戈凱，王亞軍，李強

(1.西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司，西藏 拉薩 850200；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012)

0 引言

甲瑪銅多金屬礦二期地下開采范圍內(nèi)二、三標段普遍分布有破碎氧化帶。破碎氧化帶的Cu 品位較高，約1%左右，伴生有Au、Ag 及Mo 等金屬，但氧化率高，并且相對破碎。破碎氧化帶內(nèi)主要含有角巖、矽卡巖和大理巖。破碎氧化帶呈現(xiàn)品位富、氧化率高、節(jié)理裂隙發(fā)育、水文地質(zhì)簡單等典型特征，對掘進與采礦等作業(yè)均造成不良的工程影響，主要表現(xiàn)為礦柱壓裂、邊邦垮塌、頂板垮冒、采準巷道開裂及冒頂?shù)惹闆r。

針對甲瑪銅多金屬礦二期地下開采破碎氧化帶的開采技術(shù)條件，為了適應(yīng)新形勢下國家及各級政府相關(guān)政策的要求及礦山長遠發(fā)展的戰(zhàn)略需要，提高礦產(chǎn)資源的利用率，確保破碎氧化帶礦體的安全回采，亟需開展甲瑪銅多金屬礦破碎氧化帶礦體采礦方法研究。研究適宜于破碎氧化帶區(qū)域礦體賦存情況的安全可靠的采礦方法，為礦山持續(xù)安全穩(wěn)定的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐和保障。開展工程地質(zhì)調(diào)查和巖體質(zhì)量評價工作，對各巖組的穩(wěn)定性情況進行定性和定量綜合評價及分級，修正破碎氧化帶區(qū)域內(nèi)各組巖體的物理力學參數(shù)，可為井下采礦方法方案研究提供可靠的參數(shù)依據(jù)。

1 工程地質(zhì)調(diào)查

本次調(diào)查的對象為甲瑪銅多金屬礦井下的3 種主要巖組：角巖（頂板），矽卡巖（礦體），（3）大理巖（底板）。

1.1 調(diào)查的區(qū)域與方法

本次結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場調(diào)查主要集中于礦區(qū)井下4320 m 水平1#聯(lián)道南、4320 m 水平2#聯(lián)道、4374水平m 1#聯(lián)道、4440 m 水平3-2-6 東采場1#出礦穿。使用羅盤、皮尺與數(shù)碼相機等工具觀測節(jié)理或斷層面產(chǎn)狀、裂隙寬度及充填物情況、結(jié)構(gòu)面形狀及粗糙度、結(jié)構(gòu)面延伸長度、節(jié)理間距等情況。調(diào)查方位采取了詳測線相互垂直的形式[1?2]，以利于調(diào)查結(jié)果更具有代表性和全面性。本次調(diào)查測繪選擇各巖組發(fā)育的代表性區(qū)域進行，調(diào)查到的結(jié)構(gòu)面數(shù)量見表1。

表1 結(jié)構(gòu)面調(diào)查統(tǒng)計

1.2 工程地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容及分析

1.2.1 結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征

（1）角巖?；摇祷疑?，巖性致密堅硬，為塊狀構(gòu)造，多穿插石英脈、硅化及綠泥石條帶。節(jié)理、裂隙一般為壓性，極少量為壓扭性，閉合，寬度一般小于1 mm，膠結(jié)較好，局部有滴水。結(jié)構(gòu)面以平直光滑為主，少量為平直粗糙。調(diào)查區(qū)域內(nèi)角巖結(jié)構(gòu)面絕大多數(shù)發(fā)育情況表現(xiàn)為V 級結(jié)構(gòu)面，發(fā)育兩條IV 級結(jié)構(gòu)面，裂隙寬度為10～20 cm；一條III 級結(jié)構(gòu)面，裂隙寬度為10～50 cm。

