2024年5月16日发(作者：龙友琴)
普朗铜矿自然崩落法开采过程综合在线监测技术研究
王平;冯兴隆;蔡永顺;刘华武;袁本胜;赵冰峰;彭张
【摘 要】自然崩落法采矿过程中,顶板冒落规律掌握、底部结构稳定性情况、地表
沉降趋势监测及控制等,不仅关系开采过程人员和财产安全问题,更是决定自然崩落
法能否成功用于普朗铜矿的关键.采用微震、三维激光扫描、TDR、钻孔电视、应
力位移等技术,综合对普朗铜矿顶板冒落规律、底部结构变化情况、地表沉降实时
显现进行在线监测,并通过统一平台对数据进行综合联动展示和分析.该综合在线监
测技术应用,控制了崩落面和松散矿堆之间的高度,避免上覆矿岩大范围崩落产生空
气冲击气浪;优化了拉底推进与底部结构开口之间的空间位置关系;解决了底部结构
矿柱二次加强支护时机及措施选取问题;实现了地表稳定均匀沉降.综合在线监测技
术在普朗铜矿得到很好应用.
【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》
【年(卷),期】2018(070)005
【总页数】6页(P12-17)
【关键词】自然崩落法;钻孔电视;顶板冒落;微震监测
【作 者】王平;冯兴隆;蔡永顺;刘华武;袁本胜;赵冰峰;彭张
【作者单位】北京矿冶科技集团有限公司,北京100160;金属矿山智能开采技术北
京市重点实验室,北京102628;云南迪庆有色金属有限责任公司,云南香格里拉
674400;北京矿冶科技集团有限公司,北京100160;金属矿山智能开采技术北京市
重点实验室,北京102628;云南迪庆有色金属有限责任公司,云南香格里拉674400;
北京矿冶科技集团有限公司,北京100160;金属矿山智能开采技术北京市重点实验
室,北京102628;云南迪庆有色金属有限责任公司,云南香格里拉674400;云南迪庆
有色金属有限责任公司,云南香格里拉674400
【正文语种】中 文
【中图分类】TD853.36
综合考虑普朗铜矿矿体厚度、产状、物理力学性质等因素，普朗铜矿一期采选工程
设计采用自然崩落法回采，矿山生产规模为1 250万t/a。普朗铜矿一期首采中段
3 720 m以上矿体采用单中段回采连续崩落，矿体最大崩落高度370 m，平均崩
落高度200 m。一期回采主要有4个水平，从下至上分别为3 660 m有轨运输水
平、3 700 m回风水平、3 720 m出矿水平、3 736 m拉底水平。出矿水平和有
轨运输水平之间高差50 m，拉底水平和出矿水平之间高差16 m。
为了保障自然崩落法在普朗铜矿的成功应用，在充分掌握国内外关于自然崩落法开
采过程中监测技术的发展现状下[1-7]，需寻求适合普朗铜矿地质条件下的综合在
线监测技术，实现对自然崩落法开采过程中的底部结构稳定性、顶板崩落规律、地
表沉降变化进行有效监测，并及时进行预测预警。该综合在线监测技术建立，需达
到以下目的：
1)实时动态揭示岩体裂隙发展情况，掌握顶板冒落发展的时空演化过程，预测和控
制崩落顶板和松散矿岩面之间的安全距离，尽量控制崩落面和松散矿堆之间高度不
超过安全设计值，避免上覆矿岩大范围崩落产生空气冲击气浪，而造成作业面人员
伤亡和设备损失。
2)3 720 m出矿水平底部结构应力集中前兆信息的实时监测反馈，为二次支护设
计、优化拉低推进计划提供坚实依据。
3)掌握地表坍陷变形范围及覆岩初次崩透地表的时间，提前做好相关安全措施。
4)保障各分项监测系统联动展示与分析，并兼容其它系统的数据采集、传输、供电、
显示等需求，避免各分项系统各自为战，进而避免重复建设。
目前国内外采用自然崩落法的矿山，对顶板冒落规律监测、底部结构应力位移监测、
地表沉降监测等分项监测技术应用取得了一定的成果，但建立兼顾顶板冒落规律、
底部结构变化情况、地表沉降等综合在线监测技术，并通过统一展示平台对监测数
据进行联动展示及统一分析方面，可借鉴的经验几乎没有。
通过充分了解普朗铜矿现场开采实际情况，并结合各分项监测技术在实际工程应用
中特征，最终确定采用以应力位移监测、微震监测、钻孔电视监测、TDR监测、
三维激光扫描等技术[8-15]，综合对普朗铜矿自然崩落法开采过程中易出现的安全
隐患进行综合在线监测，最终形成一套适用于普朗铜矿自然崩落法的先进高效的综
合在线监测技术。
1 自然崩落法开采过程综合在线监测系统的构建
