金川二矿区多中段开采对地表岩移的影响研究.pdf

书书书ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报１００４－９６６５／２０１４／２２（４）  ０７５７  ０８ＤＯＩ１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１４．０４．０２３金川二矿区多中段开采对地表岩移的影响研究 马凤山赵海军郭捷李克蓬（中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京１０００２９）摘要金川二矿区多中段开采曾引起了许多研究焦点，尤其是多中段开采导致的围岩变形和灾变问题最为突出。本文以多年地表监测的结果验证了多中段开采至结束期间并没有造成地表岩体变形的异常或突变。研究认为开挖的地质力学模型内所赋存的岩体应变能是一定值，开挖活动是能量耗散和转移的动态过程。因此，在构造应力影响的开挖力学模型中，不能采用外力边界条件而应采用位移边界条件。小步距开采－充填有利于避免大幅度的岩移发生，矿岩才保持了相对缓慢的低能量释放率的松动、破裂，是矿岩未发生大的灾变失稳的关键因素。最后指出，地表岩移速率大小主要与地下开采速度和采充比有关，在金川二矿地下开采速度和采充比基本保持不变的情况下，地表岩体移动、变形速率不会发生突变现象。关键词金川镍矿岩体移动监测灾变预测中图分类号Ｐ６４２文献标识码Ａ书书书  收稿日期２０１４－０４－１８；收到修改稿日期２０１４－０７－０８．基金项目国家自然科学基金项目（４１３７２３２３，４１１７２２７１）资助．第一作者简介马凤山（１９６４－），男，硕士，副研究员，主要从事地质工程与地质灾害方面的研究工作．Ｅｍａｉｌｆｓｍａ＠ｍａｉｌ．ｉｇｇｃａｓ．ａｃ．ｃｎＩＮＦＬＵＥＮＣＥＯＦＴＨＥＭＵＬＴＩ  ＬＥＶＥＬＭＩＮＩＮＧＯＮＴＨＥＧＲＯＵＮＤＭＯＶＥＭＥＮＴＩＮＴＨＥＪＩＮＣＨＵＡＮＮＯ．２ＭＩＮＥＭＡＦｅｎｇｓｈａｎＺＨＡＯＨａｉｊｕｎＧＵＯＪｉｅＬＩＫｅｐｅｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｈａｌｅＧａｓａｎｄＧｅｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９）ＡｂｓｔｒａｃｔＭｕｌｔｉ  ｌｅｖｅｌｍｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅＪｉｎｃｈｕａｎＮｏ．２ｍｉｎｅｈａｄａｔｔｒａｃｔｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ．Ｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒ，ｒｏｃｋｍａｓｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅｗａｓｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｎｅｎｔｏｎｅ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｓｕｒｆａｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｎｏｅｖｉｄｅｎｔｍｕｔａｔｉｏｎｏｒａｂｎｏｒｍａｌｅｖｅｎｔｓｏｃｃｕｒｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｔｏｅｎｄｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅｌｅｖｅｌｓ１２５０ａｎｄ１１５０ｍ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｄｏｐｔｅｄｉｎｅｘｃａｖａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｒａｔｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｆｏｒｃｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｔｒａｉｎｅｎｅｒｇｙｉｓａｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓａｎｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｓｍａｌｌｓｃａｌｅｍｉｎｉｎｇａｎｄｆｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｒｅｈｅｌｐｆｕｌｔｏａｖｏｉｄｌａｒｇｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｒｏｃｋｍａｓｓｍｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓｄｉｄｎｏｔｏｃｃｕｒｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｂｕｔｅｘｈｉｂｉｔｌｏｏｓｅａｎｄｂｒｅａｋｆｅａｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅｓｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｒｏｃｋｍａｓｓａｒｅｍａｉｎｌｙａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｉｎｉｎｇｒａｔｅａｎｄｆｉｌｌｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｒｏｃｋｍａｓｓｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｉｌｌｎｏｔｈａｐｐｅｎｉｆｔｈｅｓｅｔｗｏｆａｃｔｏｒｓｒｅｍａｉｎｔｈｅｓａｍｅｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＪｉｎｃｈｕａｎｍｉｎｅ，Ｒｏｃｋｍａｓｓｍｏｖｅｍｅｎｔ，Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，Ｄｉｓａｓｔｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ０引言地下开采引起地表沉降和变形一直以来都是矿山工程地质和岩石力学研究的重要内容。金川镍矿是我国最大的镍金属和铂族金属开采基地，它以 “ 深（矿体埋藏深，均在５００～６００ｍ以下，最大深度大于１０００ｍ）、大（世界超大型硫化镍铜矿床）、富（矿石含镍品位高，伴生金属品种多，可回收的金属元素多）、碎（经过多次地质构造运动，断层、节理和构造裂隙发育，矿体和岩体破碎） ” 而著称［１］。矿体处于高地应力区，埋深大，且岩体破碎，开采条件差，因此该矿山采用成本昂贵的机械化胶结充填采矿法。然而，这种采矿方法依然引起了显著地地表变形和地裂缝现象［２～３］。金川二矿区因其矿体厚大故为该主力生产矿区，因而地表变形和破裂问题尤为突出。图１金川二矿区开采中段示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＮｏ．２ｍｉｎｅ金川二矿区有两个矿体，东部２＃矿体和西部１＃矿体。其中１＃矿体位于二矿区２４行以西，延长至一矿区，开采深度１３２６～８５０ｍ，为最主要的开采矿体。在开采设计上，１＃矿体设计为双中段开采，即１２５０ｍ中段和１１５０ｍ中段同时采用下向胶结充填采矿法开采。由于两个中段同时开采，在这两个中段之间就留下了一个水平尺寸较大的矿体（水平矿体）（图１）。这种开采工艺或设计目的，一是为了加快矿山开发的需要，另一个重要原因就是用这一矿体对采场围岩进行支撑，以防止围岩大范围、大幅度移动从而对整个矿山安全生产造成威胁。近年来随着机械化开采程度的加大，残留水平矿体逐渐减薄的速度加快。迄今为止，残留水平矿体几乎被采完。水平矿体采完后，它对采场围岩的支撑作用消失，上下开采中段充填体连成一体。由于金川矿区特殊区域构造背景，开采过程中采场围岩整体稳定性的研究，尤其是针对水平矿体稳定性的研究就格外引人关注，多家院校和研究机构都参与了水平矿体安全稳定性的研究工作。一些学者曾经认为，鉴于较高的水平构造应力的“ 挤压作用” ，当水平应力达到矿柱的临界荷载时，就可能发生类似于压杆屈服或突变失稳［４～８］。但是从实际开采情况来看，水平矿体开采过程中仅仅发生局部屈服破坏［９～１１］，且目前已经被安全、顺利地回采，在这个过程中，无论是采场围岩变形还是地表岩体移动都没有发生突变现象。可见，对构造应力在采矿诱发的围岩变形与破坏的影响认识上存在一定的不足。尽管１２５０ｍ中段和１１５０ｍ中段之间水平矿体开采已经接近尾声，针对双中段开采导致的围岩失稳和岩移突变问题告一段落，但是紧接着１１５０ｍ和１０００ｍ中段又采用了双中段开采方案，再次形成一个类似的水平矿体。那么，今后对该水平矿体的开采是否还存在围岩灾变问题，就需要进行研究和分析。只有通过对以往研究认识的梳理和经验总结，才能为今后的科研及生产提供可靠的理论基础。本文首先分析了该矿区近年来地表岩移最新监测结果，讨论了矿区构造应力在力学模型中的处置方法，８５７ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１４最后对构造应力对采场矿岩的矿岩变形与破坏的影响和地表岩移的趋势进行分析和讨论。