（2）矽卡巖。灰色—淺綠色，巖性致密堅硬，為塊狀構(gòu)造，多穿插石英、方解石脈及硅化條帶。節(jié)理、裂隙以壓性為主，少量為壓扭性，閉合，寬度一般小于1 mm，膠結(jié)好，基本無水。結(jié)構(gòu)面以平直粗糙為主，少量為平直光滑和彎曲粗糙。調(diào)查區(qū)域內(nèi)矽卡巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況均表現(xiàn)為V 級結(jié)構(gòu)面，未見IV 級及以上結(jié)構(gòu)面。

（3）大理巖?；液凇野咨?，巖性致密堅硬，為塊狀構(gòu)造，多穿插石英、方解石脈及硅化條帶。節(jié)理、裂隙一般為壓扭性，極少量為壓性，閉合，寬度一般小于1 mm，膠結(jié)好，局部淋水。結(jié)構(gòu)面以彎曲粗糙為主，少量為平直粗糙。調(diào)查區(qū)域內(nèi)大理巖結(jié)構(gòu)面絕大多數(shù)發(fā)育情況表現(xiàn)為V 級結(jié)構(gòu)面，僅發(fā)育一條III 級結(jié)構(gòu)面。

1.2.2 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計分析

（1）角巖。由dips 統(tǒng)計分析可知，角巖有4組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，具體分析結(jié)果如圖1 所示。第1 組：23°∠77°，一般為陡傾角，占89.18%。第2 組：91°∠77°，全部為陡傾角。第3 組：225°∠46°，陡傾角為主，占73.8%。第4 組：286°∠70°，全部為陡傾角。

圖1 角巖結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計分析結(jié)果

（2）矽卡巖。由dips 統(tǒng)計分析可知，矽卡巖有3 組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，具體分析結(jié)果如圖2 所示。第1 組：32°∠83°，一般為陡傾角，占83.46%。第2組：305°∠86°，一般為陡傾角，占71.46%。第3組：82°∠85°，全部為陡傾角。

圖2 矽卡巖結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計分析結(jié)果

（3）大理巖。由dips 統(tǒng)計分析可知，大理巖有3 組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，具體分析結(jié)果如圖3 所示。第1 組：193°∠87°，一般為陡傾角，占93.44%。第2組：260°∠84°，陡傾角為主，占73.58%。第3 組：303°∠86°，一般為陡傾角，占91.65%。

圖3 大理巖結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計分析結(jié)果

由節(jié)理面間距測量的結(jié)果，采用下式確定巖石質(zhì)量指標：

式中，λ表示節(jié)理面的密度，與節(jié)理間距相關(guān)；t為閾值，常值t=0.1 m。

根據(jù)結(jié)構(gòu)面的調(diào)查統(tǒng)計，3 種巖組結(jié)構(gòu)面平均間距見表2。

表2 結(jié)構(gòu)面平均間距對比

按照ISRM 節(jié)理間距的分類方法，甲瑪銅多金屬礦破碎氧化帶區(qū)域角巖和矽卡巖的節(jié)理平均間距均在6～20 cm 之間，其節(jié)理發(fā)育的密集程度可歸納為密集；大理巖的節(jié)理平均間距均在20～60 cm 之間，其節(jié)理發(fā)育的密集程度可歸納為中等。

2 巖體質(zhì)量評級

巖體質(zhì)量的優(yōu)劣對巖體工程的整體穩(wěn)定性有直接影響，熟悉巖體結(jié)構(gòu)特征，對巖體質(zhì)量進行評價，有助于更好的開展工程設(shè)計與現(xiàn)場施工。常用的巖體質(zhì)量評價方法有：巖土規(guī)范法、節(jié)理巖體的CSIR 分級法和Q 系統(tǒng)分級法[3?5]。

2.1 巖土規(guī)范法

根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第五版）按照巖石堅硬程度（表3）、巖體完整程度（表4），確定巖體基本質(zhì)量等級分類。

表3 巖石堅硬程度分類

表4 巖體完整程度分類

結(jié)合巖體的堅硬程度及完整性情況，將巖體基本質(zhì)量等級按表5 形式進行分類。

對照表3～表5 所給出的巖體基本質(zhì)量等級分類，對甲瑪銅多金屬礦破碎氧化帶區(qū)域內(nèi)角巖、矽卡巖和大理巖進行基本質(zhì)量等級劃分，見表6。