1.1 自然崩落法开采过程综合在线监测系统整体架构
依据科学合理、经济适用的设计原则，并根据现场的实际情况，综合在线监测系统
的整体架构可分为以下三层：
1)信息采集层
信息采集层设备为各分系统现场设置监测分站和传感器，负责数据监测、采集、转
换和传输。通过信息采集层，将各种类型的传感器信息进行可靠采集，并按照统一
的数据协议格式传至地表数据管理系统。
2)数据管理层
数据管理层设置一体化监控管理平台，接收数据采集层的汇总数据，并对数据进行
统一监控管理。该层设置在矿部生产调度中心。一体化监控管理平台功能主要为：
数据监控、显示、存储、网络服务发布、系统层面的管理、打印、报表、日志服务、
智能分析应用等功能。为保证系统的可靠运行，中控室提供双机备份功能。
监控管理平台布置4台监控管理服务器，分别为底部结构稳定性监测和地表塌陷
综合监测管理服务器(主备用)、微震监测服务器和视频监控服务器。各服务器配置
相应的监测管理软件。
3)网络服务层
网络服务层主要为矿山管理人员提供远程业务应用支持。用户可以通过计算机、笔
记本电脑、手机、移动终端等方式灵活地登录网络发布系统，从而实现远程查看和
管理。综合在线监测系统整体结构如图1所示。
图1 综合在线监测系统结构图Fig.1 Structure diagram of integrated online
monitoring system
1.2 综合在线监测系统方案设计
充分考虑普朗铜矿现场地质及开采情况，综合在线监测技术各分项系统设计如下：
微震监测系统主要监测崩落顶板崩落覆岩空间演化规律及3 720 m出矿水平底部
结构稳定性，监测点主要布设在3 720 m出矿水平的N4、N1、S3、S6穿脉内
(布设20个微震传感器，18个单分量传感器，2个三分量传感器)，同时在首采区
周边通过地表向下打4个钻孔，每个钻孔内分别布置2个单分量微震传感器；
TDR及钻孔电视监测系统，主要定量标定自然崩落法开采工程中崩落顶板高度，
钻孔电视监测点布设在地表首采区中心(2#溜井位置)及其附近，共设置2个钻孔电
视测量孔，TDR监测点布设在首采区中心周边，通过地表钻孔布置3个TDR监测
点，每个TDR监测孔内布设1根监测电缆；应力位移监测系统主要监测3 720 m
出矿水平底部结构的矿柱应力及巷道变形情况，监测点主要布设在3 720 m出矿
水平S2穿脉，穿脉内布设12套应力位移传感器；三维激光扫描系统主要监测地
表沉降情况，三维激光扫描仪安装在地表3号大沟东侧4 180 m半山坡处。综合
在线监测技术监测点布置图见图2所示。
图2 监测点布置图Fig.2 Layout of monitoring point○—单分量微震传感器 —三
分量微震传感器 △—应力位移传感器 ◎—地表钻孔内安装2个单分量微震传感器
▯—TDR监测点 □—空孔监测点
1.3 综合在线监测系统实施
该综合在线监测系统在建设施工过程中，为保障整体系统的健壮性，需要针对性地
解决以下工程问题：1)地表山底采集中心、三维激光扫描基站需要进行防潮、防尘
及防盗措施，现场在该两处加盖房子，并在房子外架设摄像头，综合采集中心加装
温控补偿措施进行解决；2)地表各分项系统信号传输采用架设线杆及地埋结合方式
进行施工，其中为了尽量保障地表各分项系统运行周期长，线缆敷设路径布设在首
采区5年塌陷边界以外；3)受井下3 720 m出矿水平底部结构聚矿槽开口、大块
二次破碎的爆破震动及飞石影响，穿脉内供电线、信号线需要沿路架设钢管保护，
且每个穿脉的分站需满足防爆、防冲击要求；4)各分项系统设备需具备可重复利用
性，即各分项系统分站及部分位置传感器采用可拆卸装置，大大提高系统的拓展性
及经济性，同时为了保证分站拆卸便捷，在分站与传感器接线处采用航空插头进行
快速插拔处理；5)为了防止季节性大雨造成积水给系统带来的问题，钻孔电视放线
绞车、微震数采都需现场进行加固及安装；6)由于涉及复杂地质条件下的深孔注浆，
需解决断层条件下钻孔注浆、钻孔注浆过程易出现“架桥”注不实等情况，现场采
用PVR注浆管从孔低往孔口一次性连续注浆，若遇断层漏浆导致无法一次连续注
满钻孔时，采用首次注浆充填裂隙，水泥初凝后二次注满钻孔的方式，充分保证钻
孔注浆的密实性，进而最大限度保障监测系统的实用性、有效性。图3为 综合在
线监测系统施工安装图。
2 基于综合在线监测技术的开采过程规律研究分析
