李偉明，姜凡均，何遠(yuǎn)富

(長沙礦山研究院國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長沙 410012)

黃崗礦業(yè)公司Ⅲ礦區(qū)巖體工程地質(zhì)條件及質(zhì)量評價研究

李偉明，姜凡均，何遠(yuǎn)富

(長沙礦山研究院國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長沙 410012)

為了解黃崗礦業(yè)公司Ⅲ礦區(qū)開采區(qū)域內(nèi)的各巖體的穩(wěn)定性情況，在現(xiàn)場對礦區(qū)內(nèi)的上盤大理巖、磁鐵礦、下盤矽卡巖開展了全面的工程地質(zhì)調(diào)查和巖體質(zhì)量評價。運用了DIPS軟件統(tǒng)計和分析了各巖體的節(jié)理裂隙發(fā)育情況，采用RQD指標(biāo)法、RMR分級法、Q系統(tǒng)分級法以及BQ分級法對井下3組巖體質(zhì)量進(jìn)行了評價。從而分析了井下各巖體的工程穩(wěn)定性狀況，得出了各巖體在無支護(hù)時的最大跨度。

工程地質(zhì)條件;RMR分級法;巖體質(zhì)量;工程穩(wěn)定性;最大跨度

1 概述

內(nèi)蒙古黃崗礦區(qū)是一個大型層控矽卡巖型鐵、錫、鎢礦床。除主要元素外，尚含多種有色及稀散元素可供綜合利用。礦區(qū)呈北東向展布，含礦帶長19 km，寬0.2～2.5 km，根據(jù)磁異常形態(tài)特征、礦體集中情況劃分成7個區(qū)(Ⅰ～Ⅶ)。目前正在開采或基建的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個礦區(qū)，其中Ⅰ礦區(qū)和Ⅲ礦區(qū)正在進(jìn)行較大規(guī)模地下開采，Ⅱ礦區(qū)露天開采已結(jié)束，和Ⅳ礦區(qū)一樣同時在進(jìn)行小規(guī)模的地下開采。

Ⅲ區(qū)礦體分布在鉀長花崗巖與黃崗梁組大理巖的接觸帶中。上部小礦體埋藏淺、陡立斜列成組出現(xiàn)，分枝復(fù)合現(xiàn)象明顯。深部主礦體嚴(yán)格受鉀長花崗巖、安山巖與大理巖接觸斷裂面控制。礦體呈不對稱槽形、似層狀或不規(guī)則狀。礦體形態(tài)不規(guī)則，但連續(xù)性較好。根據(jù)詳查地質(zhì)報告，Ⅲ礦區(qū)主要鐵、錫共生礦體共4個。Ⅲ礦區(qū)東部地質(zhì)構(gòu)造中等復(fù)雜，破碎帶和大理巖巖溶影響深度多在1550 m標(biāo)高以上，大理巖抗壓強(qiáng)度 62.4～76.7 MPa，開采技術(shù)條件相對簡單。Ⅲ礦區(qū)西部大理巖巖溶發(fā)育，風(fēng)化帶影響深度大，大理巖與第四系含水層直接接觸，坑內(nèi)疏干可能引起流砂，該段大理巖強(qiáng)度相對較低，為51.3 MPa，為半堅硬巖石;大理巖分布范圍及其接觸帶附近開采技術(shù)條件相對復(fù)雜，除大理巖外，礦體及其它圍巖的穩(wěn)固性良好，水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜。

2 現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查

2.1 調(diào)查方法、對象及內(nèi)容

采用了體積密度法，對黃崗礦業(yè)公司Ⅲ礦區(qū)內(nèi)的上盤大理巖巖組、磁鐵礦礦巖巖組、下盤矽卡巖巖組發(fā)育的節(jié)理、裂隙的產(chǎn)狀、規(guī)模、密度、形態(tài)進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括:

(1)節(jié)理產(chǎn)狀，即節(jié)理面在空間上的分布狀態(tài)(傾向和傾角)，其統(tǒng)計結(jié)果用極點等密度圖表示;

(2)節(jié)理間距，用節(jié)理裂隙體積密度表示;

(3)節(jié)理長度，即節(jié)理沿其走向的延伸長度;

(4)節(jié)理張開度與充填情況;

(5)節(jié)理面兩壁的形狀(改為光滑度);

(6)地下水狀況。

2.2 調(diào)查結(jié)果

(1)上盤大理巖巖組。該巖組內(nèi)節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，平均節(jié)理間距、平均體積節(jié)理密度Jv分別為40.3 cm、9.27 條/m3，換算為 RQD 值并求得其平均值為77.57%。地下水狀況為潮濕。該巖組節(jié)理、裂隙調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見圖1。該巖組的巖體結(jié)構(gòu)類型為整體塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)面平直、閉合，整體強(qiáng)度不高，穩(wěn)定性一般。巖體變形和破壞主要受Ⅳ級結(jié)構(gòu)面(節(jié)理)控制。

圖1 上盤大理巖巖組節(jié)理裂隙調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計

(2)礦體磁鐵礦巖組。該巖組內(nèi)節(jié)理、裂隙不發(fā)育，平均節(jié)理間距、平均體積節(jié)理密度Jv分別為35 cm、10.73條/m3，換算為 RQD值并求得其平均值為76.24%。地下水狀況為潮濕。該巖組節(jié)理、裂隙調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見圖2。該巖體結(jié)構(gòu)類型為整體塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面平直、閉合，節(jié)理發(fā)育，整體強(qiáng)度不高，穩(wěn)定性一般。

