基于应力监测的底部结构地压分析

王晶 吴明 刘强 彭张 王平

（1云南迪庆有色金属有限责任公司，云南香格里拉 674400；2矿冶科技集团有限公司，北京 102628）

1 引言

自然崩落法底部结构形成之后，矿柱周围岩体被采出，未放出的矿体作用在底部结构之上，使得竖直方向压力增大，理论上处于单轴受压状态[1-2]。但由于构造应力的存在，使得底部结构受力状态更加复杂，易在局部区域形成应力集中，产生收敛破坏[3-4]。

为掌握底部结构地压状态，有效对地压实施管控，普朗铜矿在底部结构建立了一套应力监测系统，监测底部结构矿柱受力状态。本文以一段时间内的应力监测数据为例，分析了矿柱内部应力的变化规律，研究了出矿口放矿量与矿柱应力变化的关联性，以期为底部结构其他穿脉地压管控提供参考。

2 微震监测系统概况

图1 3720m水平应力监测系统布置图

普朗铜矿应力监测系统监测点主要布设在3720m 水平N3、N2、S2、S4、S5 等5 条出矿穿脉内，其中N3、N2各有5个监测点，S2穿脉有12个监测点，S4穿脉16 个监测点，S5 穿脉9 个监测点。应力传感器安装在底部结构矿柱钻孔内部，数据采集基站安装在东西两侧大巷的变电所内。

3 出矿穿脉地压显现状况

随着采区范围不断扩大，普朗铜矿底部结构多条穿脉围岩出现收敛变形，锚喷支护开裂脱落，出矿进路眉线断裂，断层两侧个别矿柱严重破坏。矿山针对S4、S5 穿脉收敛变形区域，采用钢条带、喷混凝土支护等进行强化支护。结合普朗铜矿底部结构开挖数值模拟结果可知，底部结构开挖形成后，聚矿槽四周易产生应力集中，出矿进路眉线处顶、底板应力较大，在构造应力的影响下围岩易产生弹塑性变形。

4 应力监测数据变化分析

钻孔应力传感器安装在底部结构矿柱内部，其应力值变化反应了矿柱内部竖直方向应力变化。受爆破作业与供电故障影响，多个传感器线缆遭到破坏，导致部分应力监测数据缺失，在地压监测过程中统计了正常监测点的数据，记录矿柱受力状态变化。

图2 为S4 穿脉2021 年5 月～6 月W4 与W10 两个监测点的数据。虚线为W4矿柱应力值，该点应力值略有下降，现场矿柱表面锚网变形，混凝土支护开裂，表明矿柱内部岩体在此前破坏后，应力已经释放，应力值一直处于0MPa 左右，传感器竖直方向受力变化不大，可能与安装效果不佳有关。实线为W10 矿柱应力值，该点应力值在5 月20 日～6 月20 日增大了6MPa，另外人工手持式应力测点S4-W10在6月17日前的一段时间增大了2MPa，由于该点位于三条断层交叉区域，矿柱同时受到上覆矿堆压力和构造应力，此前长时间未进行出矿而产生了应力集中，现场相邻出矿口已出现眉线梁开裂情况，因此矿山将该区域作为重点位置进行监测巡查。

图2 S4-W4与S4-W10测点应力值变化

5 放矿量与应力变化的关联性分析

图3 中曲线为2021 年3 月S4 穿脉W5 矿柱应力值变化情况，3 月9 日～3 月16 日该点应力值下降了1.2MPa 左右，柱状图为该时段S4 穿脉W5 矿柱附近6 个进路每天出矿量总和，将二者进行关联性分析。3 月6 日之前每天出矿量变化不大，应力值相对稳定；3 月7 日～3 月9 日连续三天大量出矿后，3 月9 日～3 月16 日该点应力值下降了1.2MPa 左右；3 月10日后每天出矿量保持稳定，该点应力值略有下降且逐渐趋于平稳。以上现象表明底部结构矿柱应力受出矿影响较大，加大附近进路出矿量对矿柱有一定卸压作用。

图3 S4-W5监测点放矿量与应力值关系图

图4为2021年4月～5月S4穿脉各测点应力值变化，4 月29 日S4-W17 测点应力值出现8.5MPa 的突降，因此统计了该区域附近区域的出矿情况。4月28日之前S4-W17、S4-W15 出矿口长期未进行出矿，但在4 月28 日和4 月29 日该矿柱东侧S4-W15 进路突然分别放出了105t和217.5t的矿石，进一步表明局部出矿量的突然增加能够使得底部结构矿柱承压迅速下降，短时间内可以缓解小范围内的应力集中。但通过长期观测效果来看，仅在局部进行大量出矿，不仅会破坏上覆矿堆挤压形成的压力拱对底部结构的保护作用，而且会导致地表不均匀沉降，反而对底部结构稳定性不利，因此各出矿口放矿量在长期范围内应尽可能均匀分配。

图4 S4穿脉各监测点应力值变化

6 结论

（1）应力值变化反应了矿柱内部竖直方向受压状态，断层交叉区域的矿柱同时受到上覆矿堆压力和构造应力的影响，易产生应力集中现象，应作为重点监测区域；

（2）短时间内局部增大出矿量可以缓解小范围内底部结构矿柱的应力集中，但考虑到地表均匀沉降的要求和上覆矿堆的压力拱对底部结构的保护作用，对于整个底部结构各出矿口放矿量在长期范围内应尽可能均匀分配。