紗嶺金礦副井巖爆預(yù)測與分析

李龍飛 陳石

摘 要：為科學(xué)預(yù)測紗嶺金礦副井豎井巖爆發(fā)生，采用地應(yīng)力測量和室內(nèi)巖石力學(xué)試驗兩種手段對紗嶺金礦副井開展分析。地應(yīng)力測量最大測量深度為1532.5米，室內(nèi)巖石力學(xué)試塊測定8組。陶振宇判據(jù)和巖石脆性準則綜合判斷分析表明：副井900.0-1600.0m深度范圍內(nèi)有發(fā)生強烈?guī)r爆的危險性，后期施工應(yīng)加強支護和防護措施。

1.引言

巖爆是深部開采最突出的巖石動力學(xué)問題。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和深部巖體的工程地質(zhì)條件是巖爆的發(fā)生的重要構(gòu)成因素。高地應(yīng)力的存在造成巖體內(nèi)大量的彈性應(yīng)變能 ，開采過程中 ，圍巖破壞后彈性能的突然釋放，將有可能導(dǎo)致巖爆和礦震等突發(fā)的動力學(xué)現(xiàn)象 ，造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失[1]。

嶺金礦是我國迄今為止發(fā)現(xiàn)主礦體單體礦體最大、平均勘查深度最深的超大型金礦，目前正處于規(guī)劃建設(shè)階段，主礦體單礦體資源量超過300 t，賦礦標高-940～-2030m，為典型的大埋深，高地應(yīng)力場礦山。副井深豎井建設(shè)將面臨巖爆動力學(xué)災(zāi)害問題。結(jié)合礦山建設(shè)設(shè)計要求及現(xiàn)場地質(zhì)資料，采用地應(yīng)力實測和巖石物理力學(xué)試驗對副井進行巖爆綜合預(yù)測與分析。

2.地應(yīng)力測量與巖石力學(xué)試驗

2.1區(qū)域地質(zhì)概況

紗嶺礦區(qū)位于萊州市北東部，距離市區(qū)直線距離約 27km，位于萊州市金城鎮(zhèn)與朱橋鎮(zhèn)境內(nèi)。區(qū)內(nèi)地勢平坦，地面標高在+18.0-+25.0m，地貌單元為丘陵，位于焦家斷裂帶上盤，地表距焦家主裂面約2.8km。紗嶺礦區(qū)Ⅰ-Ⅴ級大地構(gòu)造單元依次是：華北板塊、膠遼隆起區(qū)、膠北隆起、膠北斷隆之膠北凸起，膠東西北成礦小區(qū)也是膠東半島金資源儲量最豐富區(qū)域。區(qū)內(nèi)地層簡單，自上而下依次是已出露第四系、新元古界蓬萊群、中下元古界粉子山群、古元古界荊山群、太古界膠東群。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按展布特征，近南北向和北東向兩組斷裂是區(qū)內(nèi)主要斷裂帶。紗嶺金礦位于焦家金成礦帶，焦家斷裂帶是膠西北主要控礦斷裂，紗嶺礦區(qū)內(nèi)走向約 35o～40o、傾角約30o～45o;高家莊-寺莊段為區(qū)內(nèi)Ⅰ級控礦構(gòu)造，望兒山斷裂與靈山溝—北截斷裂為區(qū)內(nèi)Ⅱ級控礦構(gòu)造，其余次級斷裂為區(qū)內(nèi)Ⅲ級控礦構(gòu)造。焦家成礦帶地質(zhì)簡圖圖1。

2.2 地應(yīng)力測量

此次地應(yīng)力測量選擇副井為測量孔?？卓谧鴺薔37.3902、E120.1004;孔口標高+18.55m;終孔深度1532.5.米;鉆孔開孔直徑146mm，終孔直徑95mm;最大測量深度1532.5m。根據(jù)副井取芯RQD值及鉆孔破碎度，對裸孔以下至孔底展開全孔深地應(yīng)力測量。測量加過見表1。對副井18個測段的測量結(jié)果進行線性回歸分析，得出線性回歸方程為：

