基于應力監測的底部結構地壓分析

王晶 吳明 劉強 彭張 王平

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

1 引言

自然崩落法底部結構形成之后，礦柱周圍巖體被采出，未放出的礦體作用在底部結構之上，使得豎直方向壓力增大，理論上處于單軸受壓狀態[1-2]。但由于構造應力的存在，使得底部結構受力狀態更加復雜，易在局部區域形成應力集中，產生收斂破壞[3-4]。

為掌握底部結構地壓狀態，有效對地壓實施管控，普朗銅礦在底部結構建立了一套應力監測系統，監測底部結構礦柱受力狀態。本文以一段時間內的應力監測數據為例，分析了礦柱內部應力的變化規律，研究了出礦口放礦量與礦柱應力變化的關聯性，以期為底部結構其他穿脈地壓管控提供參考。

2 微震監測系統概況

圖1 3720m水平應力監測系統布置圖

普朗銅礦應力監測系統監測點主要布設在3720m 水平N3、N2、S2、S4、S5 等5 條出礦穿脈內，其中N3、N2各有5個監測點，S2穿脈有12個監測點，S4穿脈16 個監測點，S5 穿脈9 個監測點。應力傳感器安裝在底部結構礦柱鉆孔內部，數據采集基站安裝在東西兩側大巷的變電所內。

3 出礦穿脈地壓顯現狀況

隨著采區范圍不斷擴大，普朗銅礦底部結構多條穿脈圍巖出現收斂變形，錨噴支護開裂脫落，出礦進路眉線斷裂，斷層兩側個別礦柱嚴重破壞。礦山針對S4、S5 穿脈收斂變形區域，采用鋼條帶、噴混凝土支護等進行強化支護。結合普朗銅礦底部結構開挖數值模擬結果可知，底部結構開挖形成后，聚礦槽四周易產生應力集中，出礦進路眉線處頂、底板應力較大，在構造應力的影響下圍巖易產生彈塑性變形。

4 應力監測數據變化分析

鉆孔應力傳感器安裝在底部結構礦柱內部，其應力值變化反應了礦柱內部豎直方向應力變化。受爆破作業與供電故障影響，多個傳感器線纜遭到破壞，導致部分應力監測數據缺失，在地壓監測過程中統計了正常監測點的數據，記錄礦柱受力狀態變化。

圖2 為S4 穿脈2021 年5 月～6 月W4 與W10 兩個監測點的數據。虛線為W4礦柱應力值，該點應力值略有下降，現場礦柱表面錨網變形，混凝土支護開裂，表明礦柱內部巖體在此前破壞后，應力已經釋放，應力值一直處于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。實線為W10 礦柱應力值，該點應力值在5 月20 日～6 月20 日增大了6MPa，另外人工手持式應力測點S4-W10在6月17日前的一段時間增大了2MPa，由于該點位于三條斷層交叉區域，礦柱同時受到上覆礦堆壓力和構造應力，此前長時間未進行出礦而產生了應力集中，現場相鄰出礦口已出現眉線梁開裂情況，因此礦山將該區域作為重點位置進行監測巡查。

圖2 S4-W4與S4-W10測點應力值變化

5 放礦量與應力變化的關聯性分析

圖3 中曲線為2021 年3 月S4 穿脈W5 礦柱應力值變化情況，3 月9 日～3 月16 日該點應力值下降了1.2MPa 左右，柱狀圖為該時段S4 穿脈W5 礦柱附近6 個進路每天出礦量總和，將二者進行關聯性分析。3 月6 日之前每天出礦量變化不大，應力值相對穩定；3 月7 日～3 月9 日連續三天大量出礦后，3 月9 日～3 月16 日該點應力值下降了1.2MPa 左右；3 月10日后每天出礦量保持穩定，該點應力值略有下降且逐漸趨于平穩。以上現象表明底部結構礦柱應力受出礦影響較大，加大附近進路出礦量對礦柱有一定卸壓作用。

圖3 S4-W5監測點放礦量與應力值關系圖

圖4為2021年4月～5月S4穿脈各測點應力值變化，4 月29 日S4-W17 測點應力值出現8.5MPa 的突降，因此統計了該區域附近區域的出礦情況。4月28日之前S4-W17、S4-W15 出礦口長期未進行出礦，但在4 月28 日和4 月29 日該礦柱東側S4-W15 進路突然分別放出了105t和217.5t的礦石，進一步表明局部出礦量的突然增加能夠使得底部結構礦柱承壓迅速下降，短時間內可以緩解小范圍內的應力集中。但通過長期觀測效果來看，僅在局部進行大量出礦，不僅會破壞上覆礦堆擠壓形成的壓力拱對底部結構的保護作用，而且會導致地表不均勻沉降，反而對底部結構穩定性不利，因此各出礦口放礦量在長期范圍內應盡可能均勻分配。

圖4 S4穿脈各監測點應力值變化

6 結論

（1）應力值變化反應了礦柱內部豎直方向受壓狀態，斷層交叉區域的礦柱同時受到上覆礦堆壓力和構造應力的影響，易產生應力集中現象，應作為重點監測區域；

（2）短時間內局部增大出礦量可以緩解小范圍內底部結構礦柱的應力集中，但考慮到地表均勻沉降的要求和上覆礦堆的壓力拱對底部結構的保護作用，對于整個底部結構各出礦口放礦量在長期范圍內應盡可能均勻分配。