通过统计综合在线监测系统(该系统于2017年年初调试完成)采集的将近一年的数
据，并充分考虑地质构造(尤其是断层)的影响因素，针对3 720 m出矿水平底部
结构稳定性、3 736 m拉底水平拉底推进计划优化、出矿过程上覆岩层顶板冒落
发展、地表沉降变形等监测结果反馈的规律进行研究分析，得到以下主要规律：
图3 综合在线监测系统施工安装图Fig.3 Construction and installation
diagram of integrated online monitoring system
1)3 720 m出矿水平底部结构聚矿槽稳定性受断层和3 736 m拉底水平拉底推进
线位置的影响较大，基于底部结构断层附近微震事件聚类规律，得出断层揭露线附
近30 m附近易诱发较大的应力集中，见图4所示，并根据断层附近事件聚类情况，
及时对影响范围内的底部结构矿柱进行二次支护；通过统计2017年4月3日至
2017年5月30日3 736 m拉底水平拉底推进线与3 720 m出矿水平底部结构
破坏动力显现关联性(见表1)，得出拉底推进线前后动力显示的范围为距离拉底推
进线方向最远19.3 m，距离拉底推进线反方向最远为20.3 m，即普朗铜矿地质条
件下的拉底推进过程应力影响范围集为推进线先前后20 m左右，优化了设计中要
求3 736 m拉底水平拉底推进线位置超前3 720 m出矿水平底部结构聚矿槽开口
距离不小于30 m参数值，同时通过3 720 m出矿水平底部结构4#、12#应力显
现与拉底推进线统计规律(见表2)，进一步验证了上述结论的准确性。
图4 底部结构断层附近微震事件聚集规律Fig.4 The regularity of micro-seismic
event aggregation near the bottom structural fault表1 3736拉底推进线与
3720底部结构破坏动力显现统计表Table 1 Statistical table about bottom
propulsion line at 3736 and destruction power of the bottom structure at
3720
序号穿脉最外端开裂矿柱位置沿拉低推进方向拉底线距3 720矿柱开裂水平距离
/m拉底爆破时间拉底爆破位置1N2-E14～E16-20.32017.05.03N1N/N2S西
W10-W12排2N2-E18～E206.82017.04.05N2S-N1N东E10-E12排3N1-
E10～E12-8.42017.05.30N1S/S1N西W16-W18排4N1-E18～E20-
2.72017.04.24N1S/S1N东E16-E18排5S1-E8～E1017.62017.04.03S1S/S2N
西W16-W18排6S1-E17～E19-6.22017.04.24N1S/S1N东E16-E18排7S2-
E8～E102.12017.04.21S2S/S3N西W20-W23排8S2-E18～E20-
16.62017.04.22S2S/S3N东E22-E24排9S3-E8～E1019.32017.04.21S3S/S4N
西W16-W18排10S3-E18～E20-18.62017.04.22S3S/S4N东E19-E21排
11S4-E6～E838.22017.05.06S4S/S5N西W13-W15排12S4-E16～
E1815.52017.05.13S4S/S5N东E7-E9排
表2 3720 m底部结构4#、12#应力计应力显现与拉低推进线统计表Table 2
The statistical relationship between the stress manifestation and the
bottom propulsion line of the 4# and 12# stress meter in the 3720 m
bottom structure序号传感器编号沿拉底推进线方向传感器距推进线水平距离/m
监测时间备注14#15.37.1-7.31应力增加到2.0 MPa212#7.37.1-7.31应力增加
到3.7 MPa34#9.28.1-8.30应力增加到3.2 MPa412#1.78.1-8.30应力增加到
