凡口鉛鋅礦深部巖爆地質(zhì)因素分析及防范

原桂強(qiáng)

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083; 2.凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān) 512325)

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凡口鉛鋅礦深部巖爆地質(zhì)因素分析及防范

原桂強(qiáng)1，2

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083; 2.凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān) 512325)

地下礦山在深部開(kāi)采過(guò)程中擾動(dòng)了巷道(采場(chǎng))礦巖周圍初始應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致礦巖失穩(wěn)，發(fā)生崩塌、彈射等巖爆現(xiàn)象。凡口鉛鋅礦目前采礦作業(yè)重心在深部中段，與上部中段相比，深部中段地壓高，應(yīng)力集中，礦巖穩(wěn)固性減弱，采場(chǎng)、巷道邊幫頂板冒落增多，多次出現(xiàn)巖爆，對(duì)采礦作業(yè)危害較大。文章通過(guò)分析凡口深部巖爆的特征、分布特點(diǎn)，闡述了巖爆與地質(zhì)因素的關(guān)系，提出有效的防范措施。

巖爆; 地質(zhì)因素; 地應(yīng)力

凡口鉛鋅礦是國(guó)內(nèi)大型的鉛鋅生產(chǎn)礦山，自1968年生產(chǎn)至今已有40多年。目前最深開(kāi)拓中段為-710 m(地表標(biāo)高為132 m)，獅嶺和獅嶺南的深部中段(-360 m標(biāo)高以下)已成為礦山的主要生產(chǎn)中段。在深部礦體的回采過(guò)程中，因地應(yīng)力逐漸增大，地壓活動(dòng)明顯，巷道、采場(chǎng)片幫冒頂現(xiàn)象增多。特別是在深部間柱回采過(guò)程中，處于高地應(yīng)力條件下的穩(wěn)定礦巖體在巷道掘進(jìn)爆破過(guò)程中擾動(dòng)了周圍礦巖石初始應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致礦山深部巖爆現(xiàn)象日漸突出，成為礦山采掘作業(yè)重要安全問(wèn)題。

1 凡口鉛鋅礦深部巖爆基本特征

1.1 巖爆程度輕微

巖爆是一種巖體中聚積的彈性變形勢(shì)能在一定條件下的突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來(lái)的現(xiàn)象。凡口鉛鋅礦獅嶺和獅嶺南的深部中段已成為主要生產(chǎn)中段，在采掘作業(yè)中，巖爆時(shí)有發(fā)生。從近年發(fā)生巖爆的采掘作業(yè)面現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析看，巖爆發(fā)生時(shí)一般圍巖成塊狀、板狀或鱗片狀冒落或剝落，并伴隨有爆裂聲，但幾乎沒(méi)有出現(xiàn)比較嚴(yán)重的彈射現(xiàn)象。如獅嶺-650 m一分段S1#VCR采場(chǎng)下部硐室在掘進(jìn)過(guò)程中多次發(fā)生巖爆，頂板邊幫塊狀、板狀爆裂，并伴有爆裂聲，預(yù)留的礦柱在巖爆后經(jīng)過(guò)多次松石處理，礦柱比原來(lái)小了很多(圖1)。獅嶺-550 m一分段209#aS采場(chǎng)在切采作業(yè)時(shí)也發(fā)生過(guò)巖爆現(xiàn)象，頂板邊幫剝落冒落密集，工區(qū)暫停了該作業(yè)點(diǎn)，幾天后巖爆現(xiàn)象消失。總的來(lái)說(shuō)，從歷次觀察到巖爆的情況看，僅有巖層、巖片剝落，而沒(méi)有出現(xiàn)彈射現(xiàn)象，因此凡口鉛鋅礦的巖爆應(yīng)屬于弱巖爆。

