黃沙坪礦區巖體工程地質條件及圍巖穩定性評價

喬 旭

（廣東省核工業地質局二九三大隊，廣東 廣州 510800）

湖南黃沙坪鉛鋅礦區湖南省郴州市桂陽縣黃沙坪街道境內，礦區自1967年投產，是湖南省內最大的鉛鋅礦開采礦山和原料基地。經過50余年的開采，礦山勘探工作已向深部進發。為判別圍巖硐室穩定性，保證礦山安全、高效開采。本文在系統收集黃沙坪礦區中、深部工程地質資料和現場調查、取樣工作的基礎上，利用巖體質量系數法和巖體質量指標法分別對各類巖石穩固性進行評價，為礦山深部開采提供科學參考。

1 礦區水文地質概況

圖1 黃沙坪礦區水文地質邊界簡圖

礦區東、南、西三面環山，區內無明顯含水構造帶與外界連通，因此礦區為一套相對完整水文地質單元。礦區地貌主要成因類型屬侵蝕溶蝕構造地貌的巖溶丘陵、谷地組合地形。地表巖溶丘陵和溶蝕谷地組合形態，丘陵基巖裸露、石芽、溶溝或溶槽廣泛發育。

礦區位于南嶺緯向構造帶東段北緣，耒(陽)-臨(武)經向構造帶中段，坪-寶復式背斜中。區內構造復雜，發育著一系列復式褶皺和斷層。礦區褶皺有寶嶺-觀音打座復式倒轉背斜和上銀山含水向斜，斷層主要有SN向壓扭性斷層F1、F2、F3，近EW向張扭性斷層，F0、F6、F7、F9等[1]。

礦區出露石炭系下統石磴子組(C1sh)泥晶灰巖，測水組(C1c)砂頁巖，梓門橋組(C1z)白云質灰巖、白云巖，第四系殘坡積、沖洪積層。其中石炭系下統石磴子組灰巖和梓門橋組白云質灰巖、白云巖為礦區主要含水層。

2 礦區工程地質條件

由于作為礦坑洞室圍巖的巖體，巖石工程質量的好壞與巖體結構、巖石風化程度、地下水等因素的影響有關。故以下從多個方面對巖體的質量分類、分級及巖體物理力學與工程地質定性、定量進行研究。

2.1 巖石質量指標（RQD）分類

根據鉆孔巖心及坑道圍巖的穩定性劃分，本礦床目前主要生產在56m、20m、-16m、-56m、-96m、-136m、-176m、-216m等中段，中深部礦床圍巖主要是統石磴子組(C1sh)灰巖，遍布所有中段；測水組(C1c)砂頁巖，上部生產中段對該層巖石的揭露已證實該層具有較好的隔水性能；梓門橋組(C1z)白云巖、白云質灰巖，在中深部主要標高-30m以上的區段。因F1、F3的影響，是中深部礦床主要充水巖層之一。其巖石質量指標采用（RQD）評價。

（1）石炭系下統梓門橋（C1z）中細晶白云巖夾白云質灰巖，石磴子組（C1sh）含生物碎屑泥晶灰巖：從巖心編錄來看，巖心呈柱狀、短柱狀，節長4.2cm～24.0cm，多數塊狀巖心斷口新鮮，尚屬人工機械破碎，RQD大于75%以上。生產坑道已證實開采數年的巷道圍巖處于穩定，巖石質量指標好；

（3）巖漿巖石英斑巖體：斑晶以石英為主，少量透長石或正長石及黑云母，據礦坑開采及鉆探記錄，巖心完整，呈柱狀，很少見節理裂隙，RQD＞75%，巖石質量指標屬極好范疇。

2.2 巖體基本質量分級

決定巖體工程質量好壞是巖石的堅硬程度和巖體完整程度，在調查成果資料上，對巖體基本質量指標求BQ值，進行巖體分級[2]。

巖體基本質量指標BQ值的計算公式：BQ=90+3Rc+250Kv。

式中：Rc—巖石單軸抗壓強度；Kv—巖體完整性系數。

經取樣分析，礦區石英斑巖飽和單軸抗壓強度（Rc）為157.09（MPa），梓門橋組白云巖為90.1MPa；石磴子灰巖飽和單軸抗壓強度分別為70.2MPa，為堅硬巖；測水組砂頁巖最小值為12.05MPa，屬軟巖類。

由于礦區未作巖塊縱波速度檢測，故用巖體單位體積內結構面系數JU對照取值Kv，見下表1。

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對井下開采中段巖體單位體積內結構面如不連續面、層面、節理面、斷層等完整程度調查結果得知：花崗斑巖、石英斑巖2～5條/m3，梓門橋組白云巖、白云質灰巖5～9條/m3，石磴子組含生物碎屑泥晶灰巖8～12條/m3，測水組石英砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖23～31條/m3。石英斑巖Kv取值0.70，梓門橋白云質灰巖Kv取值0.60，石磴子灰巖Kv取值0.55，測水組砂頁巖Kv取值0.25。

