自走鐵礦結(jié)構(gòu)面的赤平極射投影分析

楊 衛(wèi)，陳俊智，陶 峰,王衡山

(昆明理工大學(xué),云南 昆明 650093)

目前，國內(nèi)外學(xué)者對于如何更加準(zhǔn)確地確定巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究[1]。大多數(shù)研究者的研究結(jié)果表明結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)得出的巖石力學(xué)參數(shù)和現(xiàn)場調(diào)查得到的結(jié)構(gòu)面信息推算出巖體力學(xué)參數(shù)能夠較好地符合工程實(shí)際。

其中，對于結(jié)構(gòu)面中的節(jié)理裂隙調(diào)查方法眾多，本文采用國際巖石力學(xué)學(xué)會推薦的詳細(xì)線觀測法[2]。它具有簡便易行的特點(diǎn)并在國內(nèi)外已普遍采用，大量的工程實(shí)踐證明其具有良好的測量精度，能夠滿足工程實(shí)際的需要。

赤平極射投影能將結(jié)構(gòu)面的方向和傾角在同一投影面內(nèi)反映出來，并可測算各結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系。它成為目前反映節(jié)理和推求各節(jié)理之間的組合關(guān)系時，用得最廣泛的方法。

對于調(diào)查數(shù)據(jù)的分析則借助理正軟件的赤平極射投影功能繪制出極點(diǎn)等密圖和優(yōu)勢產(chǎn)狀分組表。并用數(shù)理統(tǒng)計的方法結(jié)合頻率分布直方圖對節(jié)理間距、傾角等進(jìn)行分析。最后將用于隧道穩(wěn)定性判斷的方法引入到巷道中，對自走鐵礦的巖體穩(wěn)定性進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 調(diào)查內(nèi)容與方法

本次調(diào)查內(nèi)容主要包括巖石種類、節(jié)理裂隙產(chǎn)狀、間距、粗糙度、閉合度、結(jié)構(gòu)面充填物以及調(diào)查地點(diǎn)的地下水賦存情況等。

在調(diào)查現(xiàn)場，先由科研組進(jìn)行踏勘，初步將調(diào)查區(qū)段分成1530中段、1580中段、礦體三類，每一區(qū)段的主要特征或多或少地相同。然后在每個區(qū)內(nèi)選擇了部分代表性最強(qiáng)的區(qū)段進(jìn)行觀測。測線布置如圖1所示。

圖1 測線布置示意圖

1.1 調(diào)查地點(diǎn)

依據(jù)礦體的實(shí)際狀態(tài)、調(diào)查規(guī)范要求及受調(diào)查時現(xiàn)場條件的限制，最終確定8個地點(diǎn)對節(jié)理裂隙進(jìn)行調(diào)查，節(jié)理裂隙調(diào)查詳見表1。

1.2 調(diào)查數(shù)量統(tǒng)計

本次調(diào)查巷道49.3m，節(jié)理數(shù)326條，節(jié)理裂隙數(shù)量統(tǒng)計見表2。

表1 節(jié)理裂隙調(diào)查地點(diǎn)表

表2 節(jié)理裂隙調(diào)查數(shù)量統(tǒng)計表

2 調(diào)查結(jié)果分析

巖體中節(jié)理裂隙分布規(guī)律是影響巖體完整性、強(qiáng)度和穩(wěn)定的主要因素之一。

2.1 節(jié)理裂隙間距

節(jié)理裂隙間距[3]是影響巖體完整性的重要指標(biāo)之一，間距越小，巖體被結(jié)構(gòu)面切割得越厲害，巖體的完整性就越差。經(jīng)統(tǒng)計，灰?guī)r和礦體節(jié)理裂隙平均間距分別為15.14cm和16.44cm，皆服從負(fù)指數(shù)分布；節(jié)理裂隙間距分布見柱狀圖2(限于篇幅僅出示灰?guī)r圖，下同)。由圖2可見，灰?guī)r和礦體節(jié)理裂隙間距在0～20cm之間的比例分別為73%和77.7%，屬于節(jié)理密集和發(fā)育巖體。巖體完整性為碎裂。

