滥泥坪铜矿三维地应力测量及巷道布置优化研究
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2 空心包体地应力实测
2.1 测试仪器 本次测量采用 YJZ-16 型智能数字应变仪，该
仪器主要由空心包体探头、摄像头、安装杆、数据采 集仪、围岩率定仪和应变分析仪等组成。空心包体 探头由环氧树脂筒包裹，环氧树脂筒上分布着 A、 B、C 3 组应变花，沿套筒相隔 120°均匀分布；每组应 变花上有 4 个应变片，相邻应变片之间的夹角为 45°，空心包体应力计结构如图 1 所示。 2.2 测点布置及测试过程
等 详 ［18-19］ 细推导了围压加载试验测定弹性常数的 计算公式，并利用其试验成果对解除应变值进行修 正，使地应力实测成果的可靠性更高。Zhou 等［20］ 建立了在地应力、气压和开采深度影响下的气固耦 合理论模型。孟庆彬等［21］和陈登红［22］在三维地应 力实测的基础上对巷道的稳定性进行了分析。
中 图 分 类 号 ：TD263 文 献 标 志 码 ：A 文 章 编 号 ：1005-2518（2019）06-0862-09 DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2019.06.862 引 用 格 式 ：XIE Yezhen，CAO Ping，CHEN Haoran.Three-dimensional In-situ Stress Measurement and Optimization of Roadway Layout in Lanniping Copper Mine［J］.Gold Science and Technology，2019，27（6）：862-870. 谢也真，曹平，陈昊然 . 滥泥坪铜矿三 维地应力测量及巷道布置优化研究［J］. 黄金科学技术，2019，27（6）：862-870.
收稿日期：2019-04-17；修订日期：2019-07-28 基金项目：国家自然科学基金项目“开挖卸载诱导下的硬岩断裂破坏机理与尺寸效应研究”（编号：11772358）和中南大学自主探索创新项目
“裂隙岩体卸荷、损伤、断裂机理及非线性特征研究”（编号：2019zzts986）联合资助 作者简介：谢也真（1994-），男，湖南娄底人，硕士研究生，从事岩石力学研究工作。839491639@
地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天 然应力，是导致地壳岩体产生变形、断裂、褶皱乃至 地震的根本作用力，在实际工程中，地应力会引起 采矿、水利水电等各种地下岩土开挖工程变形和破 坏。地应力的测量对地下工程的稳定性分析和安 全施工具有非常重要的意义［1-3］。
近年来，矿山相继进入深部资源开采阶段［4-6］。 根据经验进行深部开挖施工往往会造成各种岩体 工程的失稳、坍塌或破坏，传统的经验类比法越来 越失去其作用［7］，地应力过高导致的地质灾害问题 愈发严重［8-10］。对此国内外学者开展了大量地应力 实测和理论研究 。 ［11-13］ 澳大利亚联邦科学与工业 研究院首先研发出了 CSIRO 型空心包体应力计［14］ 进行地应力测量，蔡美峰等［15］、李远等［16］在此基础 上进行了一些技术改进和优化。戚玉亮等［17］采用 改进的 KX-81 型空心包体应力计实测了车集矿区 深部 4 个测点的三维地应力大小和方向。刘允芳
862
谢也真等：滥泥坪铜矿三维地应力测量及巷道布置优化研究
采场结构参数调整和支护设计提供基础依据。
1 工程概况
滥泥坪铜矿区位于云南省昆明市东川区，大地 构造位置处于杨子板块西缘，昆阳裂谷内会理—东 川裂陷槽东端的一个梯形断陷盆地，矿区断裂十分 发育，其中 SN 向和 EW 向断裂为主干断裂，其规模 巨大，控制了矿区构造格局，使矿区呈断块状展布， NE 向和 NW 向斜交断裂将矿区切成网状块体。滥 泥坪铜矿已有上百年的开采历史，本部矿段共建有 144 个采场，其中有 130 个采场已经回采结束。白 锡腊上老龙矿段主要为上老龙东十一中段和上老 龙十三中段。据统计，该矿段共建有 38 个采场，其 中有 23 个采场已经回采结束。矿区地质构造复 杂，空区众多，为保障后续开采安全和实现矿山资 源 整 合 ，必 须 对 矿 区 深 部 构 造 应 力 场 进 行 准 确 测 量，并对地下巷道的布置方式进行优化。
