普朗铜矿自然崩落法底部结构地压监测方案探讨

孙 伟，刘华武，冯兴隆，赵冰峰，侯克鹏＊

（1.昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093；2.云南迪庆有色金属有限责任公司，云南 香格里拉 674400）

普朗铜矿设计采用自然崩落采矿法进行开采，设计生产规模为1250万t/a。众所周知采用自然崩落法开采，矿山井下绝大多数的人员、设备均是在底部结构内进行生产活动，因此底部结构的稳定性是决定着矿山生产成败的重要因素，它不仅直接影响矿山的生产效率，还影响着人员设备的安全[1-3]。

随着普朗铜矿拉底、矿体崩落等工作的不断进行，原岩应力受采动作用重新分布，特别是3720m出矿层岩体内的应力将会逐步升高，岩体失稳和破坏现象将会增多。如何预防和控制地压对开采造成的灾害，岩土工程界近几十年对地压监测、地压灾害预测和控制进行了不断深入的研究，也是目前矿山生产过程中急需解决的课题[4,5]。因此，通过对普朗铜矿底部结构地压活动进行监测，掌握普朗铜矿底部结构的受力、变形规律及其地压显现方式对普朗铜矿自然崩落法底部结构作用方式，对普朗铜矿正常生产有着至关重要的作用。

1 地压监测的目的

普朗铜矿地压监测主要有以下几个目的：确定采矿工程、地质条件与地压活动的关系，确定普朗铜矿首采区采矿过程中底部结构围岩应力的力学响应及其变形影响范围，以及其对底部结构稳定性的影响；掌握地压活动在时间和空间分布上的规律；确定地压活动所引起的岩体移动及变形破坏的基本参数；提供地压活动及底部结构变形破坏的信息，对可能发生岩体及底部结构失稳事件进行预测预报，以避免灾害事故的发生，指导矿山安全生产。

2 监测范围与内容

2.1 监测范围

此次监测范围为普朗铜矿首采区3720m出矿层，即N4-S9出矿穿脉之间构成的区域，首采区域及基建拉底范围见图1所示。

图1 普朗铜矿首采区及基建拉底范围

2.2 监测内容

在首采区域建立地压观测网的目的在于圈定地压活动范围，掌握宏观地压活动规律，探讨在自然崩落法开采过程中底部结构岩移活动规律，并对地压活动进行监测预报，为井下生产管理、采矿工艺改进及地压控制提供依据。普朗铜矿具体监测内容为应力监测、位移监测、变形及收敛监测、松动圈测量、支护结构受力监测、支护结构受力监测、日常生产监测等几方面。

3 普朗铜矿监测方案

普朗铜矿为新建矿山，且采用的是技术水平较高的自然崩落法，国内仅有中条山铜矿峪大规模的应用了该种采矿方法，国内应用自然崩落法的实际经验不足，因此普朗铜矿在应用自然崩落法时，必须对出矿层底部结构的地压规律进行研究，根据普朗铜矿实际，设计了3720m出矿水平底部结构地压监测方案。

3.1 监测点布置

以首采区为中心，沿南北向布置5条主监测线，监测线间距100m。5条监测线与N3、N1、S2、S4、S6出矿穿脉相交处为监测点，共计25个监测点，见图2。

图2 普朗铜矿首采区断层分布与地压监测点布置图

为了进一步准确了解采矿初期底部结构地压变化规律，在5条主要监测线基础上再增加了两条加密监测线，即Z1、Z2，其与N1、S2、S4穿脉相交处为监测点，共计6个监测点。因此，首采区主监测线和加密监测线共计监测点31个。

由于3720m首采区域内断层较多，如图2所示。监测点布置时考虑了在受到采动作用断层活化对底部结构稳定的影响。

3.2 主要监测方案

主要分为应力监测、位移监测、变形监测、岩体松动圈测量、支护结构受力监测及日常生产监测。

3.2.1 应力监测

如图2所示，采用钻孔应力计对采动作用下普朗铜矿首采区底部结构岩体应力变化规律进行监测，钻孔应力计为每个测点一套，共计31套。锚杆应力计对支护结构中的锚杆的受力变化状态进行监测，同样也是每个测点一套，共计31套。采用声发射仪对首采区底部结构中岩体的声发射事件、能量变化等特征参数进行监测，以判断底部结构的状态，声发射探头为每个监测断面一个，共计31个声发射探头。

3.2.2 位移监测

底部结构位移监测主要采用多点位移计，同时也可以对首采区域内的断层活化情况进行监测。多点位移计布置如图2所示，每个监测点布置两个，巷道顶部布置一个，帮部布置一个，分别多拱顶和边帮的位移情况进行监测，多点位移计合计需要62套。

3.2.3 变形及收敛监测

巷道变形监测主要采用常规的收敛仪配合激光断面仪对底部结构巷道的收敛及变形情况进行监测分析。

3.2.4 松动圈测量

松动圈测量采用声波仪及钻孔成像仪对底部结构岩体在受到拉底等一系列动静力作用下，其松动圈变化进行监测，以判别、分析松动圈的发育、扩展的规律。

3.2.5 支护结构受力监测

对喷浆、支护结构所受到的采动压力进行监测，主要设备为振弦式压力盒，即在巷道开挖未喷浆前将压力盒预埋于岩体与混凝土的交界面处，在支护结构受力时，便可从压力盒采集到数据，来反映支护结构的受力状态。

3.2.6 日常生产监测

日常生产监测主要包括锚杆、锚索拉拔力检测、喷射混凝土厚度检测，主要设备为拉拔仪和电/气动小型取样机。

4 结论

根据普朗铜矿对底部结构地压活动监测与地压变化规律分析的需要，本文结合普朗铜矿底部结构设计实际情况，探讨了普朗铜矿底部结构地压监测方案。监测方案中主要分为应力监测、位移监测、变形监测、岩体松动圈测量、支护结构受力监测及日常生产监测等几方面，布置了5条主监测线和2条辅助监测线，共计埋设监测探头93套监测传感器，实现远程在线监测，并随着开采的进行不断对监测系统进行完善。