李龍飛 陳石

摘 要：為科學預測紗嶺金礦副井豎井巖爆發(fā)生，采用地應力測量和室內巖石力學試驗兩種手段對紗嶺金礦副井開展分析。地應力測量最大測量深度為1532.5米，室內巖石力學試塊測定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深度范圍內有發(fā)生強烈?guī)r爆的危險性，后期施工應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問題。巖石的物理力學性質和深部巖體的工程地質條件是巖爆的發(fā)生的重要構成因素。高地應力的存在造成巖體內大量的彈性應變能 ，開采過程中 ，圍巖破壞后彈性能的突然釋放，將有可能導致巖爆和礦震等突發(fā)的動力學現(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，高地應力場礦山。副井深豎井建設將面臨巖爆動力學災害問題。結合礦山建設設計要求及現(xiàn)場地質資料，采用地應力實測和巖石物理力學試驗對副井進行巖爆綜合預測與分析。

2.地應力測量與巖石力學試驗

2.1區(qū)域地質概況

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。區(qū)內地勢平坦，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)內斷裂構造發(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)內走向約 35o～40o、傾角約30o～45o;高家莊-寺莊段為區(qū)內Ⅰ級控礦構造，望兒山斷裂與靈山溝—北截斷裂為區(qū)內Ⅱ級控礦構造，其余次級斷裂為區(qū)內Ⅲ級控礦構造。焦家成礦帶地質簡圖圖1。

2.2 地應力測量

此次地應力測量選擇副井為測量孔。孔口坐標N37.3902、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力測量。測量加過見表1。對副井18個測段的測量結果進行線性回歸分析，得出線性回歸方程為：

（1）

（2）

2.3 巖石物理力學試驗

依據(jù)威海地質工程勘察院提供的《山東省萊州市紗嶺礦區(qū)副井工程地質勘察報告》中，900.0m-1600.0m深度內有變輝長巖、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，選取不同深度內巖石的物理力學參數(shù)（單軸抗壓強度和抗拉強度值）作為相關巖爆判據(jù)中的計算值。試驗測定結果見表1。

1-第四系;2-早寒武紀變質巖;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.巖爆預測與分析

金屬礦山巖爆預測方面，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、切向應力準則、以及巖體 RQD 指標準則 [3-4]。本文通過地應力場現(xiàn)場實測、巖石力學實驗綜合分析了紗嶺金礦巖石及巖體內能量積聚與分布規(guī)律。

3.1巖爆烈度判據(jù)準則

以實測原地應力和室內測量巖石力學參數(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）;為最大主應力（MPa）。

研究結果表明：

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測分析

基于紗嶺金礦副井鉆孔實測得到水平最大主應力與水平最小主應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測結果見表 3。

據(jù)陶振宇判據(jù)和巖石脆性準則，巖爆預測結果表明副井處豎井在礦體開發(fā)深度（940.0m-1600.0m）內都具有巖爆發(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，進而科學指導豎井開挖。

4 結論

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