3.9 MPa左右并在8月29日降至2.6 MPa54#8.79.1-9.10应力反复波动,由3.7
MPa下降到0 MPa612#-4.79.1-9.10应力下降到0.6 MPa
2)根据2#溜井钻孔电视，精确测量出顶板冒落高度与存窿面最低高程变化规律(见
图5)，得出2#溜井局部范围内矿岩崩落速度为0.62 m/d，虽然该计算崩落矿体
崩落速度与设计值0.36 m/d有一定的差距，但也为后续放矿计划精准安排提供坚
实基础。同时从图5中发现，2017年9月8日至2017年10月12号期间，每
隔两次顶板冒落监测过程汇总顶板冒落幅度变化较大，现场根据顶板冒落情况及时
动态调整底部结构的放矿进度计划，该矿于2017年10月18日发生较大范围顶
板冒落情况，但由于提前采取相关的措施，顶板大范围冒落并没有给现场安全生产
带来影响。
图5 钻孔电视测量顶板最高位置与存窿面最低高程统计Fig.5 The highest
position of roof and the lowest elevation of hole surface deposit measured
by drilling TV
3)开采过程中复杂地质构造下尤其是断层活化，对上覆岩层冒落的影响很大，通过
综合在线监测技术，探索出一条适合普朗铜矿自然崩落法顶板冒落监测及管控新模
式，新模式运行模式如图6所示。新模式中监测模型内顶板冒落风险评估方式为
多参数联动展示与综合评估，具体评估方式为：首先通过微震监测技术整体评估顶
板冒落风险，如未来可能发生风险的时间、范围、特征规律识别等，其次基于钻孔
电视、TDR、地表三维激光扫描等监测技术，对已评估的整体顶板冒落风险区的顶
板冒落高度与速度，进行精确监测，精确评估发生顶板冒落可能性。该风险评估方
式在普朗铜矿成功应用案例：通过统计分析2#溜井块体模型(以2#溜井为中心，
长宽高分别为100 m×100 m×300 m)内微震事件数量聚类异常区(见图7)，预计
未来2017年10月份易发生大范围顶板冒落，并充分结合TDR监测、钻孔电视
监测的结果(见图8、图9)，即3#TDR在2017年10月9日变化值超过20 m，
钻孔电视在2017年10月17日前后两次顶板冒落高度数值变化明显，根据上述
分析结果，预计2017年10月20号左右将发生一次较大规模的顶板冒落，该矿
于2017年10月18日发生较大范围顶板冒落情况，但由于提前采取相关的措施，
顶板大范围冒落并没有给现场安全生产带来影响。
图6 顶板冒落监测及管控新模式Fig.6 New model of roof falling monitoring
and control
图7 基于2#溜井块体模型内微震事件聚类异常区的顶板冒落预测Fig.7 Roof
falling prediction based on the cluster anomaly area of microseismic event
in 2# chute block model
图8 3#TDR监测趋势变化Fig.8 Trend of change about 3#TDR
图9 基于钻孔电视测量的前后两次顶板崩路高度差变化Fig.9 Variation of height
difference of two disintegration of front and rear roof based on drilling TV
measurement
3 结论
通过综合在线技术，对自然崩落法开采过程中底部结构稳定性、上覆顶板冒落规律、
地表沉降变化进行在线监测，并通过各分项系统数据进行统一联动展示和分析，得
到主要研究结果如下：
1)3 720 m底部结构稳定性受拉底推进线位置空间关系的影响较大，普朗铜矿地
质条件下推进线超前应力影响范围为推进线前后20 m左右。
2)为研究复杂地质构造下(尤其是断层影响)上覆岩层冒落规律，探索出一条适合普
朗铜矿自然崩落法顶板冒落监测及管控新模式，新模式运行方式为：断层影响顶板
监测范围建模-监测模型内顶板冒落风险评估—放矿管控避免顶板大范围冒落-监测
范围模型更新及完善。
3)基于综合在线监测技术的自然崩法顶板冒落风险评估为多参数联动展示与综合评
估，首先通过微震监测技术整体评估顶板冒落风险，如预估未来可能发生大范围顶
板冒落风险的时间、范围、特征规律识别等，其次基于钻孔电视、TDR、地表三维
