王劍波 李 釗 趙 亮

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

基于BQ法與Q系統(tǒng)法的三山島金礦深部巖體質(zhì)量分級(jí)*

王劍波1李 釗2趙 亮2

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

結(jié)合三山島金礦現(xiàn)場(chǎng)勘探資料及相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件，運(yùn)用BQ法和Q系統(tǒng)法對(duì)礦體深部-510，-555，-600 m中段的巖體進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)和穩(wěn)定性分析，并針對(duì)分級(jí)結(jié)果制定相應(yīng)的支護(hù)與加固措施，為確保該礦安全高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

BQ法 Q系統(tǒng)法 巖體質(zhì)量分級(jí) 圍巖穩(wěn)定性 支護(hù)與加固措施

對(duì)巷道圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性分析的目標(biāo)是恰當(dāng)?shù)卦u(píng)價(jià)巷道所處圍巖及環(huán)境條件下支護(hù)的難度，為確定合理的支護(hù)方案提供依據(jù)。為此，可通過(guò)對(duì)巖體進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，深入分析巖體力學(xué)特性并合理選取力學(xué)參數(shù)，針對(duì)各級(jí)巖體制定相應(yīng)的支護(hù)與加固方式，對(duì)于確保礦山安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 圍巖穩(wěn)定性分類(lèi)方法

1.1 BQ法

BQ法綜合考慮了巖體的完整性、抗壓強(qiáng)度、地下水以及主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和初始地應(yīng)力對(duì)工程的影響，將巖體的完整性和巖石堅(jiān)硬程度作為分類(lèi)的基本要素。巖體的質(zhì)量參數(shù)越好，則穩(wěn)定性越好，反之則穩(wěn)定性越差[1-3]。巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)BQ公式為

BQ=90+3σcw+250Kv，

(1)

式中，σcw為巖石單軸飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；Kv為巖體完整性指標(biāo)。

由于缺少聲波資料，可根據(jù)巖體單位體積內(nèi)結(jié)構(gòu)面條數(shù)Jv，通過(guò)查表1求得Kv值。

表1 Jv與Kv的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系

按我國(guó)工程巖體的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可將工程巖體劃分為5個(gè)等級(jí)[3]，相應(yīng)的BQ值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

考慮各類(lèi)工程穩(wěn)定性影響因素(如地下水狀態(tài)、結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、天然地應(yīng)力等)，對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行修正，修正后的公式為

表2 基于BQ法的巖體質(zhì)量分級(jí)

[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3) ，

(2)

式中，K1為地下水影響修正系數(shù)；K2為主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；K3為天然地應(yīng)力影響修正系數(shù)。

1.2 Q系統(tǒng)法

Q系統(tǒng)法充分顧及了巖體完整性、節(jié)理特性、地應(yīng)力以及地下水等因素的影響[4-5]，以6個(gè)參數(shù)來(lái)確定并反映隧洞圍巖穩(wěn)定性的巖體質(zhì)量指標(biāo)Q值，公式為

(3)

式中，RQD為巖體質(zhì)量指標(biāo)，%；Jn為節(jié)理組數(shù)；Jr為節(jié)理粗糙系數(shù)；Ja為節(jié)理蝕變系數(shù)；Jw為節(jié)理水折減系數(shù)；SRF為應(yīng)力折減系數(shù)。

式(3)中，RQD/Jn反應(yīng)了巖體的完整程度；Jr/Ja為結(jié)構(gòu)面特征、充填物特點(diǎn)與其次生變化；Jw/SRF描述水與其他應(yīng)力對(duì)巖體質(zhì)量指標(biāo)的影響。Q值范圍為0.001～1 000，共分為9個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表3。

1.3 2種方法的聯(lián)系

BQ法是一種定量與定性相結(jié)合，同時(shí)綜合經(jīng)驗(yàn)判斷與實(shí)測(cè)運(yùn)算的方法。定性分級(jí)僅需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，而定量分級(jí)需要進(jìn)行巖石的單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)量以及巖體彈性波波速測(cè)試[6]。Q系統(tǒng)法除巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD外，其余幾個(gè)參數(shù)均是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得到的結(jié)果查表得出，主觀(guān)隨意性較強(qiáng)，但該方法由于僅需測(cè)量巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度，因此比較簡(jiǎn)單。

