凌源日興金礦巖體結(jié)構(gòu)面調(diào)查及特征分析

高永春 王從雨 范文亮 繆國(guó)衛(wèi) 劉亞?wèn)|

摘要：隨著凌源日興金礦采深不斷增大，工程地質(zhì)和礦體賦存條件越來(lái)越復(fù)雜，開(kāi)展巖體結(jié)構(gòu)面調(diào)查等地質(zhì)工作十分必要。介紹了凌源日興金礦地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)面調(diào)查方法，對(duì)不同中段巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了調(diào)查及統(tǒng)計(jì)，采用直方圖及Dips軟件生成的極點(diǎn)圖、等密圖、玫瑰圖等方法對(duì)結(jié)構(gòu)面調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行了特征分析，確定了優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，并分析了巖體結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體質(zhì)量的影響，為巖體工程穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)及采礦方案設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深部開(kāi)采;工程地質(zhì);結(jié)構(gòu)面;巖體質(zhì)量;穩(wěn)定性

中圖分類(lèi)號(hào)：TD863+.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2020）04-0042-04doi：10.11792/hj20200409

凌源日興礦業(yè)有限公司（原柏杖子金礦，下稱(chēng)“凌源日興金礦”）位于遼寧省凌源市南部與河北省承德市交界處，現(xiàn)為中國(guó)黃金集團(tuán)有限公司全資子公司。目前，隨著礦山開(kāi)拓工程和采礦作業(yè)不斷向深部發(fā)展，工程地質(zhì)和礦體賦存條件變得越來(lái)越復(fù)雜。為了在復(fù)雜的工程地質(zhì)條件下維護(hù)采礦工程的穩(wěn)定性，保證礦山安全、高效的生產(chǎn)，必須對(duì)影響地下采礦系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種地質(zhì)和工程因素進(jìn)行評(píng)價(jià)[1-3]。調(diào)查結(jié)構(gòu)面的分布特征、測(cè)量相關(guān)參數(shù)已成為巖體工程穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)及采礦方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。

1 地質(zhì)條件

凌源日興金礦區(qū)域上位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)北緣。該礦床產(chǎn)出于柏杖子花崗巖體及外接觸帶，礦帶和礦體的空間分布受巖體的形態(tài)、斷層、圍巖性質(zhì)等因素制約。目前，該礦區(qū)內(nèi)已知礦體絕大部分賦存于北東向、北北東向斷裂中，少量賦存于北西向及近東西向斷裂內(nèi)，北東向礦體構(gòu)成該礦床的主體。北東東向、北西向及近東西向的礦體，延長(zhǎng)、延深多在數(shù)十米左右，規(guī)模不大。

根據(jù)現(xiàn)有工程的控制情況，礦區(qū)內(nèi)共圈出49條礦體，礦體產(chǎn)狀變化較大。礦體類(lèi)型為石英脈型和蝕變花崗巖型。石英脈型大多產(chǎn)于大紅峪組石英砂巖的破碎帶內(nèi)，蝕變花崗巖型主要產(chǎn)于花崗巖體中。

2 結(jié)構(gòu)面調(diào)查方法

本次研究以井下巷道幫壁為巖體出露面進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查[4-5] ，即在巖體出露面上布設(shè)一條測(cè)線，用來(lái)測(cè)量和描述與測(cè)線相交的結(jié)構(gòu)面的特征。測(cè)線布置在坑道壁面，測(cè)尺距底板1 m，沿坑道壁面水平拉緊，測(cè)尺一端為該測(cè)線的基點(diǎn)，從基點(diǎn)開(kāi)始沿測(cè)線方向?qū)Ω鳂?gòu)造因素進(jìn)行測(cè)定，測(cè)尺上、下1 m作為測(cè)量范圍，測(cè)線布置見(jiàn)圖1?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)各出露的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行觀察，記錄其與測(cè)線相交的位置及結(jié)構(gòu)面類(lèi)型、基距、產(chǎn)狀、位置、持續(xù)性、粗糙度、張開(kāi)度、滲水性等指標(biāo)。