激光扫描等监测技术，对已评估的整体顶板冒落风险区的顶板冒落高度与速度进行
精确监测，精确评估发生顶板冒落区域、冒落时间等，该顶板冒落风险评估方式在
普朗铜矿得到成功应用。
4)根据钻孔电视测量结果(2017年6月27日至2017年12月25日的顶板崩落高
度测量数据)，得出2#溜井附近局部范围内矿体崩落速度为0.62 m/d(设计值为
0.36 m/d)，该研究结果也为后续放矿管理优化打下坚实基础。
5)根据综合在线监测技术数据，通过实时优化调整底部结构放矿计划，很好控制了
崩落面和松散矿堆之间高度，避免上覆矿岩大范围崩落产生空气冲击气浪，同时，
也基本实现了地表均匀沉降。
参考文献
【相关文献】
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2024年5月16日发(作者：龙友琴)
普朗铜矿自然崩落法开采过程综合在线监测技术研究
王平;冯兴隆;蔡永顺;刘华武;袁本胜;赵冰峰;彭张
【摘 要】自然崩落法采矿过程中,顶板冒落规律掌握、底部结构稳定性情况、地表
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力位移等技术,综合对普朗铜矿顶板冒落规律、底部结构变化情况、地表沉降实时
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674400;北京矿冶科技集团有限公司,北京100160;金属矿山智能开采技术北京市
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【中图分类】TD853.36
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落高度200 m。一期回采主要有4个水平，从下至上分别为3 660 m有轨运输水
平、3 700 m回风水平、3 720 m出矿水平、3 736 m拉底水平。出矿水平和有
轨运输水平之间高差50 m，拉底水平和出矿水平之间高差16 m。
为了保障自然崩落法在普朗铜矿的成功应用，在充分掌握国内外关于自然崩落法开
采过程中监测技术的发展现状下[1-7]，需寻求适合普朗铜矿地质条件下的综合在
线监测技术，实现对自然崩落法开采过程中的底部结构稳定性、顶板崩落规律、地
表沉降变化进行有效监测，并及时进行预测预警。该综合在线监测技术建立，需达
到以下目的：
1)实时动态揭示岩体裂隙发展情况，掌握顶板冒落发展的时空演化过程，预测和控
制崩落顶板和松散矿岩面之间的安全距离，尽量控制崩落面和松散矿堆之间高度不
超过安全设计值，避免上覆矿岩大范围崩落产生空气冲击气浪，而造成作业面人员
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2)3 720 m出矿水平底部结构应力集中前兆信息的实时监测反馈，为二次支护设
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3)掌握地表坍陷变形范围及覆岩初次崩透地表的时间，提前做好相关安全措施。
4)保障各分项监测系统联动展示与分析，并兼容其它系统的数据采集、传输、供电、
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1.1 自然崩落法开采过程综合在线监测系统整体架构
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的整体架构可分为以下三层：
1)信息采集层
信息采集层设备为各分系统现场设置监测分站和传感器，负责数据监测、采集、转
换和传输。通过信息采集层，将各种类型的传感器信息进行可靠采集，并按照统一
的数据协议格式传至地表数据管理系统。
2)数据管理层
数据管理层设置一体化监控管理平台，接收数据采集层的汇总数据，并对数据进行
统一监控管理。该层设置在矿部生产调度中心。一体化监控管理平台功能主要为：
数据监控、显示、存储、网络服务发布、系统层面的管理、打印、报表、日志服务、
智能分析应用等功能。为保证系统的可靠运行，中控室提供双机备份功能。
监控管理平台布置4台监控管理服务器，分别为底部结构稳定性监测和地表塌陷
综合监测管理服务器(主备用)、微震监测服务器和视频监控服务器。各服务器配置