（1）

（2）

2.3 巖石物理力學(xué)試驗

依據(jù)威海地質(zhì)工程勘察院提供的《山東省萊州市紗嶺礦區(qū)副井工程地質(zhì)勘察報告》中，900.0m-1600.0m深度內(nèi)有變輝長巖、黃鐵絹英巖化花崗巖、二長花崗巖3類地層巖石的單軸抗壓強度和飽和單軸抗拉強度，選取不同深度內(nèi)巖石的物理力學(xué)參數(shù)（單軸抗壓強度和抗拉強度值）作為相關(guān)巖爆判據(jù)中的計算值。試驗測定結(jié)果見表1。

1-第四系;2-早寒武紀變質(zhì)巖;3-郭家?guī)X 花崗巖;4-玲瓏 花崗巖;5-黃鐵絹英巖化蝕變帶;6-斷裂、裂隙;7-金礦床位置;8-紗嶺金礦位置;F1-三山島-倉上斷裂;F2-焦家斷裂;F3-望兒山斷裂;F5-河西斷裂;F6-靈北斷裂;A-三山島金礦;B-新立金礦;C-倉上金礦;

3.巖爆預(yù)測與分析

金屬礦山巖爆預(yù)測方面，蔡美峰等對巖爆展開了詳細的研究，提出了線彈性能準則、巖石脆性準則、切向應(yīng)力準則、以及巖體 RQD 指標準則 [3-4]。本文通過地應(yīng)力場現(xiàn)場實測、巖石力學(xué)實驗綜合分析了紗嶺金礦巖石及巖體內(nèi)能量積聚與分布規(guī)律。

3.1巖爆烈度判據(jù)準則

以實測原地應(yīng)力和室內(nèi)測量巖石力學(xué)參數(shù)為依據(jù)，選取陶振宇判據(jù)和巖石脆性準則，綜合評價分析沙嶺金礦深豎井不同深度斷面巖爆發(fā)生的可能性。

1） 陶振宇判據(jù)。該判據(jù)用巖石單軸抗壓強度和最大主應(yīng)力的比值判別巖爆級別，判據(jù)式為：

式中： ec為巖石單軸抗壓強度（MPa）;為最大主應(yīng)力（MPa）。

研究結(jié)果表明：

T<2.5， 強烈?guī)r爆;2.5≤T<5.5，中等巖爆;5.5≤T<14.5，輕微巖爆;T≥14.5，無巖爆

2） 巖石脆性準則。巖石的單軸抗壓強度與單軸抗拉強度的比值稱為脆性系數(shù)， 它反映了巖石的脆性程度。脆性系數(shù)為

式中： ec為巖石飽和單軸抗壓強度（MPa）;為巖石單軸抗拉強度（MPa）

國內(nèi)外研究表明：

B > 40，無巖爆;26.7≤B <40，弱巖爆;14.5≤B <26.7，中等巖爆;B <26.7，強巖爆

3.2紗嶺金礦副井巖爆預(yù)測分析

基于紗嶺金礦副井鉆孔實測得到水平最大主應(yīng)力與水平最小主應(yīng)力隨深度線性回歸方程式，計算不同深度σH 和 σh。分別計算兩 種判據(jù)參數(shù)種B和T，進而依據(jù)各自的判據(jù)結(jié)果對紗嶺金礦副井巖爆危險性進行簡要分析。副井鉆孔計算的巖爆預(yù)測結(jié)果見表 3。

據(jù)陶振宇判據(jù)和巖石脆性準則，巖爆預(yù)測結(jié)果表明副井處豎井在礦體開發(fā)深度（940.0m-1600.0m）內(nèi)都具有巖爆發(fā)生的可能，因此豎井進行開挖時，需加大防護和襯砌的強度，進而科學(xué)指導(dǎo)豎井開挖。

4 結(jié)論

據(jù)陶振宇判據(jù)和巖石脆性準則綜合分析與預(yù)測，紗嶺金礦副井豎井在900.0m-1600.0m全深度內(nèi)具有發(fā)生強烈?guī)r爆的危險性，依據(jù)具體工程地質(zhì)條件和施工工藝，在豎井施工和設(shè)計時需采取合理的開挖方案和支護襯砌手段以保證建設(shè)安全。