圖1 Sh-650mS1#VCR采場(chǎng)下部硐室?guī)r爆

1.2 巖爆深度較大

巖爆發(fā)生的條件是巖體中有較高的地應(yīng)力，并且超過(guò)了巖石本身的強(qiáng)度。隨著礦山開(kāi)采深度的加大圍巖地應(yīng)力也逐漸增高，巖爆發(fā)生的數(shù)量、強(qiáng)度也必然增加，研究表明巖爆發(fā)生頻度隨開(kāi)采深度增加呈冪指數(shù)關(guān)系。不同地區(qū)的礦山發(fā)生巖爆的臨界深部不同，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析，美國(guó)為150 m，加拿大為180 m，前蘇聯(lián)為200 m，南非為300 m，印度為480 m[5]，而我國(guó)的礦山一般在200 m以下深度的采掘工程即可以出現(xiàn)巖爆。

巖爆主要發(fā)生在獅嶺深部-500 m以下和獅嶺南-400 m以下，而上部中段沒(méi)有發(fā)生巖爆的記錄。從凡口鉛鋅礦的統(tǒng)計(jì)中看，發(fā)生巖爆最淺的是獅嶺南-455 m一分段209#中采場(chǎng)，距地表深度將近580 m，因此凡口鉛鋅礦發(fā)生巖爆深度較大。

1.3 間柱采場(chǎng)巖爆明顯

獅嶺深部地段在2011年以前主要采礦房，雖然地壓?jiǎn)栴}比較突出，但發(fā)生巖爆現(xiàn)象少見(jiàn)。近年來(lái)，逐漸開(kāi)始回采間柱，在間柱的回采過(guò)程中，巖爆現(xiàn)象逐漸增多，而且多發(fā)生在采場(chǎng)找邊、切采環(huán)節(jié)。如Sh-600mS2#S、S2#N、N9#和Sh-650mS1#等VCR采場(chǎng)硐室在切采過(guò)程中都出現(xiàn)過(guò)巖爆現(xiàn)象。

凡口鉛鋅礦充填系統(tǒng)完善，礦房采畢后都及時(shí)進(jìn)行充填，但充填體與間柱的礦塊、圍巖不是一個(gè)整體，應(yīng)力發(fā)生了重新分布，出現(xiàn)了二次應(yīng)力集中，礦塊、圍巖儲(chǔ)聚的應(yīng)力進(jìn)一步增加，導(dǎo)致巖爆發(fā)生。

1.4 沿礦體走向布置的采場(chǎng)巖爆明顯

凡口鉛鋅礦在回采設(shè)計(jì)中對(duì)于沿走向延伸較長(zhǎng)，沿傾向厚度小的礦體，一般是沿礦體走向布置采場(chǎng)。如獅嶺南Sh209、Sh210礦體和獅嶺深部南盤(pán)的Sh209礦體等。在近年統(tǒng)計(jì)中，這類采場(chǎng)(采掘作業(yè)面)發(fā)生巖爆占較大比例。如Shn-455m209#a中、209#aN。中南大學(xué)羅周全教授等在2013年曾經(jīng)對(duì)凡口深部作三維地應(yīng)力測(cè)量及其分布規(guī)律研究，結(jié)果認(rèn)為，凡口鉛鋅礦深部南北向的水平應(yīng)力σy均大于東西向的水平應(yīng)力分量σx，南北向水平構(gòu)造應(yīng)力占優(yōu)[1](表1)。這與深部沿礦體走向布置采場(chǎng)巖爆的發(fā)生有著必然聯(lián)系。

1.5 獅嶺深部0#穿以南巖爆明顯

獅嶺深部0#穿以南礦體規(guī)模較小，礦石類型相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為方鉛礦和閃鋅礦，而且礦石品位較高，巖爆現(xiàn)象尤為突出，多個(gè)采場(chǎng)發(fā)生過(guò)巖爆。如：Sh-550mS3#N、S3#S、S4#和S5-7#、Sh-600mS2#S、S2#N、Sh-650mS1#等采場(chǎng)，回采過(guò)程中礦體先后都發(fā)生過(guò)不同程度的巖爆。這與羅周全教授在研究報(bào)告中提到的“在凡口鉛鋅礦深部中段的南部，某些區(qū)域最大主應(yīng)力值達(dá)到30 MPa以上”相符。

表1 深部各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力分量計(jì)算結(jié)果表[ 1 ]