圖2 灰?guī)r節(jié)理裂隙間距分布直方圖

2.2 節(jié)理裂隙傾角

經(jīng)統(tǒng)計，灰?guī)r和礦體節(jié)理裂隙平均傾角分別為60.52°和60.75°，服從正態(tài)分布。灰?guī)r和礦體節(jié)理裂隙平均傾角在50～90°之間分別占71.7%和80.65%，服從正態(tài)分布；結(jié)構(gòu)面傾角統(tǒng)計見直方圖(圖3)。當(dāng)節(jié)理走向與巷道軸線垂直時，巷道的穩(wěn)定性有利，當(dāng)節(jié)理走向與巷道軸線平行或無關(guān)時，對巷道的穩(wěn)定性不利。

圖3 灰?guī)r節(jié)理裂隙傾角分布直方圖

2.3 優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的確定

為確定節(jié)理裂隙的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，本文借助理正軟件的赤平極射投影[4]功能繪制極點(diǎn)等密圖[5]。見圖4(限于篇幅僅出示1530中段上盤沿脈350°圖)。優(yōu)勢節(jié)理裂隙分組見表3。

2.4 結(jié)構(gòu)面對巷道穩(wěn)定性的影響分析

Bieniawski的地質(zhì)力學(xué)分類將節(jié)理裂隙產(chǎn)狀對隧道圍巖穩(wěn)定的影響從“非常有利”到“非常不利”的定性描述，列于表4。本文將其應(yīng)用于巷道的穩(wěn)定性分析。

圖4 1530中段上盤沿脈350°節(jié)理裂隙極點(diǎn)等密度

表3 優(yōu)勢節(jié)理裂隙分組

表4 節(jié)理走向和傾向?qū)λ淼篱_挖的影響[3]

1580中段7#采場10°中優(yōu)勢節(jié)理L1、L2對其穩(wěn)定性不利。1530中段18#采場250°中L1、L2、L3均不利于巷道穩(wěn)定。1530中段上盤沿脈350°中L1、L2、L3、L4均不利于巷道穩(wěn)定。1530中段上盤沿脈5°中L1、L2、L3均不利于巷道穩(wěn)定。1580中段下盤沿脈335°中L1、L2均不利于巷道穩(wěn)定。1580中段下盤沿脈345°中L1對其穩(wěn)定性是不利的。1530中段18#～19#采場345°中L2對其穩(wěn)定性是不利的。

綜上所述，幾乎每個調(diào)查點(diǎn)都存在不利于巷道穩(wěn)定的優(yōu)勢節(jié)理，針對巷道的情況可以采取相應(yīng)的支護(hù)措施，如錨桿加固、噴砼等。

2.5 節(jié)理裂隙類型、粗糙度、張開度、地下水條件

經(jīng)統(tǒng)計，絕大部分結(jié)構(gòu)面類型都為5類，極少數(shù)4A、4B、2A，說明結(jié)構(gòu)面貫通項底板的情況很嚴(yán)重，這對圍巖的穩(wěn)定性不利。

節(jié)理裂隙大部分都屬于平直型，粗糙型和臺階型很少，這將不利于巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

在節(jié)理面張開度類型中，基本上都屬于閉合節(jié)理，大多數(shù)無充填物，將有利于巖體的穩(wěn)定。

干燥結(jié)構(gòu)面占大多數(shù)，少量潮濕結(jié)構(gòu)面，局結(jié)構(gòu)面有滲水現(xiàn)象，流水節(jié)理面未發(fā)現(xiàn)，這表明地下水對巖體性質(zhì)影響不大。

3 結(jié)論

1)從節(jié)理裂隙間距來看自走鐵礦礦巖屬節(jié)理密集、發(fā)育的巖體。

2)節(jié)理裂隙的類型中5類和平直型占絕大多，這些都不利于巖體穩(wěn)定；但大部分為閉合節(jié)理這有利于巖體穩(wěn)定；地下水對礦巖穩(wěn)定性影響小。

3)從總體來看，優(yōu)勢節(jié)理組對巷道穩(wěn)定性影響較大，建議在今后應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)工作。

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