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3)网络服务层
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记本电脑、手机、移动终端等方式灵活地登录网络发布系统，从而实现远程查看和
管理。综合在线监测系统整体结构如图1所示。
图1 综合在线监测系统结构图Fig.1 Structure diagram of integrated online
monitoring system
1.2 综合在线监测系统方案设计
充分考虑普朗铜矿现场地质及开采情况，综合在线监测技术各分项系统设计如下：
微震监测系统主要监测崩落顶板崩落覆岩空间演化规律及3 720 m出矿水平底部
结构稳定性，监测点主要布设在3 720 m出矿水平的N4、N1、S3、S6穿脉内
(布设20个微震传感器，18个单分量传感器，2个三分量传感器)，同时在首采区
周边通过地表向下打4个钻孔，每个钻孔内分别布置2个单分量微震传感器；
TDR及钻孔电视监测系统，主要定量标定自然崩落法开采工程中崩落顶板高度，
钻孔电视监测点布设在地表首采区中心(2#溜井位置)及其附近，共设置2个钻孔电
视测量孔，TDR监测点布设在首采区中心周边，通过地表钻孔布置3个TDR监测
点，每个TDR监测孔内布设1根监测电缆；应力位移监测系统主要监测3 720 m
出矿水平底部结构的矿柱应力及巷道变形情况，监测点主要布设在3 720 m出矿
水平S2穿脉，穿脉内布设12套应力位移传感器；三维激光扫描系统主要监测地
表沉降情况，三维激光扫描仪安装在地表3号大沟东侧4 180 m半山坡处。综合
在线监测技术监测点布置图见图2所示。
图2 监测点布置图Fig.2 Layout of monitoring point○—单分量微震传感器 —三
分量微震传感器 △—应力位移传感器 ◎—地表钻孔内安装2个单分量微震传感器
▯—TDR监测点 □—空孔监测点
1.3 综合在线监测系统实施
该综合在线监测系统在建设施工过程中，为保障整体系统的健壮性，需要针对性地
解决以下工程问题：1)地表山底采集中心、三维激光扫描基站需要进行防潮、防尘
及防盗措施，现场在该两处加盖房子，并在房子外架设摄像头，综合采集中心加装
温控补偿措施进行解决；2)地表各分项系统信号传输采用架设线杆及地埋结合方式
进行施工，其中为了尽量保障地表各分项系统运行周期长，线缆敷设路径布设在首
采区5年塌陷边界以外；3)受井下3 720 m出矿水平底部结构聚矿槽开口、大块
二次破碎的爆破震动及飞石影响，穿脉内供电线、信号线需要沿路架设钢管保护，
且每个穿脉的分站需满足防爆、防冲击要求；4)各分项系统设备需具备可重复利用
性，即各分项系统分站及部分位置传感器采用可拆卸装置，大大提高系统的拓展性
及经济性，同时为了保证分站拆卸便捷，在分站与传感器接线处采用航空插头进行
快速插拔处理；5)为了防止季节性大雨造成积水给系统带来的问题，钻孔电视放线
绞车、微震数采都需现场进行加固及安装；6)由于涉及复杂地质条件下的深孔注浆，
需解决断层条件下钻孔注浆、钻孔注浆过程易出现“架桥”注不实等情况，现场采
用PVR注浆管从孔低往孔口一次性连续注浆，若遇断层漏浆导致无法一次连续注
满钻孔时，采用首次注浆充填裂隙，水泥初凝后二次注满钻孔的方式，充分保证钻
孔注浆的密实性，进而最大限度保障监测系统的实用性、有效性。图3为 综合在
线监测系统施工安装图。
2 基于综合在线监测技术的开采过程规律研究分析
通过统计综合在线监测系统(该系统于2017年年初调试完成)采集的将近一年的数
据，并充分考虑地质构造(尤其是断层)的影响因素，针对3 720 m出矿水平底部
结构稳定性、3 736 m拉底水平拉底推进计划优化、出矿过程上覆岩层顶板冒落
发展、地表沉降变形等监测结果反馈的规律进行研究分析，得到以下主要规律：
图3 综合在线监测系统施工安装图Fig.3 Construction and installation
diagram of integrated online monitoring system
1)3 720 m出矿水平底部结构聚矿槽稳定性受断层和3 736 m拉底水平拉底推进
线位置的影响较大，基于底部结构断层附近微震事件聚类规律，得出断层揭露线附