１地下开采引起的地表岩移特征分析金川二矿区地表岩移监测始于２００１年，通过多年持续不懈的现场监测和室内研究，对二矿区由充填法开采引起的地表变形和破坏的特征及发生机理都有了一定的认识［１２～１６］。截止到２０１３年１２月监测结果表明，二矿区的地表变形依然保持了先前的特征或规律，并有一定的发展和变化。从金川二矿区岩移监测点高程位移等值线图中可以看出（图２），矿区地表以１４－７和１４－８测点附近近似圆形的区域为沉降中心，在１４行到１８行线之间靠近１４行线一侧，最大沉降量已达到２４０３ｍｍ。在垂直矿体走向的方向，沉降中心位于矿体上盘地表。在沿矿体走向的方向上，沉降中心位于１４行线矿体最厚大部位的上盘地表。从该沉降中心向外，明显表现为近采掘区的测点沉降量比离采掘区远的点大，水平位移大的点沉降量也大的特点。图２地表岩移监测点高程位移等值线图（２００１  ４～２０１３  １２）单位ｍｍＦｉｇ．２ＣｏｎｔｏｕｒｍａｐｏｆｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｉｎＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１３．ＳｔａｒｔｍｅａｓｕｒｅＡｐｒｉｌ２００１从二矿区水平位移等值线图上可以看出（图３），移动中心在１４行１４－９附近，最大水平位移图３地表岩移监测点水平位移等值线图（２００１  ４～２０１３  １２）单位ｍｍＦｉｇ．３ＣｏｎｔｏｕｒｍａｐｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｉｎＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１３．ＳｔａｒｔｍｅａｓｕｒｅＡｐｒｉｌ２００１量已经达到了１６０５ｍｍ。位于矿体上盘的地表监测点的水平位移量普遍比下盘大，靠近移动中心附近测点的对比约大四倍左右。而下盘距采空区超过２８０ｍ测点的位移量有明显减小的趋势。移动区域近似椭圆形，椭圆的长轴平行于矿体的走向，短轴垂直于矿体的走向。图４二矿区高程位移量最大测点（１４－７）逐半年位移速率曲线图Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅｏｆｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ１４  ７９５７２２（４）马凤山等金川二矿区多中段开采对地表岩移的影响研究图４与图５是根据２００１～２０１３年２５个半年时段监测结果绘制的二矿区高程位移量与水平位移量最大测点逐半年时段位移速率变化曲线，可以看出，二矿区高程位移、水平位移最大测点的位移速率的变化仍然呈逐渐递增的趋势。二矿区监测点大都表现为下半年时段位移量大、上半年时段位移量相对变小的特征，位移速率变化呈波动跳跃分布。这种变化和多种因素有关，特别是与地质结构、开采状态包括深度、断层活化、采矿量以及充填体的大小压缩变化情况等因素有关。特别在出矿量方面，二矿区与监测间隔相对应每年的冬春季（１１月～５月）出矿量大都大于夏秋季（６月～１１月）的出矿量。由于冬春季出矿量大，充填作业供砂不足，造成地下采空区滞留时间过长，地下围岩变形传递地表滞后，使得每年的下半年时段的地表位移量相对较大。此外，上述岩移速率在整体上是连续渐渐变化的，此监测过程贯穿二矿区１２５０ｍ中段和１１５０ｍ中段水平矿体开采过程，地表岩移并没有明显的突变现象发生。图５二矿区水平位移量最大测点（１４－９）逐半年位移曲线图Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅｏｆｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ１４－９２矿区构造应力及其力学模型的边界条件地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。按照陈宗基教授的观点，地应力的来源主要有５个方面，即岩体自重、地质构造运动、地形势、剥蚀作用和封闭应力。地应力主要是岩体自重和地壳构造运动导致的，通常与地壳构造运动有关的地应力场称为构造应力场。关于我国现代构造应力场特征方面的研究文献较多，目前主要认为我国大陆活动构造主要受印度板块向北推挤作用控制，现代构造应力场呈向滇藏地区收敛以及向西北、华北、东北和华南地区发散的辐射状。东北与华北地区最大主应力方向为ＮＥＥ向，山东、河南、西安一带为近ＳＮ向，华南地区为ＮＷ向，西部地区则以近ＳＮ向为主，最大和最小主应力轴皆呈水平状态［１７～２０］。图６为ＧＰＳ观测获得的中国大陆现今地壳运动速度场［２１］，蓝色箭头是各ＧＰＳ观测站的速度矢量。该图清楚地展示了中国大陆相对于稳定欧亚板块的整体水平运动情况，并在一定程度上反映了中国大陆内部各构造区域之间差异运动的轮廓。