，并隨著開采的進行不斷對監測系統進行完善。