3 結(jié)構(gòu)面調(diào)查及特征分析

本次巖體結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)調(diào)查在凌源日興金礦90中段、60中段、-30中段、-110中段共選取8條穿脈布設(shè)了8條測(cè)線，總長(zhǎng)375.5 m。統(tǒng)計(jì)所得到的結(jié)構(gòu)面信息可知：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查共得到節(jié)理和結(jié)構(gòu)面307條，結(jié)構(gòu)面分布密度0.82個(gè)/m。其中，90中段共獲得結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀數(shù)據(jù)66條，60中段共獲得結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀數(shù)據(jù)78條，-30中段（中部）共獲得結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀數(shù)據(jù)94條，-110中段（下部）共獲得節(jié)理產(chǎn)狀數(shù)據(jù)69條。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，主要圍巖類(lèi)型為石英砂巖、花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖，巖石較破碎，穩(wěn)定性較差，斷層、節(jié)理發(fā)育較多，斷層面多充填黏土，節(jié)理持續(xù)性比較好，部分呈張開(kāi)狀態(tài)，零星發(fā)育碳酸巖脈或石英細(xì)脈。結(jié)構(gòu)面整體以貫通性好的節(jié)理和斷層為主。張開(kāi)度以微張和張開(kāi)為主，充填物以角礫和石英為主，堅(jiān)硬度以堅(jiān)硬和較堅(jiān)硬為主，除個(gè)別地點(diǎn)出現(xiàn)少量結(jié)構(gòu)面風(fēng)化及滲水外，其余地點(diǎn)均極少出現(xiàn)風(fēng)化及滲水現(xiàn)象。

3.1 結(jié)構(gòu)面傾角分布

節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀在很大程度上控制著巖塊和巖體的破壞機(jī)制，并影響巖塊和巖體的變形和強(qiáng)度性能，全區(qū)域結(jié)構(gòu)面傾角分布見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，整個(gè)調(diào)查區(qū)域傾角集中在30°～90°，占比達(dá)到96.1 %左右。其中，傾角40°～80°所占比例最大，為74.3 %，且在40°～50°、50°～60°、60°～70°、70°～80°分布比較平均。

3.2 結(jié)構(gòu)面特征

為了得到優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀信息，對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行特征分析[6-7]，將統(tǒng)計(jì)的結(jié)果導(dǎo)入 Dips 地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理[3]。Dips軟件是一款基于地質(zhì)數(shù)據(jù)的方位交互分析軟件。它具有多種應(yīng)用，既適合

做簡(jiǎn)單的地質(zhì)數(shù)據(jù)分析，也可為熟練赤平投影的用戶(hù)在地質(zhì)數(shù)據(jù)分析時(shí)提供更多的高級(jí)工具。Dips軟件用于描述結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)面分布的統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)輸入后的數(shù)據(jù)分析可以得到極點(diǎn)圖、玫瑰圖、等值線圖等，并可通過(guò)極點(diǎn)等值線確定出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀。各中段及全區(qū)域結(jié)構(gòu)面極點(diǎn)圖、玫瑰圖和等值線圖分別見(jiàn)圖3、圖4和圖5。

對(duì)圖3～ 5的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以看出：結(jié)構(gòu)面主要有斷層（TF）、節(jié)理（JN）、巖脈（VN）、剪切面（SR）和巖性接觸面（BD）5種類(lèi)型，以貫通性好的節(jié)理和斷層為主，零星發(fā)育碳酸巖脈或石英細(xì)脈，巖性接觸面和剪切面發(fā)育較少。結(jié)構(gòu)面傾角相對(duì)比較集中，傾向比較分散，在這一區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面的傾向傾角大體分布在幾個(gè)區(qū)域內(nèi)。傾向分散分布在60°～160°、290°～10°，傾角集中在50°～80°。從圖3可以看出各極點(diǎn)分布在相對(duì)集中的幾個(gè)區(qū)域內(nèi)。

在等值線圖（見(jiàn)圖5）上占比較高的地區(qū)添加窗口，生成赤平投影大圓，該圓的產(chǎn)狀就是優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。通過(guò)該方法統(tǒng)計(jì)及分析可知：90中段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為291°∠44°、253°∠47°、147°∠83°、95°∠51°;60中段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為2°∠68°、67°∠77°、75°∠43°、105°∠52°、131°∠37°;-30中段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為93°∠70°、329°∠79°、310°∠61°;-110中段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為140°∠81°、271°∠75°、266°∠40°、1°∠54°、325°∠62°;全區(qū)域優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為330°∠79°、309°∠60°、1°∠67°、140°∠80°、77°∠48°、119°∠48°;結(jié)構(gòu)面整體較陡，50°～90°的傾角所占比例達(dá)到了70 %，局部出現(xiàn)較緩的結(jié)構(gòu)面。

4 巖體結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體質(zhì)量的影響

為了使本次工程地質(zhì)調(diào)查對(duì)礦山設(shè)計(jì)有更好的指導(dǎo)意義，本文討論和分析了不同的結(jié)構(gòu)面情況可能對(duì)巖體質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

