焦家金礦寺莊分礦深部巖體巖爆傾向性分析

趙春剛

(山東黃金礦業(yè)有限公司焦家金礦，山東 萊州 261441)

1 工程概況

寺莊分礦是山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司焦家金礦的3個(gè)主要生產(chǎn)分礦之一，位于焦家主礦區(qū)南3km處。寺莊分礦礦體產(chǎn)狀為多條平行脈，走向斷斷續(xù)續(xù)延伸近500m。目前礦山已經(jīng)進(jìn)入深部開采階段，巷道圍巖處于高應(yīng)力狀態(tài)，圍巖穩(wěn)定性受到極大考驗(yàn)，針對(duì)目前寺莊分礦深部巷道圍巖巖爆傾向性特點(diǎn)，利用不同評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同巖性的巖爆傾向性進(jìn)行劃分，確定深部圍巖巖爆危險(xiǎn)性，為巷道穩(wěn)定性分析及相應(yīng)支護(hù)方式提供科學(xué)的依據(jù)。

2 巖石受力分析

巖爆的預(yù)測(cè)研究基于現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)以及室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)最大水平主應(yīng)力σh,max、最小水平主應(yīng)力σh,min和垂直主應(yīng)力σv隨深度變化的回歸曲線方程式(1)～式(3)：

σh,max=0.947+0.044H

(1)

σh,min=1.066+0.024H

(2)

σv=0.136+0.028H

(3)

計(jì)算各組巖石的地應(yīng)力情況如下。角閃英云閃長巖：σh,max=14.15MPa，σh,min=8.27MPa，σv=8.54MPa；二長花崗巖：σh,max=33.51MPa，σh,min=18.83MPa，σv=20.86MPa。

巖體單元所受的各向應(yīng)力可以由下式計(jì)算：

σθ=3σh,max-σv

(4)

σt=μ(3σh,max-σv)

(5)

式中：σθ——巖體單元所受環(huán)向應(yīng)力；

σt——巖體單元所受的軸向應(yīng)力。

不同巖性巖石應(yīng)力狀態(tài)如表1。

表1 不同巖性巖石在相應(yīng)埋深下應(yīng)力狀態(tài)MPa

3 巖爆判據(jù)

(1)深度(hcr)判據(jù)：

hcr=0.318σc(1-μ)/(3-4μ)γ

(6)

式中:hcr——巖爆發(fā)生巖體最小埋深，m；

σc——巖體單軸抗壓強(qiáng)度，Pa；

μ——巖石的泊松比；

γ——巖石重度，N/m3。

計(jì)算結(jié)果為：角閃英云閃長巖hcr=355.5m；二長花崗巖hcr=334.5m。

(2)Turchaninov判據(jù)。Turchaninov提出巖爆活動(dòng)性由硐室切向應(yīng)力σθ和軸向應(yīng)力σt之和與巖石單軸抗壓強(qiáng)度σc之比確定，具體判據(jù)情況如下：

Turchaninov判別指標(biāo)計(jì)算結(jié)果：角閃英云閃長巖(σθ+σt)/σc=0.48；二長花崗巖(σθ+σt)/σc=1.42。

(3)強(qiáng)度脆性系數(shù)(B)。B的計(jì)算公式為：

B=σc/σl

(7)

式中：σl——巖石抗拉強(qiáng)度。

該方法的判別指標(biāo)為：40

(4)陶振宇判據(jù)。巖石的單軸抗壓強(qiáng)度σc與圍巖的最大主應(yīng)力σmax的比值作為巖爆發(fā)生的判據(jù)，其判別指標(biāo)為：14.5≤σc/σmax無巖爆；5.5≤σc/σmax<14.5輕微巖爆；2.5≤σc/σmax<5.5中等巖爆；σc/σmax<2.5強(qiáng)烈?guī)r爆。

依據(jù)巖爆深度判據(jù)、Turchaninov判據(jù)和強(qiáng)度脆性系數(shù)判據(jù)等多個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)巖石的巖爆傾向性。各判據(jù)的巖爆預(yù)測(cè)結(jié)果見表2。

表2 各判據(jù)巖爆預(yù)測(cè)結(jié)果

綜合判據(jù)結(jié)果為角閃英云閃長巖的巖爆傾向性為輕微巖爆，二長花崗巖的巖爆傾向性為強(qiáng)烈?guī)r爆。

4 結(jié)論

通過巖體應(yīng)力監(jiān)測(cè)得到深部圍巖最大、最小主應(yīng)力的分布特征，并分別依據(jù)深度判據(jù)、Turchaninov判據(jù)、陶振宇判據(jù)和強(qiáng)度脆性系數(shù)判據(jù)計(jì)算得到相應(yīng)的巖爆傾向性判定結(jié)果，綜合評(píng)判結(jié)果為角閃英云閃長巖處于輕微巖爆的危險(xiǎn)等級(jí)，二長花崗巖巖爆傾向性判定為強(qiáng)烈?guī)r爆等級(jí)，需加強(qiáng)監(jiān)控及防護(hù)。