黃崗礦業公司Ⅲ礦區巖體工程地質條件及質量評價研究

李偉明，姜凡均，何遠富

(長沙礦山研究院國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南長沙 410012)

黃崗礦業公司Ⅲ礦區巖體工程地質條件及質量評價研究

李偉明，姜凡均，何遠富

(長沙礦山研究院國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南長沙 410012)

為了解黃崗礦業公司Ⅲ礦區開采區域內的各巖體的穩定性情況，在現場對礦區內的上盤大理巖、磁鐵礦、下盤矽卡巖開展了全面的工程地質調查和巖體質量評價。運用了DIPS軟件統計和分析了各巖體的節理裂隙發育情況，采用RQD指標法、RMR分級法、Q系統分級法以及BQ分級法對井下3組巖體質量進行了評價。從而分析了井下各巖體的工程穩定性狀況，得出了各巖體在無支護時的最大跨度。

工程地質條件;RMR分級法;巖體質量;工程穩定性;最大跨度

1 概述

內蒙古黃崗礦區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。礦區呈北東向展布，含礦帶長19 km，寬0.2～2.5 km，根據磁異常形態特征、礦體集中情況劃分成7個區(Ⅰ～Ⅶ)。目前正在開采或基建的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個礦區，其中Ⅰ礦區和Ⅲ礦區正在進行較大規模地下開采，Ⅱ礦區露天開采已結束，和Ⅳ礦區一樣同時在進行小規模的地下開采。

Ⅲ區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，分枝復合現象明顯。深部主礦體嚴格受鉀長花崗巖、安山巖與大理巖接觸斷裂面控制。礦體呈不對稱槽形、似層狀或不規則狀。礦體形態不規則，但連續性較好。根據詳查地質報告，Ⅲ礦區主要鐵、錫共生礦體共4個。Ⅲ礦區東部地質構造中等復雜，破碎帶和大理巖巖溶影響深度多在1550 m標高以上，大理巖抗壓強度 62.4～76.7 MPa，開采技術條件相對簡單。Ⅲ礦區西部大理巖巖溶發育，風化帶影響深度大，大理巖與第四系含水層直接接觸，坑內疏干可能引起流砂，該段大理巖強度相對較低，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條件相對復雜，除大理巖外，礦體及其它圍巖的穩固性良好，水文地質條件比較復雜。

2 現場工程地質調查

2.1 調查方法、對象及內容

采用了體積密度法，對黃崗礦業公司Ⅲ礦區內的上盤大理巖巖組、磁鐵礦礦巖巖組、下盤矽卡巖巖組發育的節理、裂隙的產狀、規模、密度、形態進行了現場調查。調查內容包括:

(1)節理產狀，即節理面在空間上的分布狀態(傾向和傾角)，其統計結果用極點等密度圖表示;

(2)節理間距，用節理裂隙體積密度表示;

(3)節理長度，即節理沿其走向的延伸長度;

(4)節理張開度與充填情況;

(5)節理面兩壁的形狀(改為光滑度);

(6)地下水狀況。

2.2 調查結果

(1)上盤大理巖巖組。該巖組內節理、裂隙較為發育，平均節理間距、平均體積節理密度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。該巖組節理、裂隙調查數據統計結果見圖1。該巖組的巖體結構類型為整體塊狀結構，節理發育，結構面平直、閉合，整體強度不高，穩定性一般。巖體變形和破壞主要受Ⅳ級結構面(節理)控制。

圖1 上盤大理巖巖組節理裂隙調查數據統計

(2)礦體磁鐵礦巖組。該巖組內節理、裂隙不發育，平均節理間距、平均體積節理密度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。該巖組節理、裂隙調查數據統計結果見圖2。該巖體結構類型為整體塊狀結構，結構面平直、閉合，節理發育，整體強度不高，穩定性一般。