2 與巖爆有關(guān)地質(zhì)因素分析

地下開(kāi)采礦山的巖爆與地質(zhì)巖性、構(gòu)造、地下水等有密切關(guān)系。巖爆一般發(fā)生在巖體干燥、堅(jiān)硬、完整無(wú)裂隙的部位。當(dāng)巖體中有較高的地應(yīng)力，并且超過(guò)了巖石本身的強(qiáng)度，同時(shí)巖石具有較高的脆性度和彈性，在這種條件下，一旦由于地下工程活動(dòng)破壞了巖體原有的平衡狀態(tài)，巖體中積聚的能量導(dǎo)致巖石破壞發(fā)生巖爆。

2.1 構(gòu)造因素

凡口鉛鋅礦床位于曲仁斷陷盆地，礦區(qū)褶皺、斷層特別發(fā)育，礦體的大小、形態(tài)、產(chǎn)狀都受到褶皺、斷層及層間滑動(dòng)構(gòu)造的控制。在回采過(guò)程中，構(gòu)造應(yīng)力與巖爆的發(fā)生有很大關(guān)系。

2.1.1 褶皺構(gòu)造

凡口礦區(qū)以北西向凡口復(fù)式向斜為主體，西南翼次級(jí)褶皺有獅嶺背斜、金星嶺背斜等多個(gè)向斜和背斜(圖2)。獅嶺和獅嶺南區(qū)段的礦體都賦存在獅嶺背斜兩翼，如Sh209a、Sh210a、Sh214a、Sh216a、Sh217a等主要礦體都賦存在獅嶺背斜的兩翼。

獅嶺背斜軸向近南北，軸面向東傾斜，兩翼不對(duì)稱。背斜的核部位于深部獅嶺-獅嶺南軸線，地層為泥盆系東崗嶺階(D2d)(圖3)，主要為硬度較大的粉砂質(zhì)灰?guī)r。褶皺構(gòu)造中的硬質(zhì)巖石是應(yīng)變能儲(chǔ)備有利場(chǎng)所。獅嶺背斜構(gòu)造及其特定的地層為深部巖爆的發(fā)生提供了有利條件。

2.1.2 斷層構(gòu)造

凡口礦區(qū)主要斷層有NNE、NE、NW和EW向等四組，其中NNE和NE向的斷層是礦區(qū)主要的控礦大斷層，這類斷層有F3、F4、F101、F102等(圖4)。它控制了凡口深部礦帶的展布及礦體形態(tài)、產(chǎn)狀。F3

圖2 凡口鉛鋅礦地質(zhì)構(gòu)造略圖

圖3 凡口鉛鋅礦床地質(zhì)剖面圖(1∶10000)

圖4 -550 m中段地層、構(gòu)造、礦體分布地質(zhì)平面圖

斷層為右行平移逆斷層，走向NNE，傾向東偏南，在深部?jī)A角較陡，局部地方垂直甚至反傾，破碎帶寬常見(jiàn)0.5～2 m，部分地段超過(guò)10 m，破碎帶中充填大量的礦石角礫、圍巖角礫、方解石角礫，擠壓后成構(gòu)造透鏡體、糜棱巖，被泥質(zhì)物膠結(jié)，膠結(jié)強(qiáng)度差，片理化強(qiáng)烈，斷層上下盤(pán)巖層經(jīng)常出現(xiàn)牽引褶曲。

中南大學(xué)在凡口深部曾做地應(yīng)力實(shí)測(cè)，結(jié)果表明，凡口深部地應(yīng)力場(chǎng)具有典型的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征：水平應(yīng)力值普遍大于垂直應(yīng)力值，水平構(gòu)造應(yīng)力對(duì)地應(yīng)力場(chǎng)的分布狀態(tài)起主導(dǎo)作用，南北向水平構(gòu)造應(yīng)力占優(yōu)[1]，說(shuō)明凡口礦區(qū)F3斷層在深部構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中影響最大，它的規(guī)模、走向及分布形態(tài)直接影響最大主應(yīng)力的方向和大小。當(dāng)采掘工程靠近F3斷層時(shí)，斷層面上的正應(yīng)力減小，從而使斷層面的摩擦阻力降低，導(dǎo)致局部礦巖體發(fā)生松弛現(xiàn)象，從而造成局部應(yīng)力向斷層兩側(cè)一定范圍的圍巖中轉(zhuǎn)移，引起斷層局部突然重新活動(dòng)，進(jìn)而在距離斷層構(gòu)造一定距離范圍內(nèi)形成構(gòu)造應(yīng)力增高區(qū)，引發(fā)巖爆活動(dòng)。如Sh-550mS4、Sh-600mS2#S、S2#N、Sh-650mS1#等采場(chǎng)發(fā)生巖爆的位置都是在F3斷層下盤(pán)20～30 m范圍。

