上世纪70年代，中国地质科学院地质力学研究所在金川铜镍矿开展了系统的解除法地应力测量，有力支撑解决了金川巷道的安全支护、巷道形状和走向设计，被认为是地应力在岩体工程领域最成功的经典案例之一。金川二矿区进入深部开采后，深部岩体在“三高一扰动(高地应力、高地温、高水压、开采/开挖强扰动)”复杂地质环境下，常表现出脆性、脆塑性、延脆塑性等复杂地质力学行为，其非线性大变形特征更为显著。尤其是，深部巷道的大变形破坏非常严重，巷道支护返修成本长期居高不下。鉴于此，可靠的地应力信息对于深部软岩巷道的稳定性评价和大变形机理研究具有重要意义。
中国地质科学院地质力学研究所研究团队近期在金川二矿开展了金川二矿1000 m深巷道水力压裂地应力测量及软岩大变形评价。研究团队采用耐高压小型水力压裂应力测量系统对金川二矿的应力场进行了钻孔原位探测（图1）。在三个钻孔中共进行了17次水力压裂测量和7次印模试验，以估算地表以下1000米不同位置的应力状态和变化特征（图2）。结果表明，应力场主要为走滑型应力，表明水平压缩力主导了区域应力场。金川矿区应力场的形成机制受控于青藏高原东北缘的前缘推挤效应（图3）。根据收集汇编的水力压裂测量数据（共9个钻孔），表明最大和最小水平主应力大小分别为7.10-56.73 MPa和6.44-24.91 MPa。最大水平主应力方向为NE-NNE方向，与区域构造应力场一致。
最后，对金川二矿深部软岩巷道挤压大变形分析和风险评估进行了探讨，表明850m分段可能发生显著的挤压变形，这与巷道实际情况非常吻合（图4）。
(1) 金川二矿区围岩为岩块强度高，但岩体整体强度低的工程软岩，所以采用岩体抗压强度指标作为围岩强度更符合实际。基于考虑地应力侧压系数的挤压大变形应力判别条件，通过计算，研究区850m水平围岩强度应力比（SSR）均小于1（λ<1即自重应力场条件下，SSR=0.10～0.13<1；λ>1即构造应力场条件下，SSR=0.04～0.10<1），即均会发生围岩大变形。
(2) 采用Hoek隧洞围岩变形预测公式计算研究区850m水平巷道围岩相对变形量（图5）。自重应力场条件下，即λ<1时，径向变形介于3.08%～3.48%之间，即中等挤压大变形；构造应力场条件下，即λ>1时，大部分情况下径向变形介于2.5%～10%之间，个别径向变形大于10%，即整体为中等挤压大变形～严重挤压大变形，局部为非常严重挤压大变形。
本研究将地应力测试结果应用到深埋矿山巷道软岩大变形评价，取得了较好的效果。与此同时，本研究结果对今后金川二矿深部软岩巷道大变形机理的研究和配套支护技术的选择具有重要意义，并有力支撑了金川矿区巷道支护新材料新技术研究与应用，一定程度上服务深部找矿挖潜重大突破。
研究成果近期发表在岩石力学与工程Top期刊《Rock Mechanics and Rock Engineering》上（Sun, D., Zhang, C., Zhang, S. et al. Hydraulic Fracturing In-Situ Stress Measurements and Large Deformation Evaluation of 1000 m-Deep Soft Rock Roadway in Jinchuan No. 2 Mine, Northwestern China. Rock Mech Rock Eng (2024). https://doi.org/10.1007/s00603-024-04273-y）。张重远研究员为本文通讯作者，联合培养博士生孙迪为第一作者。本研究工作由院所长基金（DZLXJK202408）和金川集团重大科研项目（SK-JS-JSKF-202205）联合资助。
图1 金川二矿水压致裂地应力测试曲线（红框为高强度孔壁未破裂的曲线）
图2 金川矿区主应力随深度变化剖面
图3金川铜镍矿构造应力场环境及矿山尺度应力场形成机制
图4金川二矿区大变形破坏模式：(a)非对称变形-850m水平；(b)片帮-610m水平；(c)边墙开裂-630m水平；(d)底鼓-627m水平；(e)顶板开裂-1158m水平；(f)顶板下沉-850m水平
图5基于Hoek预测的金川二矿850m巷道挤压大变形预测