計算得出花崗斑巖、石英斑巖BO值736.27，梓門橋組BO值510.30，石磴子組BO值438.10，測水組BO值188.65。

國有企業要完善內部組織架構，嚴格按照生產需要和發展目標明確分工，提升工作效率。同時，利用科學手段，完善內部控制管理體系，組建風險評估組和監督部門，對企業進行全面的風險評估和監督工作，實現對企業內部的有效監管，如財務管理、資金流動及財務審計等方面，進而提升國有企業內部溝通的效率[5]。通過高效溝通，不僅增強了國有企業應對風險的能力，同時也實現了企業內部控制的有效實施。

根據巖體質量分級標準，目前礦山生產的90m標高中段及以下中段，花崗斑巖、石英斑巖巖體工程質量屬Ⅰ級，采礦坑道及采空區自穩定性好；梓門橋白云質灰巖巖體工程質量屬Ⅱ級，自穩定性較好；石磴子組灰巖巖體工程質量屬Ⅲ級，自穩定性中等，井巷局部需要支護；測水組砂頁巖巖體工程質量屬Ⅴ級，自穩定條件較差，井巷工程整體需要支護。

3 井巷圍巖穩固性評價

黃沙坪礦體頂、底板巖石有測水組砂頁巖，石磴子組灰巖、大理巖，矽卡巖及斑巖類，礦體下盤主要與花崗斑巖接觸，極少為矽卡巖或大理巖、灰巖。礦體上盤主要與矽卡巖接觸，少數與結晶灰巖或大理巖接觸。現對利用巖體質量系數法和巖體質量指標法分別對各類巖石穩固性進行評價。

3.1 巖體質量系數法

計算公式：

式中：Z??巖體質量系數。I??巖體完整系數，這里用RQD值代替。f??結構面摩擦系數。S??巖塊堅硬系數。

其中：

Rc??巖塊飽和軸向抗壓強度。

根據水文工程地質編錄情況結合前人在本地區的工作資料，巖體完整系數取值為：砂頁巖60%、石蹬子組灰巖95%，矽卡巖85%，斑巖類80%；結構面摩擦系數取值為：砂頁巖0.40、石蹬子組灰巖0.45，矽卡巖0.45，斑巖類0.55。依據本次調查巖石飽和抗壓強度試驗結果及前人巖樣分析結果，巖塊飽和軸向抗壓強度取值為：砂頁巖100MPa、石蹬子組灰巖80MPa，矽卡巖85MPa，斑巖類125MPa。經上述公式計算各巖體的質量系數Z值分別為砂頁巖0.240、石蹬子組灰巖0.342，矽卡巖0.325，斑巖類0.550。依據表2分級標準，則黃沙坪礦區井巷圍巖中砂頁巖巖體質量壞，其他巖體質量等級一般。

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3.2 巖體質量指標法

同上述取值，各巖體RQD值取值如下：砂頁巖60%、石蹬子組灰巖95%、矽卡巖85%、斑巖類80%。巖塊飽和軸向抗壓強度取值為：砂頁巖100MPa、石蹬子組灰巖80MPa、矽卡巖85MPa、斑巖類125MPa。經上述公式計算各巖體的質量系數M值分別為砂頁巖0.200、石蹬子組灰巖0.253、矽卡巖0.241、斑巖類0.333。依據巖體質量分級表（表3），在黃沙坪礦區井巷巖體質量中等。

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3.3 結果分析

綜上所述，兩種不同的井巷圍巖穩固性評價方法得出的結論相對應，具有較高的可信度，因此黃沙坪礦區的井巷圍巖穩定性評價如下：砂頁巖及灰巖：現礦山開采的上部各中段，灰巖穩定性中等，砂頁巖穩定性較差，有小規模崩落現象。礦床深部未見砂頁巖，灰巖井巷穩固程度中等。矽卡巖：巖石完整性較好，穩固程度中等。斑巖類：巖體呈巖株及巖枝狀，且由各種火成巖類構成復式巖體，巖石堅硬，整體較完整，井巷穩固程度中等。但局部地帶節理較發育，巖石破碎，巖石穩固性差。

4 結論與建議

（1）石炭系下統梓門橋（C1z）中細晶白云巖夾白云質灰巖，石磴子組（C1sh）含生物碎屑泥晶灰巖巖石質量指標好；石炭系下統測水組（C1c）石英砂巖，粉砂巖，粉砂質泥巖巖石質量指標差；巖漿巖石英斑巖體巖石質量指標極好。

（2）依據不同巖體巖石飽和單軸抗壓強度和巖體基本質量指標BQ兩者相結合確定巖體基本質量級別，花崗斑巖、石英斑巖巖體工程質量屬Ⅰ級，采礦坑道及采空區自穩定性好；梓門橋白云質灰巖巖體工程質量屬Ⅱ級，自穩定性較好；石磴子組灰巖巖體工程質量屬Ⅲ級，自穩定性中等，井巷局部需要支護；測水組砂頁巖巖體工程質量屬Ⅴ級，自穩定條件較差，井巷工程整體需要支護。

（3）根據巖體質量系數法和巖體質量指標法，兩種不同的井巷圍巖穩固性評價方法得出的結論相對應，黃沙坪礦區深部井巷圍巖中砂頁巖巖體質量壞，其他巖體質量等級一般。

（4）深部生產礦坑采礦時，根據巖體的結構自穩能力，作好工作區內不安全地段的防范措施，實現預防為主，安全第一。