2.1.3 節(jié)理及層間構(gòu)造

凡口礦區(qū)圍巖和礦體中節(jié)理及層間構(gòu)造十分發(fā)育(圖5、圖6)。在采掘工程開(kāi)挖前，層面之間非常緊閉，地應(yīng)力集中，但隨著采準(zhǔn)工程的施工，由于爆破擾動(dòng)，應(yīng)力發(fā)生遷移，巖層沿層間構(gòu)造分離崩裂進(jìn)而產(chǎn)生巖爆。凡口礦區(qū)節(jié)理有張性節(jié)理，也有剪節(jié)理，而且節(jié)理有多組，相互交錯(cuò)，當(dāng)掌子面與斷裂或節(jié)理走向平行時(shí)，極容易觸發(fā)巖爆。

圖5 層間構(gòu)造 (a 礦體;b圍巖)

圖6 巖石中多組節(jié)理

2.2 地層巖性因素

地層的巖性是巖爆發(fā)生的重要因素。巖石越硬，其抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度越高，塑性變形越小， 主要表征具有很明顯的彈性變形特征。因此，在構(gòu)造改造過(guò)程中能儲(chǔ)備很高的彈性應(yīng)變能[3]。在礦山采掘過(guò)程中，應(yīng)力環(huán)境發(fā)生改變，儲(chǔ)備在硬巖中的應(yīng)變能就會(huì)釋放出來(lái)，從而可能引發(fā)巖爆。

凡口鉛鋅礦區(qū)從古生界至第四系地層發(fā)育較為齊全，其中的中、上泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)碳酸鹽巖沉積建造是本區(qū)鉛鋅多金屬礦床最主要的賦礦層位。礦區(qū)深部的地層從老到新有：中泥盆統(tǒng)東崗嶺階(D2d)、上泥盆統(tǒng)天子嶺組(D3t)，主要巖性是不純碳酸鹽巖。采掘工程揭露地層展布總體上南高北低，舒緩波狀，傾向東或東偏北，傾角變化較大。

中泥盆統(tǒng)東崗嶺階下亞階(D2da)：致密塊狀灰白云巖、青灰色粉砂巖、細(xì)砂巖夾黑色泥質(zhì)頁(yè)巖，巖石脆且硬，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面常見(jiàn)鈣質(zhì)、鐵質(zhì)。該地層主要分布在西部(開(kāi)拓工程以西)和獅嶺-650m中段南部F3斷層上盤(pán)。從勘探工程揭露，該地層不含礦。

中泥盆統(tǒng)東崗嶺階上亞階(D2db)：層狀、薄層狀白云質(zhì)粉砂巖、層紋狀、條紋瘤狀粉砂質(zhì)灰?guī)r。順層構(gòu)造發(fā)育，受擠壓或風(fēng)化后容易沿著層理面裂開(kāi)形成薄板狀、薄片狀，礦山也稱之為“薄餅狀”粉砂質(zhì)灰?guī)r(圖7)，分布范圍廣，在采礦過(guò)程中容易產(chǎn)生層間滑動(dòng)，特別是獅嶺南礦體開(kāi)采中邊幫容易滑脫。D2db地層是重要的含礦層位，深部Sh209、Sh210、Sh217等礦體均賦存在該地層中。