表5 巖體基本質(zhì)量等級分類

表6 巖體基本質(zhì)量等級分類

2.2 節(jié)理巖體的CSIR 分級法

CSIR（RMR）分級法經(jīng)過多次的實例驗證和修改，參照完整的巖石強度、巖石質(zhì)量指標（RQD）、節(jié)理間距、節(jié)理狀態(tài)和地下水條件等5 個分級指標情況，綜合各分級指標得分情況得到CSIR（RMR）分級結(jié)果。

根據(jù)各分級指標得分標準，結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查情況，將甲瑪銅多金屬礦破碎氧化帶區(qū)域各巖性進行了分類，各巖體節(jié)理狀態(tài)評分見表7，分類結(jié)果見表8。

表7 巖體的節(jié)理狀態(tài)評分

表8 巖體的CSIR（RMR）分類結(jié)果

2.3 Q 系統(tǒng)分級法

Q 系統(tǒng)分級法為N.Barton 等人提出的一種對巖體質(zhì)量進行分類的方法。Q值由RQD值、節(jié)理組數(shù)Jn、節(jié)理面粗糙度Jr、節(jié)理面蝕變程度Ja、裂隙水影響因素Jw以及地應(yīng)力影響因素SRF等6 項指標組成，其表達式為：

根據(jù)統(tǒng)計分析，巖體質(zhì)量與Q值之間的定量關(guān)系見表9。

表9 Q 分類系統(tǒng)

一般建議采用下列公式計算工程跨度：

式中，W為井下工程無支護最大安全跨度，m；Q為巖體質(zhì)量指標；ESR為支護比。

對于永久性礦山巷道，可取值ESR=1.6～2.0；對于臨時性井下巷道或硐室，可取值ESR=3～5。

表10 為甲瑪銅多金屬礦破碎氧化帶區(qū)域主要巖性的Q值以及巖體質(zhì)量分類類級。將井下采空區(qū)看作半永久性工程（控制空場時間，盡快完成空區(qū)充填），ESR可取3～3.5，計算采空區(qū)無支護時的最大安全跨度。ESR不同取值區(qū)間各巖性對應(yīng)的最大跨度見表11。

表10 Q 系統(tǒng)巖體分級結(jié)果

表11 不同巖體的最大安全跨度

2.4 不同方法的巖體質(zhì)量分級結(jié)果匯總及對比

對3 種巖石的不同方法質(zhì)量分級情況進行匯總分析，最終確定甲瑪銅多金屬礦破碎氧化帶區(qū)域巖體的綜合分級[6?8]，見表12。

表12 巖體分級結(jié)果匯總對比

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）分別運用巖土規(guī)范法、CSIR（RMR）分級法和Q 系統(tǒng)分級法對甲瑪銅多金屬礦破碎氧化帶區(qū)域內(nèi)角巖、矽卡巖和大理巖的巖體質(zhì)量進行了分級與評價，綜合各分級結(jié)果可知：角巖、矽卡巖和大理巖的巖體質(zhì)量均為中等。

（2）根據(jù)巖體的Q值，利用經(jīng)驗公式計算得到不同礦巖中永久性礦山巷道、臨時性礦山巷道或硐室、半永久性工程（如采空區(qū)）無支護時的最大安全跨度。

3.2 建議

（1）對礦區(qū)進行了原巖地應(yīng)力測試，礦山巷道應(yīng)盡量沿最大主應(yīng)力方向布置。

（2）因在礦體與頂板角巖間存在一層厚度不均的破碎帶，在掘進時，建議超前鉆探，若頂板上發(fā)育破碎帶，應(yīng)留2～3 m 以上的護頂層。

（3）采用適合金屬礦山開采的以聲發(fā)射/微震為主的地壓監(jiān)測預(yù)警措施，對破碎氧化帶主要生產(chǎn)區(qū)域的穩(wěn)定性情況進行實時在線監(jiān)測，對可能發(fā)生的地壓災(zāi)害活動進行預(yù)報預(yù)警，保障井下施工人員和設(shè)備的安全。