图６中国大陆现今地壳运动速度场［２１］Ｆｉｇ．６ＣｒｕｓｔａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｏｆＣｈｉｎａｍａｉｎｌａｎｄ［２１］图７金川矿区大地构造位置与最大主应力示意图Ｆｉｇ．７ＳｃｈｅｍｅｏｆｇｅｏｔｅｃｔｏｎｉｃｐｌａｃｅａｎｄｍａｘｉｍｕｍｐｒｉｎｃｉｐａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅＪｉｎｃｈｕａｎｍｉｎｅ金川矿区从２０世纪７０年代就开始了地应力的测量与研究［１］，结果均表明金川矿区地应力各分量０６７ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１４均为压应力，最大、最小主应力为水平取向，其中最大主应力取向多为ＮＥＮＮＥ（图７），与矿体走向近于垂直。在测深范围内，最大主应力一般为３０ＭＰａ左右，最高可达５０ＭＰａ，且各分量均随深度的增加而增加，矿区地应力基本上属于中高－超高范围，是比较典型的高构造应力区［２２］。构造应力场主要缘于地球板块的相互之间的推挤与俯冲作用，除塑性变形功外，地质体主要以弹性变形的方式储存应变能。当在以大尺度考虑板块边界条件时，既存在边界外力也存在边界位移，对于从中取出的小地块，它自身内力的大小反映了存储的应变能的多少，在考虑小块体边界条件时，就不能在认为还存在边界外力条件，只需考虑边界位移和块体内力条件。将金川矿区作为一个从地质体中抽象出来的地质力学模型时，就可以从边界位移和内力条件两方面真实反映其在原有地质体中的真实状态。开挖的地质力学模型可作为一个完整的体系考虑，即模型体内赋存的岩体应变能是一个定值，而开挖是这个体系内发生能量耗散和转移的动态过程。也就是说，在初始模型的边界条件和地下开挖阶段应有所变化。在地下开挖的地质力学模型中，左右边界应该和底部边界一样采用固支边界约束条件而不能采用外力边界条件［２３］。不同类型的边界条件代表不同类型的应力环境，会得到截然不同的岩体变形特征。这样的考虑和处理方法可相对真实的反映地下开采前后矿岩应力场状态及其变化规律，在定性或定量的意义上获得较为准确的结果。３构造应力对采场矿岩变形与破坏的影响在地质力学中，构造应力场在空间上的分布极不均匀，而且随着时间的推移还在不断发生变化，属于非稳定的应力场。但相对于开挖或采矿等小尺度工程范围来说，可以忽略形成构造应力场条件的变化，将它视为相对稳定的区域应力场进行简化和分析。从传统的弹性理论和弹塑性理论看，在构造运动和自重体积力作用下因产生了位移做了相应功，除塑性变形功不能转化为应变能外，地质体主要以弹性变形的方式储存应变能。近年来不少学者基于能量的观点对岩石变形破坏过程及地震发生中的能量耗散与能量释放进行了研究［２４～２６］，使得能量观点在岩体变形破坏的分析中得以应用。如将岩体看成是弹性体，从理论上说，岩体中包含某一点的微小单元单位体积具有的应变能可表示为［２７］Ｗ＝１２ σ ｉｊεｉｊ＝１２（ σ １ε１＋σ２ε２＋σ３ε３）＝１２Ｅ［ σ ２１１＋σ ２２２＋σ ２３３－２ｖ（ σ１１σ２２＋σ２２σ３３＋ σ ３３σ１１）＋２（１＋ｖ）（ σ ２１２＋σ ２２３＋σ ２３１）］（１）上式可改写为Ｗ＝１２ λ θ ２＋Ｇ ε ｉｊεｉｊ＝１２ λ＋２３Ｇ θ ２＋Ｇ ε ｉｊεｉｊ＝ＷＶ＋ＷＦ（２）其中，ＷＶ为体积变形应变能；ＷＦ为形状改变应变能；θ＝ε ｉｉ＝ε１１＋ε２２＋ε３３。如同上式，在工程开挖后的二次应力场形成过程中，受开挖影响的地质体中某单元体同时发生体积改变和形状改变。也就是说，具有体积改变弹性比能ＷＶ和形状改变弹性比能ＷＦ通常都会发生变化。岩体变形破坏实质上是能量转化的过程，开挖过程中地质体所储存的弹性应变能总体上必然会发生变化。能量释放率控制着采场矿岩的破坏失稳模式，该破坏方式取决于采场围岩所储存的能量及能量释放速率。金川矿山处在河西走廊不同大地构造单元的接合部，具有构造运动强烈，地质构造复杂，高地应力，矿岩坚硬、破碎，工程稳定性极差的特征。从其地应力高而矿岩破碎这两个相互矛盾的特征可认为，由于成矿构造上受到挤压作用，矿区岩体结构面走向基本与最大主压应力方向垂直，高水平应力使得破碎矿岩结构面法向应力较高，滑移变形的摩擦阻力较大，岩块之间受构造应力场和覆岩自重体积力作用压紧，裂隙相对闭合，从而表现出较高的整体强度，也为赋存相对较高的应变能提供了有利条件。当矿体开采时，岩体势能的变化必然引起围岩应力场和位移场发生相应的改变，对于此类围岩体，矿体开采后必然引起相邻岩块体的松动，这种松动效应将持续向围岩深部发展。其中有３个关键因素控制着岩块体松动的程度，（１）岩体赋存的能量大小，控制着开挖后短时间内释放能量的大小；（２）覆岩自重体积力，控制着岩块体势能的变化和松动持续期；（３）开挖的速度，控制着能量释放率的大小。