圖7 中泥盆統(tǒng)東崗嶺階上亞階(D2db)層狀粉砂巖

上泥盆統(tǒng)天子嶺組下亞組(D3ta)：致密塊狀鮞粒灰?guī)r、瘤狀、條帶瘤狀灰?guī)r，局部可見(jiàn)薄層互層的灰?guī)r、泥灰?guī)r，遇水易溶化、塌落。生物碎屑發(fā)育，常見(jiàn)腕足類及群體珊瑚化石，底部普遍見(jiàn)大同心狀核形石，方解石脈發(fā)育，常見(jiàn)網(wǎng)格狀分布，受力作用下容易沿方解石脈破裂(圖8)。D3ta地層是重要的賦礦層位，主要礦體有Sh214、Sh216、Sh32等。

上泥盆統(tǒng)天子嶺組中亞組(D3tb)：深灰色瘤狀、條帶瘤狀灰?guī)r，夾生物碎屑灰?guī)r，底部常見(jiàn)核形石，黃鐵礦化強(qiáng)烈，方解石脈中等發(fā)育，泥碳質(zhì)含量高，膠結(jié)程度差，遇水容易膨脹、溶化，圍巖穩(wěn)固性較差(圖9)。主要分布在北部F3斷層下盤(pán)。是重要的含礦層位，主要礦體有Sh214、Sh216、Sh32等。

圖8 上泥盆天子嶺組下亞組(D3ta)灰?guī)r

圖9 上泥盆天子嶺組中亞組(D3tb)條帶瘤狀灰?guī)r

凡口鉛鋅礦深部巖爆發(fā)生區(qū)域主要為獅嶺和獅嶺南的D2db粉砂巖、粉砂質(zhì)灰?guī)r中，巖石硬脆，呈厚層狀或中厚層狀，抗變形能力強(qiáng)，而且在獅嶺深部和獅嶺南區(qū)段地層完整、穩(wěn)定，這些都為導(dǎo)致巖爆的彈性應(yīng)變能量聚積提供了有利條件。而上泥盆統(tǒng)天子嶺組灰泥碳質(zhì)含量高，巖脆性小，局部夾有泥灰?guī)r，不具備儲(chǔ)存較高彈性應(yīng)變能條件，難以積累高應(yīng)力發(fā)生巖爆(表2)。

表2 凡口鉛鋅礦深部礦巖物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果表[6]

2.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造因素

深部礦體主要為Sh32a、Sh33a、Sh209a、Sh210a、Sh214a、Sh217a等礦體。礦石主要為塊狀黃鐵鉛鋅礦、條帶狀黃鐵鉛鋅礦、塊狀黃鐵礦。

Sh33a、Sh32a礦體：賦存在獅嶺-455m中段以上F3上下盤(pán)D2db、D3ta地層中。礦石為黃鐵鉛鋅礦，常見(jiàn)塊狀構(gòu)造、松散狀、粉狀構(gòu)造。獅嶺-400 m和-455 m中段回采過(guò)程經(jīng)常發(fā)生垮幫冒頂，但松散狀、粉狀礦石不具備產(chǎn)生巖爆的條件，因此獅嶺-400 m和-455 m中段礦體中沒(méi)有發(fā)生過(guò)巖爆。

Sh209a、Sh210a礦體：賦存于獅嶺、獅嶺南西部D2db地層中，順層產(chǎn)出，礦體形態(tài)復(fù)雜，呈似層狀、脈狀、透鏡狀等，沿走向和傾向分支復(fù)合較多，其南端依附在F3斷層上，向北逐漸遠(yuǎn)離F3斷層。礦石類型主要為致密塊狀黃鐵鉛鋅礦，在-650 M中段N2穿以南、-600 M中段S1穿以南鉛鋅品位較高。這兩個(gè)礦體在獅嶺-550、-600 m中段和獅嶺南-455 m中段北部回采中均發(fā)生過(guò)巖爆，這與礦石的致密塊狀有關(guān)。