为了获得可靠的原岩应力测试结果，选择应力
第 27 卷 第 6 期 2019 年 12 月
Gold Science and Technology
Vol.27 No.6 Dec.，2019
滥泥坪铜矿三维地应力测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ巷道布置优化研究
谢也真，曹平，陈昊然
中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083
摘 要：随着矿山开采深度的持续增加，深部高地应力作用下矿区的地压灾害发生率逐渐增长。为使矿区能 够安全合理地开展生产工作，准确测量区域内的地应力分布情况，并在此基础上进行巷道布置优化研究很有 必要。采用套孔应力解除法对滥泥坪深部 3 个中段进行三维地应力测试，并对三维应力场分布特征进行分 析。测量结果表明：滥泥坪矿区应力随深度基本呈线性增长，实测的各中段最大主应力值在 28.62~43.10 MPa 之间，原岩应力场以水平构造应力为主，总体表现为 NNW-SSE 向，根据测量结果调整巷道布置方向并建立 三维地质模型对巷道稳定性进行分析，研究结果对巷道布置和矿山安全生产具有重要的指导意义。 关键词：应力解除法；三维地应力测量；应力分布特征；滥泥坪铜矿；巷道稳定性；数值模拟
尽管地应力测量技术在硬件和软件上都有一定 的提升，但是很少有学者系统地研究整个测试过程 和测试结果对巷道布置的指导作用。基于此，本文 采用理论与实际相结合的方式，详细论述了空心包 体应力解除法的理论依据和实际操作过程。采用 YJZ-16 型空心包体应力计对滥泥坪矿区深部 2 350， 2 138，1 900 m 3 个中段进行地应力测试，根据最小二 乘法的多元回归方程求得岩体应力的最优解，并结 合该区域的地应力场分布特征对巷道布置方式进行 优化研究，为滥泥坪复杂采空区群的三维数值稳定 性分析提供初始应力数据，为深部巷道工程布置、
2.1 测试仪器 本次测量采用 YJZ-16 型智能数字应变仪，该
仪器主要由空心包体探头、摄像头、安装杆、数据采 集仪、围岩率定仪和应变分析仪等组成。空心包体 探头由环氧树脂筒包裹，环氧树脂筒上分布着 A、 B、C 3 组应变花，沿套筒相隔 120°均匀分布；每组应 变花上有 4 个应变片，相邻应变片之间的夹角为 45°，空心包体应力计结构如图 1 所示。 2.2 测点布置及测试过程
等 详 ［18-19］ 细推导了围压加载试验测定弹性常数的 计算公式，并利用其试验成果对解除应变值进行修 正，使地应力实测成果的可靠性更高。Zhou 等［20］ 建立了在地应力、气压和开采深度影响下的气固耦 合理论模型。孟庆彬等［21］和陈登红［22］在三维地应 力实测的基础上对巷道的稳定性进行了分析。
中 图 分 类 号 ：TD263 文 献 标 志 码 ：A 文 章 编 号 ：1005-2518（2019）06-0862-09 DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2019.06.862 引 用 格 式 ：XIE Yezhen，CAO Ping，CHEN Haoran.Three-dimensional In-situ Stress Measurement and Optimization of Roadway Layout in Lanniping Copper Mine［J］.Gold Science and Technology，2019，27（6）：862-870. 谢也真，曹平，陈昊然 . 滥泥坪铜矿三 维地应力测量及巷道布置优化研究［J］. 黄金科学技术，2019，27（6）：862-870.