4.1 平巷工程的影響

當(dāng)結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度較小且間距較大時(shí)，其對(duì)地下開(kāi)挖工程的影響較小;而當(dāng)結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度好且密集時(shí)，這一區(qū)域發(fā)生頂板冒落或片幫的可能性較大[8]。其中，當(dāng)結(jié)構(gòu)面的走向與平巷的走向垂直或夾角較大，且傾角較大時(shí)，對(duì)巖體的影響最小，垮塌的范圍集中在破碎帶內(nèi)，或者頂板沿著破碎帶發(fā)生局部的冒落;而當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角較小與平巷相交時(shí)，則平巷掘進(jìn)時(shí)需要在支護(hù)條件下方能進(jìn)行。

當(dāng)結(jié)構(gòu)面的走向與平巷的走向平行或夾角很小，且結(jié)構(gòu)面傾角較大時(shí)，對(duì)巖體穩(wěn)定性最為不利。結(jié)構(gòu)面與平巷的相交位置在頂板或兩幫都會(huì)造成較大范圍的巖體破壞：在頂板容易發(fā)生錯(cuò)位移動(dòng)破壞，在兩幫則易沿結(jié)構(gòu)面傾向發(fā)生滑動(dòng)破壞，具體破壞程度由結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度、充填物類(lèi)型及破碎程度等因素控制。施工時(shí)需要特別注意和避免這種情況。

4.2 采場(chǎng)的影響

結(jié)構(gòu)面的弱面控制巖體穩(wěn)定性，因此結(jié)構(gòu)弱面是影響采場(chǎng)穩(wěn)定的主控因素之一?？諈^(qū)圍巖在原巖應(yīng)力、圍巖應(yīng)力及結(jié)構(gòu)構(gòu)造作用下，首先在穩(wěn)定性最差的結(jié)構(gòu)弱面出現(xiàn)變形;然后，重新分布的圍巖應(yīng)力又加劇弱面的應(yīng)力集中和圍巖變形，從而加劇圍巖的破壞。當(dāng)采場(chǎng)遇到延深較大、含破碎帶、錯(cuò)動(dòng)較大的結(jié)構(gòu)面時(shí)，開(kāi)采過(guò)程中或開(kāi)采結(jié)束后發(fā)生巖體垮塌的可能性較大。

5 結(jié) 論

1）本次工程地質(zhì)調(diào)查范圍為凌源日興金礦90中段、60中段、-30中段、-110中段，測(cè)線總長(zhǎng)375.5 m，結(jié)構(gòu)面307個(gè)，結(jié)構(gòu)面分布密度0.82個(gè)/m，結(jié)構(gòu)面主要有5種類(lèi)型：斷層、節(jié)理、巖脈、剪切面和巖性接觸面，以貫通性好的節(jié)理和斷層為主。張開(kāi)度以微張和張開(kāi)為主，充填物以角礫和石英為主，堅(jiān)硬度以堅(jiān)硬和較堅(jiān)硬為主，除個(gè)別地點(diǎn)出現(xiàn)少量結(jié)構(gòu)面風(fēng)化及滲水外，其余地點(diǎn)均極少出現(xiàn)風(fēng)化及滲水現(xiàn)象。

2）整個(gè)調(diào)查區(qū)域傾角集中在30°～90°，占比達(dá)96.1 %左右，傾角40°～80°所占比例最大，為74.3 %，且分布比較平均。傾向比較分散，傾向分散分布在60°～160°、290°～10°。

3）全區(qū)域內(nèi)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為330°∠79°、309°∠60°、1°∠67°、140°∠80°、77°∠48°、119°∠48°。

4）結(jié)構(gòu)面整體較陡，傾角50°～90°占比達(dá)到70 %，局部出現(xiàn)較緩的結(jié)構(gòu)面。由于全區(qū)域結(jié)構(gòu)面傾角較陡，在沿結(jié)構(gòu)面特別是沿優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面走向開(kāi)挖時(shí)，較易發(fā)生片幫事故，在采場(chǎng)開(kāi)采過(guò)程中，結(jié)構(gòu)弱面容易先發(fā)生變形，施工時(shí)要多加注意，及時(shí)采取支護(hù)措施。

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Abstract：With increasing mining depth of Lingyuan Rixing Gold Mine，the engineering geology and ore body occurrence conditions in Lingyuan Rixng Gold Mine are becoming more complicated，making it necessary to carry out such geological work as investigation of the structural face of the rock mass.The paper introduced the method to investigate the geological conditions and structural face in Lingyuan Rixing Gold Mine，carried out investigation and did statistics of the structural face of the rock mass in different levels，analyzed the characteristics of the structural face investigation characteristics with the histogram and the point diagram，contour diagram，rose diagram generated with Dips software，decided the preferred structural face occurrence，analyzed the influence of rock mass structural face on rock mass，and provided basis for the stability analysis and evaluation for rock mass engineering and mining plan design.

Keywords：deep mining;engineering geology;structural face;rock mass;stability