表3 Q系統(tǒng)巖體分類(lèi)等級(jí)

BQ法與Q系統(tǒng)法具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常BQ法Ⅰ級(jí)相當(dāng)于Q系統(tǒng)的2 級(jí)及2級(jí)以上，為極好、特別好的巖體。BQ法Ⅴ級(jí)相當(dāng)于Q系統(tǒng)的6級(jí)及6 級(jí)以下，為差到特別差的巖體，其余級(jí)別二者相差約半級(jí)。該2種方法分級(jí)存在差異的原因有：①分級(jí)時(shí)參評(píng)因素和側(cè)重點(diǎn)不同；②分級(jí)計(jì)算的參數(shù)與現(xiàn)實(shí)之間存在偏差；③非定量參數(shù)在選擇時(shí)易受人為主觀(guān)因素影響。

2 應(yīng)用實(shí)例

三山島金礦位于膠東半島西北部，與萊州港為鄰，生產(chǎn)能力可達(dá)8 000 t/d。礦山自1984年正式開(kāi)始開(kāi)拓工作，開(kāi)拓方式采用下盤(pán)豎井斜坡道方案，目前斜坡道已開(kāi)拓至-780 m以下，盲豎井已施工至-1 180 m處。隨著開(kāi)采深度的不斷增加，地下工程規(guī)模越來(lái)越大，工程地質(zhì)條件也變得越來(lái)越復(fù)雜。為此，對(duì)該礦深部-510，-555，-600 m中段礦體進(jìn)行地質(zhì)條件調(diào)查，并分別運(yùn)用BQ法和Q系統(tǒng)法進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 BQ法、Q系統(tǒng)法分級(jí)結(jié)果

由表4可知，BQ法和Q系統(tǒng)法的分級(jí)結(jié)果近似一致，說(shuō)明二者對(duì)三山島金礦深部巖體質(zhì)量分級(jí)的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

根據(jù)巖體質(zhì)量分級(jí)結(jié)果，確定了危險(xiǎn)區(qū)域范圍，并在該區(qū)域內(nèi)采取了支護(hù)措施：①采用錨桿支護(hù)與噴漿支護(hù)等措施來(lái)改變圍巖的構(gòu)造特性，提高其完整性，提高圍巖強(qiáng)度；②選取合理的巷道斷面尺寸與形狀，改善圍巖受力狀態(tài)；③加強(qiáng)對(duì)斷面收斂狀況以及圍巖應(yīng)力變形監(jiān)測(cè)；④加強(qiáng)巡視高角度裂隙區(qū)域，確保安全施工。

3 結(jié) 語(yǔ)

以三山島金礦深部-510，-555，-600 m中段礦體為例，分別采用BQ法與Q系統(tǒng)法進(jìn)行巖體穩(wěn)定性分級(jí)，并根據(jù)分級(jí)結(jié)果，給出了有效的支護(hù)措施，為確保礦山安全生產(chǎn)提供參考。

[1] 祁建東，葉 昀，蔣仲安. 基于BQ法和RMR法的巷道圍巖穩(wěn)定性分級(jí)技術(shù)[J]. 現(xiàn)代礦業(yè)，2013(8)：23-25.

[2] 鞏城城，馬鳳山，張亞民，等. 基于巖體結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)與分維數(shù)的的巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)及其在礦山工程中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2011，22(2)：92-98.

[3] 鄔愛(ài)清，柳賦錚. 國(guó)標(biāo)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的應(yīng)用與進(jìn)展[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31(8)：1513-1523.

[4] 寇佳偉, 石豫川, 劉漢超，等. 高地應(yīng)力條件下Q系統(tǒng)在某勘探洞圍巖分類(lèi)中的應(yīng)用[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2006， 26(2)：194-200.

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*“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2013BAB02B08)。

2015-01-22)

王劍波(1962—)，男，工程師，261442 山東省萊州市。