收稿日期：2019-04-17；修订日期：2019-07-28 基金项目：国家自然科学基金项目“开挖卸载诱导下的硬岩断裂破坏机理与尺寸效应研究”（编号：11772358）和中南大学自主探索创新项目
“裂隙岩体卸荷、损伤、断裂机理及非线性特征研究”（编号：2019zzts986）联合资助 作者简介：谢也真（1994-），男，湖南娄底人，硕士研究生，从事岩石力学研究工作。839491639@
地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天 然应力，是导致地壳岩体产生变形、断裂、褶皱乃至 地震的根本作用力，在实际工程中，地应力会引起 采矿、水利水电等各种地下岩土开挖工程变形和破 坏。地应力的测量对地下工程的稳定性分析和安 全施工具有非常重要的意义［1-3］。
近年来，矿山相继进入深部资源开采阶段［4-6］。 根据经验进行深部开挖施工往往会造成各种岩体 工程的失稳、坍塌或破坏，传统的经验类比法越来 越失去其作用［7］，地应力过高导致的地质灾害问题 愈发严重［8-10］。对此国内外学者开展了大量地应力 实测和理论研究 。 ［11-13］ 澳大利亚联邦科学与工业 研究院首先研发出了 CSIRO 型空心包体应力计［14］ 进行地应力测量，蔡美峰等［15］、李远等［16］在此基础 上进行了一些技术改进和优化。戚玉亮等［17］采用 改进的 KX-81 型空心包体应力计实测了车集矿区 深部 4 个测点的三维地应力大小和方向。刘允芳
862
谢也真等：滥泥坪铜矿三维地应力测量及巷道布置优化研究
采场结构参数调整和支护设计提供基础依据。
1 工程概况
滥泥坪铜矿区位于云南省昆明市东川区，大地 构造位置处于杨子板块西缘，昆阳裂谷内会理—东 川裂陷槽东端的一个梯形断陷盆地，矿区断裂十分 发育，其中 SN 向和 EW 向断裂为主干断裂，其规模 巨大，控制了矿区构造格局，使矿区呈断块状展布， NE 向和 NW 向斜交断裂将矿区切成网状块体。滥 泥坪铜矿已有上百年的开采历史，本部矿段共建有 144 个采场，其中有 130 个采场已经回采结束。白 锡腊上老龙矿段主要为上老龙东十一中段和上老 龙十三中段。据统计，该矿段共建有 38 个采场，其 中有 23 个采场已经回采结束。矿区地质构造复 杂，空区众多，为保障后续开采安全和实现矿山资 源 整 合 ，必 须 对 矿 区 深 部 构 造 应 力 场 进 行 准 确 测 量，并对地下巷道的布置方式进行优化。
为了获得可靠的原岩应力测试结果，选择应力
第 27 卷 第 6 期 2019 年 12 月
Gold Science and Technology
Vol.27 No.6 Dec.，2019
滥泥坪铜矿三维地应力测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ巷道布置优化研究
谢也真，曹平，陈昊然
中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083
摘 要：随着矿山开采深度的持续增加，深部高地应力作用下矿区的地压灾害发生率逐渐增长。为使矿区能 够安全合理地开展生产工作，准确测量区域内的地应力分布情况，并在此基础上进行巷道布置优化研究很有 必要。采用套孔应力解除法对滥泥坪深部 3 个中段进行三维地应力测试，并对三维应力场分布特征进行分 析。测量结果表明：滥泥坪矿区应力随深度基本呈线性增长，实测的各中段最大主应力值在 28.62~43.10 MPa 之间，原岩应力场以水平构造应力为主，总体表现为 NNW-SSE 向，根据测量结果调整巷道布置方向并建立 三维地质模型对巷道稳定性进行分析，研究结果对巷道布置和矿山安全生产具有重要的指导意义。 关键词：应力解除法；三维地应力测量；应力分布特征；滥泥坪铜矿；巷道稳定性；数值模拟
尽管地应力测量技术在硬件和软件上都有一定 的提升，但是很少有学者系统地研究整个测试过程 和测试结果对巷道布置的指导作用。基于此，本文 采用理论与实际相结合的方式，详细论述了空心包 体应力解除法的理论依据和实际操作过程。采用 YJZ-16 型空心包体应力计对滥泥坪矿区深部 2 350， 2 138，1 900 m 3 个中段进行地应力测试，根据最小二 乘法的多元回归方程求得岩体应力的最优解，并结 合该区域的地应力场分布特征对巷道布置方式进行 优化研究，为滥泥坪复杂采空区群的三维数值稳定 性分析提供初始应力数据，为深部巷道工程布置、