正是由于开采后，在小步长开采－充填条件下，１６７２２（４）马凤山等金川二矿区多中段开采对地表岩移的影响研究处于压紧状态的坚硬、破碎围岩体的松动效应使得开采后围岩体保持了较低的能量释放率，而覆岩自重体积力为开采后围岩块体发生势能变化，控制岩块松动效应提供了条件。小步距开采－充填有利于避免大幅度的岩移发生，矿岩才保持了相对缓慢的低能量释放率的松动破裂，而未发生大的灾变失稳。４地表岩移变化趋势预测多中段开采条件下，采场围岩会受其影响而出现岩体移动、变形速率的改变，那么对于地表岩体的移动、变形特征是否会造成影响，地表的变形、破坏是否存在突变性。对于这个问题，需要从影响地表岩移的关键因素方面进行研究。地下开采引起地表移动是指开采后地下岩体移动发展到地表，使地表产生移动和变形的过程，地表岩移、变形的剧烈程度主要与地下开采速度和采充比有关，当地下开采速度基本保持不变的情况下，就主要与地下开采量和充填量的关系有关。在金川二矿的实际开采过程中，每天的采矿量相差不大，可以认为其开采速度为不变量。此外，由于在正常的开采充填工作中，基本上都是随采随充，即便每次存在充填死角，与以往开采充填相比也并无大的变化，依然保持基本一致的采充比。因此，可认为，在实际的生产中，影响地表岩移的两个关键因素都没有发生大的变化，那么在多中段开采至结束的期间，地表岩体移动、变形速率也不会发生较大波动，仍沿原有的趋势发展。在水平矿体开采结束后，由于双中段开采变成单中段开采，开采量即相对的开采速度下降，以及总的充填空区死角增长率下降，仅在此时地表岩移速率会有一个较小的降幅。目前１１５０ｍ和１０００ｍ中段延续了以往双中段开采方案。因此，随着出矿量的短期增长，预计未来短期内地表岩移速率会有小幅增长，之后仍会以平稳的态势发展，不会出现突变现象。５结论金川二矿区的地表变形保持着渐渐递增的变化趋势，矿体上盘方向地表岩移程度和范围远大于下盘。自２００１年初监测以来，最大沉降量已达２４０３ｍｍ，最大水平位移量已达１６０５ｍｍ。监测的岩移速率变化表明，该矿区１２５０ｍ中段和１１５０ｍ中段之间水平矿体开采至结束期间并没有造成地表岩体变形的异常或突变。地质体主要以弹性变形的方式储存应变能，开挖的地质力学模型内赋存的岩体应变能是一个定值，开挖活动是能量耗散和转移的动态过程。因此，有构造应力影响的开挖力学模型中，不能采用外力边界条件，而采用固支边界约束条件。金川二矿区在小步长开采－充填条件下，处于压紧状态的坚硬、破碎围岩体的松动效应使得开采后围岩体保持了较低的能量释放率，而覆岩自重体积力为开采后围岩块体发生势能变化、控制岩块松动效应提供了条件。因此，小步距开采－充填有利于避免大幅度的岩移发生，矿岩才保持了相对缓慢的低能量释放率的松动破裂，而未发生灾变失稳。地表岩移速率大小主要与地下开采速度和采充比有关，在金川二矿地下开采速度和采充比基本保持不变的情况下，地表岩体移动、变形速率不会发生突变现象。参考文献［１］金川有色金属公司，中国岩石力学与工程学会金川分会．金川镍矿开采的工程地质与岩石力学问题［Ｒ］．金川金川集团股份有限公司，１９９６．ＪｉｎｃｈｕａｎＮｏｎ  ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＣｏｍｐａｎｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＪｉｎｃｈｕａｎＢｒａｎｃｈ．ＴｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｙａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｍｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆＪｉｎｃｈｕａｎＮｉｃｋｅｌＭｉｎｅ［Ｒ］．ＪｉｎｃｈｕａｎＪｉｎｃｈｕａｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，１９９６．［２］马凤山，李晓，路时豹，等．金川二矿区地表变形ＧＰＳ监测及分析［Ｃ］ ∥中国科学院地质与地球物理研究所．工程地质力学研究［Ｍ］．北京地质出版社，２００４，１１５～１３４．ＭａＦｅｎｇｓｈａｎ，ＬｉＸｉａｏ，ＬｕＳｈｉｂａｏ，ｅｔａｌ．ＧＰＳｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＪｉｎｃｈｕａｎＮｏ．２ｍｉｎｅ［Ｃ］ ∥ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ［Ｃ］．ＲｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ］．ＢｅｉｊｉｎｇＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ，２００４，１１５～１３４．［３］马凤山，袁仁茂，邓清海，等．金川矿山地表岩移ＧＰＳ监测及岩体采动影响规律［Ｊ］．工程地质学报，２００７，１５（增Ⅱ）８４～９７．ＭａＦｅｎｇｓｈａｎ，ＹｕａｎＲｅｎｍａｏ，ＤｅｎｇＱｉｎｇｈａｉ，ｅｔａｌ．ＧＰＳｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｉｎｇｉｎｆｌｕｅｎｃｅｉｎＪｉｎｃｈｕａｎｍｉｎｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２００７，１５（Ｓ２）８４～９７．［４］把多恒，王永才．金川镍矿１＃矿体稳定性问题研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（增２）２６０７～２６１４．ＢａＤｕｏｈｅｎｇ，ＷａｎｇＹｏｎｇｃａｉ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｆ１＃ｄｅｐｏｓｉｔｉｎＪｉｎｃｈｕａｎｎｉｃｋｅｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，２２（Ｓ２）２６０７～２６１４．２６７ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１４［５］高谦，刘同有，方祖烈．金川二矿区深部开采潜在问题与优化控制技术研究［Ｊ］．有色金属（矿山部分），２００４，５６（４）２～５，１４．ＧａｏＱｉａｎ，ＬｉｕＴｏｎｇｙｏｕ，ＦａｎｇＺｕｌｉｅ．ＰｏｔｅｎｔｉａｌｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＪｉｎｃｈｕａｎｍｉｎｅｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＭｉｎｉｎｇ，２００４，５６（４）２～５，１４．［６］侯哲生，李晓．金川二矿水平矿层几何非稳定性分析的突变模型［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００７，２６（增１）２８６８～２８７１．ＨｏｕＺｈｅｓｈｅｎｇ，ＬｉＸｉａｏ．ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｅｍｏｄｅｌｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｏｒｅｌａｙｅｒｏｆｍｉｎｅｚｏｎｅＮｏ．２ｉｎＪｉｎｃｈｕａｎｎｉｃｋｅｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，２６（Ｓ１）２８６８～２８７１．［７］马崇武，慕青松，陈晓辉，等．金川二矿区上盘巷道变形破坏关系与水平矿柱的关系［Ｊ］．矿业研究与开发，２００７，２７（５）１３～１６．ＭａＣｈｏｎｇｗｕ，ＭｕＱｉｎｇｓｏｎｇ，ＣｈｅｎＸｉａｏｈｕｉ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｌｅｖｅｌｐｉｌｌａｒｏｎｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆａｉｌｕｒｅｏｆｈａｎｇｉｎｇｗａｌｌｒｏａｄｗａｙｉｎＪｉｎｃｈｕａｎＮｏ．２ｍｉｎｉｎｇａｒｅａ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２００７，２７（５）１３～１６．［８］韩斌．金川二矿区充填体可靠度分析与１＃矿体回采地压控制优化研究［博士学位论文］［Ｄ］．长沙中南大学，２００４．ＨａｎＢｉｎ．ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂａｃｋｆｉｌｌａｎｄｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｏ．１ｏｒｅｂｏｄｙｉｎｔｈｅＪｉｎｃｈｕａｎＮｏ．２ｍｉｎｅ．［ＤｏｃｔｏｒａｔｅＴｈｅｓｉｓ］［Ｄ］．ＣｈａｎｇｓｈａＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４．［９］王世武，高直．金川二矿区１＃矿体水平矿柱工程地质特征分析与探讨［Ｊ］．采矿技术，２００８，８（６）７６～７８．ＷａｎｇＳｈｉｗｕ，ＧａｏＺｈｉ．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＮｏ．１ｏｒｅｂｏｄｙｉｎｔｈｅＪｉｎ

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