圖2 礦體磁鐵礦巖組節理裂隙調查數據統計

(3)下盤矽卡巖巖組。該巖組內節理、裂隙較為發育，平均節理間距、平均體積節理密度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。該巖組節理、裂隙調查數據統計結果見圖3。該組巖體節理發育，結構面平直、閉合，整體強度不高，穩定性一般。

圖3 下盤矽卡巖巖組節理裂隙調查數據統計

3 巖體質量評價

綜合以上工程地質調查的結果，分別對3種巖組采用RQD值分級、RMR分級、Q系統分級和BQ分級4種常見分級方法進行了分級，分級結果如表1～表4。

表1 RQD指標的分級結果

表2 RMR分級結果

表3 Q系統分級結果

表4 巖體基本質量分級(BQ分級)結果

根據RQD值分類結果表明:上盤大理巖、磁鐵礦和下盤矽卡巖均為好巖體。RMR分類結果表明:黃崗礦業公司Ⅲ礦區上盤大理巖、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1周。Q系統分類結果表明:Ⅲ礦區的上盤大理巖、磁鐵礦和下盤矽卡巖巖體質量均為Ⅲ級，屬于中等巖體。

按照巴頓推導公式De=(開挖體的跨度、直徑或高度(m))/開挖體的支護比(ESR)計算得出在黃崗礦業公司Ⅲ礦區開采中3種不同巖體大支護最大跨度:上盤大理巖內無支護巷道最大安全跨度為7.2～9 m，其中 ESR=1.6～2.0，De=4.5;礦體內無支護巷道最大安全跨度為12～15 m，其中ESR=3～3.75，De=4;下盤矽卡巖內無支護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公司Ⅲ礦區開采中3種不同巖體大支護最大跨度:上盤大理巖內無支護巷道最大安全跨度為2×1.6×8.530.4=7.55 m ，其中 ESR=1.6;礦體內無支護巷道最大安全跨度為 2×3×5.590.4=11.9 m，其中ESR=3;下盤矽卡巖內無支護巷道最大安全跨度為2×1.6×8.470.4=7.5 m，其中 ESR=1.6。

巖體基本質量分級(BQ分級)結果表明3種巖體均為堅硬巖，巖體較破碎。

4 巖體工程地質調查與評價結論

(1)通過工程地質調查和研究，對黃崗礦業Ⅲ礦區開采區域內巖體進行了工程地質巖組劃分，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。通過節理裂隙數據統計分析，得出礦巖巖組發育有3組優勢結構面，其它各巖組一般發育2組優勢結構面，另外偶爾發育有零星節理。

(2)對巖體結構分類得出，礦區存在的主要結構面和巖體結構類型及特征為影響礦區穩定性的主要不利結構面因素。礦區存在的結構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理，其中以節理面最為發育。結構面共分5級，以Ⅳ級結構面最為發育。礦區的巖體結構主要有塊狀結構和鑲嵌結構兩類。

(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巖組的巖石質量進行分級和評價得出: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)通過調查發現黃崗礦業Ⅲ礦區存在的地壓活動現象主要為巷道片幫、冒落和采場跨冒。分析其原因是巖體的節理裂隙比較發育，巖體的穩定性主要受層間軟弱夾層和結構面控制，在節理、裂隙的切割下容易發生巷道片幫和局部跨冒。

［1］ 徐必根，王春來，唐紹輝.大尺度采空區巖體工程地質調查與評價研究［J］.礦業研究與開發，2008，8(2).

［2］ 文 興，閉理楚.北山礦Ⅳ號采空區圍巖工程地質調查與評價［J］.礦業研究與開發，2009，29(1).

［3］ 王遠高.會澤鉛鋅礦8號礦體巖體質量評價［J］.采礦技術，2008，8(2).

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

［5］ GB50218－94.工程巖體分級標準［S］.

［6］ 采礦手冊編輯委員會.采礦手冊(第2卷)［M］.北京:冶金工業出版社，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研究工作。