Sh214a礦體：賦存在F3斷層的下盤(pán)的D3ta地層中，在獅嶺-600 m中段北部礦體局部與Sh209a礦體復(fù)合在一起。礦體受F3斷層控制，依附斷層上礦體迅速變大，離開(kāi)斷層急劇變小，北部被單一黃鐵礦分成數(shù)條礦體在平剖面上礦體形態(tài)極不規(guī)則，沿走向和傾向分支復(fù)合較多，礦石品位變化較大，由南往北品位逐漸下降。主要礦石類型有塊狀黃鐵鉛鋅礦和單一黃鐵礦，獅嶺北(N1穿以北)礦體規(guī)模較大，出現(xiàn)單一黃鐵礦與鉛鋅礦相互穿插共生，礦石構(gòu)造有致密塊狀、條帶狀、粉狀。

Sh217a礦體：主要出現(xiàn)獅嶺南-400 m以上中段和Sh-600 M中段的北部，F(xiàn)3斷層上盤(pán)。礦體規(guī)模較小，往下尖滅，平均厚度約3 m，品位較低。礦石類型主要為塊狀黃鐵鉛鋅礦、黃鐵礦、粉狀黃鐵礦礦。

2.4 地下水因素

地下水對(duì)巖層的滲透軟化作用，減弱了巖爆的發(fā)生，通常在有地下水活動(dòng)的濕潤(rùn)地段，圍巖中的地應(yīng)力可以更好地釋放或者向圍巖深部轉(zhuǎn)移，故不易發(fā)生巖爆。凡口鉛鋅礦獅嶺南Sh209a、Sh210a礦體南部從-320 m到-455 m中段滲水較大，礦體和巖層長(zhǎng)期處于濕潤(rùn)狀態(tài)，礦石和圍巖硬度和脆性降低，基本上無(wú)巖爆現(xiàn)象發(fā)生。

3 巖爆的防范措施

巖爆是高地應(yīng)力、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、開(kāi)挖擾動(dòng)等多種因素導(dǎo)致的結(jié)果。目前，凡口鉛鋅礦采礦作業(yè)重心已經(jīng)向深部轉(zhuǎn)移，巖爆現(xiàn)象開(kāi)始增多。礦山技術(shù)部門(mén)對(duì)巖爆危害的認(rèn)識(shí)也逐步深刻，通過(guò)收集、分析發(fā)生巖爆的作業(yè)點(diǎn)資料，結(jié)合礦山礦巖地質(zhì)特征，提出了一系列行之有效的防范措施，減少了巖爆的發(fā)生及危害。

3.1 施工超前孔

施工采掘工程時(shí)，在巷道、采場(chǎng)的邊幫或掌子面施工超前孔，孔深一般2～3 m，達(dá)到釋放應(yīng)力目的，能有效減輕圍巖的應(yīng)力集中程度，使應(yīng)力集中向圍巖深部進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同時(shí)使圍巖積聚的彈性應(yīng)變能提前耗散，有效地降低了圍巖發(fā)生巖爆的風(fēng)險(xiǎn)性。必要時(shí)也可以施工部分徑向應(yīng)力釋放孔，鉆孔方向應(yīng)垂直巖面，間距1 m左右，效果更好。

3.2 軟化圍巖

軟化圍巖最常用的辦法是對(duì)圍巖噴水或注水。長(zhǎng)期以來(lái)，凡口礦的采掘工程在爆破后作業(yè)人員一般會(huì)先對(duì)采準(zhǔn)工程的邊幫進(jìn)行灑水，主要目的是降塵，但同時(shí)也起到減少巖爆發(fā)生的作用。灑水過(guò)程中，水分滲入巖石孔隙，與巖石礦物中的離子發(fā)生作用，引起巖石軟化、膨脹，使巖層強(qiáng)度降低。

巖石的軟化系數(shù)越小，采用噴水方式對(duì)降低巖石的強(qiáng)度效果越好。凡口礦深部地層主要是D2db粉砂巖，巖性較脆，但其軟化系數(shù)較小(表3)，在開(kāi)挖采掘工程時(shí)，如果對(duì)作業(yè)面的巖層充分噴水就能很大程度較少巖爆的發(fā)生。對(duì)部分D3ta灰?guī)r，軟化系數(shù)較大，噴水效果如果不理想，可以先施工超前孔，然后向孔內(nèi)壓水，水的劈裂作用使巖石微裂隙擴(kuò)展，節(jié)理張開(kāi)，降低圍巖表面張力，從而降低巖體儲(chǔ)備彈性應(yīng)變能。