近30 m附近易诱发较大的应力集中，见图4所示，并根据断层附近事件聚类情况，
及时对影响范围内的底部结构矿柱进行二次支护；通过统计2017年4月3日至
2017年5月30日3 736 m拉底水平拉底推进线与3 720 m出矿水平底部结构
破坏动力显现关联性(见表1)，得出拉底推进线前后动力显示的范围为距离拉底推
进线方向最远19.3 m，距离拉底推进线反方向最远为20.3 m，即普朗铜矿地质条
件下的拉底推进过程应力影响范围集为推进线先前后20 m左右，优化了设计中要
求3 736 m拉底水平拉底推进线位置超前3 720 m出矿水平底部结构聚矿槽开口
距离不小于30 m参数值，同时通过3 720 m出矿水平底部结构4#、12#应力显
现与拉底推进线统计规律(见表2)，进一步验证了上述结论的准确性。
图4 底部结构断层附近微震事件聚集规律Fig.4 The regularity of micro-seismic
event aggregation near the bottom structural fault表1 3736拉底推进线与
3720底部结构破坏动力显现统计表Table 1 Statistical table about bottom
propulsion line at 3736 and destruction power of the bottom structure at
3720
序号穿脉最外端开裂矿柱位置沿拉低推进方向拉底线距3 720矿柱开裂水平距离
/m拉底爆破时间拉底爆破位置1N2-E14～E16-20.32017.05.03N1N/N2S西
W10-W12排2N2-E18～E206.82017.04.05N2S-N1N东E10-E12排3N1-
E10～E12-8.42017.05.30N1S/S1N西W16-W18排4N1-E18～E20-
2.72017.04.24N1S/S1N东E16-E18排5S1-E8～E1017.62017.04.03S1S/S2N
西W16-W18排6S1-E17～E19-6.22017.04.24N1S/S1N东E16-E18排7S2-
E8～E102.12017.04.21S2S/S3N西W20-W23排8S2-E18～E20-
16.62017.04.22S2S/S3N东E22-E24排9S3-E8～E1019.32017.04.21S3S/S4N
西W16-W18排10S3-E18～E20-18.62017.04.22S3S/S4N东E19-E21排
11S4-E6～E838.22017.05.06S4S/S5N西W13-W15排12S4-E16～
E1815.52017.05.13S4S/S5N东E7-E9排
表2 3720 m底部结构4#、12#应力计应力显现与拉低推进线统计表Table 2
The statistical relationship between the stress manifestation and the
bottom propulsion line of the 4# and 12# stress meter in the 3720 m
bottom structure序号传感器编号沿拉底推进线方向传感器距推进线水平距离/m
监测时间备注14#15.37.1-7.31应力增加到2.0 MPa212#7.37.1-7.31应力增加
到3.7 MPa34#9.28.1-8.30应力增加到3.2 MPa412#1.78.1-8.30应力增加到
3.9 MPa左右并在8月29日降至2.6 MPa54#8.79.1-9.10应力反复波动,由3.7
MPa下降到0 MPa612#-4.79.1-9.10应力下降到0.6 MPa
2)根据2#溜井钻孔电视，精确测量出顶板冒落高度与存窿面最低高程变化规律(见
图5)，得出2#溜井局部范围内矿岩崩落速度为0.62 m/d，虽然该计算崩落矿体
崩落速度与设计值0.36 m/d有一定的差距，但也为后续放矿计划精准安排提供坚
实基础。同时从图5中发现，2017年9月8日至2017年10月12号期间，每
隔两次顶板冒落监测过程汇总顶板冒落幅度变化较大，现场根据顶板冒落情况及时
动态调整底部结构的放矿进度计划，该矿于2017年10月18日发生较大范围顶
板冒落情况，但由于提前采取相关的措施，顶板大范围冒落并没有给现场安全生产