圖2 礦體磁鐵礦巖組節(jié)理裂隙調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計

(3)下盤矽卡巖巖組。該巖組內(nèi)節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，平均節(jié)理間距、平均體積節(jié)理密度Jv分別為34.4cm、8.46 條/m3，換算為 RQD 值并求得其平均值為77.02%。地下水狀況為潮濕或滴水。該巖組節(jié)理、裂隙調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見圖3。該組巖體節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)面平直、閉合，整體強(qiáng)度不高，穩(wěn)定性一般。

圖3 下盤矽卡巖巖組節(jié)理裂隙調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3 巖體質(zhì)量評價

綜合以上工程地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果，分別對3種巖組采用RQD值分級、RMR分級、Q系統(tǒng)分級和BQ分級4種常見分級方法進(jìn)行了分級，分級結(jié)果如表1～表4。

表1 RQD指標(biāo)的分級結(jié)果

表2 RMR分級結(jié)果

表3 Q系統(tǒng)分級結(jié)果

表4 巖體基本質(zhì)量分級(BQ分級)結(jié)果

根據(jù)RQD值分類結(jié)果表明:上盤大理巖、磁鐵礦和下盤矽卡巖均為好巖體。RMR分類結(jié)果表明:黃崗礦業(yè)公司Ⅲ礦區(qū)上盤大理巖、磁鐵礦和下盤矽卡巖均為中等巖體，平均的自立時間:5 m跨度可達(dá)1周。Q系統(tǒng)分類結(jié)果表明:Ⅲ礦區(qū)的上盤大理巖、磁鐵礦和下盤矽卡巖巖體質(zhì)量均為Ⅲ級，屬于中等巖體。

按照巴頓推導(dǎo)公式De=(開挖體的跨度、直徑或高度(m))/開挖體的支護(hù)比(ESR)計算得出在黃崗礦業(yè)公司Ⅲ礦區(qū)開采中3種不同巖體大支護(hù)最大跨度:上盤大理巖內(nèi)無支護(hù)巷道最大安全跨度為7.2～9 m，其中 ESR=1.6～2.0，De=4.5;礦體內(nèi)無支護(hù)巷道最大安全跨度為12～15 m，其中ESR=3～3.75，De=4;下盤矽卡巖內(nèi)無支護(hù)巷道最大安全跨度為為 7.2～9 m，其中 ESR=1.6～2.0，De=4.5。

按照巴頓公式W=2·ESR·Q0.4計算得出在黃崗礦業(yè)公司Ⅲ礦區(qū)開采中3種不同巖體大支護(hù)最大跨度:上盤大理巖內(nèi)無支護(hù)巷道最大安全跨度為2×1.6×8.530.4=7.55 m ，其中 ESR=1.6;礦體內(nèi)無支護(hù)巷道最大安全跨度為 2×3×5.590.4=11.9 m，其中ESR=3;下盤矽卡巖內(nèi)無支護(hù)巷道最大安全跨度為2×1.6×8.470.4=7.5 m，其中 ESR=1.6。

巖體基本質(zhì)量分級(BQ分級)結(jié)果表明3種巖體均為堅硬巖，巖體較破碎。

4 巖體工程地質(zhì)調(diào)查與評價結(jié)論

(1)通過工程地質(zhì)調(diào)查和研究，對黃崗礦業(yè)Ⅲ礦區(qū)開采區(qū)域內(nèi)巖體進(jìn)行了工程地質(zhì)巖組劃分，共分為3組，分別為上盤大理巖巖組、磁鐵礦巖組、下盤矽卡巖巖組。通過節(jié)理裂隙數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出礦巖巖組發(fā)育有3組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，其它各巖組一般發(fā)育2組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，另外偶爾發(fā)育有零星節(jié)理。

(2)對巖體結(jié)構(gòu)分類得出，礦區(qū)存在的主要結(jié)構(gòu)面和巖體結(jié)構(gòu)類型及特征為影響礦區(qū)穩(wěn)定性的主要不利結(jié)構(gòu)面因素。礦區(qū)存在的結(jié)構(gòu)面主要有沉積或成巖作用過程中所形成的原生層理面及斷層和節(jié)理，其中以節(jié)理面最為發(fā)育。結(jié)構(gòu)面共分5級，以Ⅳ級結(jié)構(gòu)面最為發(fā)育。礦區(qū)的巖體結(jié)構(gòu)主要有塊狀結(jié)構(gòu)和鑲嵌結(jié)構(gòu)兩類。

(3)運用RQD值分級、RMR分級和Q分級3種方法對不同工程地質(zhì)巖組的巖石質(zhì)量進(jìn)行分級和評價得出:上盤大理巖巖組、磁鐵礦礦巖巖組、下盤矽卡巖巖組巖體質(zhì)量中等，相對比較完整。BQ分級方法評價得出，上盤大理巖巖組破碎，磁鐵礦和下盤矽卡巖為較破碎。

(4)通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)黃崗礦業(yè)Ⅲ礦區(qū)存在的地壓活動現(xiàn)象主要為巷道片幫、冒落和采場跨冒。分析其原因是巖體的節(jié)理裂隙比較發(fā)育，巖體的穩(wěn)定性主要受層間軟弱夾層和結(jié)構(gòu)面控制，在節(jié)理、裂隙的切割下容易發(fā)生巷道片幫和局部跨冒。

［1］ 徐必根，王春來，唐紹輝.大尺度采空區(qū)巖體工程地質(zhì)調(diào)查與評價研究［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2008，8(2).

［2］ 文 興，閉理楚.北山礦Ⅳ號采空區(qū)圍巖工程地質(zhì)調(diào)查與評價［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2009，29(1).

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［4］ BHG布雷迫，等.地下采礦巖石力學(xué)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1990.

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［6］ 采礦手冊編輯委員會.采礦手冊(第2卷)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1990.

2011－08－02)

李偉明(1982－)，男，湖南長沙人，工程師，主要從事采礦工藝及礦山安全技術(shù)研究工作。