表3 部分脆性巖石的軟化系數(shù)[4]

3.3 柔性支護(hù)

井下采掘工程揭露應(yīng)力集中、易引發(fā)巖爆的礦巖層時(shí)，采用“短進(jìn)尺、弱爆破”掘進(jìn)，降低對(duì)礦巖體的擾動(dòng)。同時(shí)要及時(shí)實(shí)施錨索支護(hù)、錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)等柔性支護(hù)措施(圖10)，必要時(shí)在支護(hù)完畢后進(jìn)一步噴漿。采取錨網(wǎng)噴漿聯(lián)合支護(hù)，在施工過(guò)程中，使鐵絲網(wǎng)緊靠巖體面與錨桿連成一體，然后進(jìn)行噴射混凝土，可有效地提高結(jié)構(gòu)的整體支護(hù)能力，盡可能減少巖層暴露的時(shí)間，防止巖塊的彈射和塌落。

3.4 使用光面爆破

多年來(lái)，凡口礦在井下采掘工程中一直大力推行光面爆破(圖11)。通過(guò)多打炮眼少裝藥，嚴(yán)格控制用藥量，盡可能減少爆破對(duì)圍巖的影響并使開(kāi)挖斷面盡可能規(guī)則。對(duì)構(gòu)造發(fā)育、礦巖結(jié)構(gòu)差的地段，為獲得光面爆破效果，在施工采掘工程時(shí)，施工雙層光面爆破孔。

圖10 巷道邊幫頂板錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)

采掘工程的邊幫和頂板采用光面爆破后，一方面有效減少了松石量，另一方面，也減小局部應(yīng)力集中發(fā)生的可能性，很大程度避免了巖爆的發(fā)生。

圖11 巷道頂板采用光面爆破

3.4 合理選擇巷道施工位置

D2d粉砂巖、粉砂質(zhì)灰?guī)r具有硬度大、脆性大、抗變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于彈性應(yīng)變能量聚積而產(chǎn)生巖爆，所以在深部施工巷道時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)D2d粉砂巖、粉砂質(zhì)灰?guī)r，選擇D3ta塊狀鮞粒灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r。

[1] 羅周全等．凡口鉛鋅礦深部三維地應(yīng)力測(cè)量及其分布規(guī)律研究報(bào)告[R]．廣東： 1990.

[2] 陳明祥, 侯發(fā)亮．巖石損傷模型與巖爆機(jī)理[R]．北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[3] 周維垣．高等巖石力學(xué)[M]．北京：水利水電出版社，1990.

[4] 沈明榮．巖體力學(xué)[M]．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2000.

[5] 唐紹輝，吳壯軍，陳向華．地下深井礦山巖爆發(fā)生規(guī)律及形成機(jī)理研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(8).

[6] 廣東韶關(guān)凡口鉛鋅礦礦巖及充填體物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試報(bào)告[R]．湖南：中南大學(xué)，2013.

On Deep Rockburst Geological Factors and Precautionary Measures of Fankou Lead-zinc Mine

YUAN Guiqiang

(Shenzhen Zhongjin Lingnan Nonfemet Company Limited Fankou Lead-zinc Mine,Shaoguan,Guangdong 512325)

In the process of deep mining, the underground mine disturbed the initial stress field around roadway ore-rock, which led to the ore rock unstability, collapse, catapult and other rockburst phenomenons. At present, the main mining operation core is in the deep levels. Compared with the upper levels, the deep levels have high ground pressure and stress concentration. The mine rock stability weaken. The roof caving of the stope and roadway sidewall increase. The rockburst occurs repeatedly. All of them have great harm to the mining operation. Through analyzing the features and characteristics of distribution of Fankou deep rockburst, this article elaborated the relationship between rockburst and geological factor and put forward effective precautionary measure.

Rockburst; Geological Factor; Crustal Stress

原桂強(qiáng)(1970-), 男，漢族，工程師，湖南湘鄉(xiāng)人。

TD80

A

1671-3818(2016)03-0037-06