带来影响。
图5 钻孔电视测量顶板最高位置与存窿面最低高程统计Fig.5 The highest
position of roof and the lowest elevation of hole surface deposit measured
by drilling TV
3)开采过程中复杂地质构造下尤其是断层活化，对上覆岩层冒落的影响很大，通过
综合在线监测技术，探索出一条适合普朗铜矿自然崩落法顶板冒落监测及管控新模
式，新模式运行模式如图6所示。新模式中监测模型内顶板冒落风险评估方式为
多参数联动展示与综合评估，具体评估方式为：首先通过微震监测技术整体评估顶
板冒落风险，如未来可能发生风险的时间、范围、特征规律识别等，其次基于钻孔
电视、TDR、地表三维激光扫描等监测技术，对已评估的整体顶板冒落风险区的顶
板冒落高度与速度，进行精确监测，精确评估发生顶板冒落可能性。该风险评估方
式在普朗铜矿成功应用案例：通过统计分析2#溜井块体模型(以2#溜井为中心，
长宽高分别为100 m×100 m×300 m)内微震事件数量聚类异常区(见图7)，预计
未来2017年10月份易发生大范围顶板冒落，并充分结合TDR监测、钻孔电视
监测的结果(见图8、图9)，即3#TDR在2017年10月9日变化值超过20 m，
钻孔电视在2017年10月17日前后两次顶板冒落高度数值变化明显，根据上述
分析结果，预计2017年10月20号左右将发生一次较大规模的顶板冒落，该矿
于2017年10月18日发生较大范围顶板冒落情况，但由于提前采取相关的措施，
顶板大范围冒落并没有给现场安全生产带来影响。
图6 顶板冒落监测及管控新模式Fig.6 New model of roof falling monitoring
and control
图7 基于2#溜井块体模型内微震事件聚类异常区的顶板冒落预测Fig.7 Roof
falling prediction based on the cluster anomaly area of microseismic event
in 2# chute block model
图8 3#TDR监测趋势变化Fig.8 Trend of change about 3#TDR
图9 基于钻孔电视测量的前后两次顶板崩路高度差变化Fig.9 Variation of height
difference of two disintegration of front and rear roof based on drilling TV
measurement
3 结论
通过综合在线技术，对自然崩落法开采过程中底部结构稳定性、上覆顶板冒落规律、
地表沉降变化进行在线监测，并通过各分项系统数据进行统一联动展示和分析，得
到主要研究结果如下：
1)3 720 m底部结构稳定性受拉底推进线位置空间关系的影响较大，普朗铜矿地
质条件下推进线超前应力影响范围为推进线前后20 m左右。
2)为研究复杂地质构造下(尤其是断层影响)上覆岩层冒落规律，探索出一条适合普
朗铜矿自然崩落法顶板冒落监测及管控新模式，新模式运行方式为：断层影响顶板
监测范围建模-监测模型内顶板冒落风险评估—放矿管控避免顶板大范围冒落-监测
范围模型更新及完善。
3)基于综合在线监测技术的自然崩法顶板冒落风险评估为多参数联动展示与综合评
估，首先通过微震监测技术整体评估顶板冒落风险，如预估未来可能发生大范围顶
板冒落风险的时间、范围、特征规律识别等，其次基于钻孔电视、TDR、地表三维
激光扫描等监测技术，对已评估的整体顶板冒落风险区的顶板冒落高度与速度进行
精确监测，精确评估发生顶板冒落区域、冒落时间等，该顶板冒落风险评估方式在
普朗铜矿得到成功应用。
4)根据钻孔电视测量结果(2017年6月27日至2017年12月25日的顶板崩落高
度测量数据)，得出2#溜井附近局部范围内矿体崩落速度为0.62 m/d(设计值为
0.36 m/d)，该研究结果也为后续放矿管理优化打下坚实基础。
5)根据综合在线监测技术数据，通过实时优化调整底部结构放矿计划，很好控制了
崩落面和松散矿堆之间高度，避免上覆矿岩大范围崩落产生空气冲击气浪，同时，
也基本实现了地表均匀沉降。
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