云南大紅山鐵礦I號(hào)銅礦帶深部采區(qū)不良地質(zhì)條件調(diào)查研究

黃 冶

（昆鋼集團(tuán)玉溪大紅山礦業(yè)有限公司，云南 玉溪 653405）

1 采區(qū)巖體工程地質(zhì)條件

1.1 巖層地質(zhì)特征

大紅山鐵礦I號(hào)銅礦帶為古海底火山噴發(fā)沉積變質(zhì)鐵銅礦床，賦存于大紅山群曼崗河組第三巖性段（Ptdm3）中上部，為整體單斜層狀構(gòu)造，成層連續(xù)分布的一套火山噴發(fā)沉積變質(zhì)的變鈉質(zhì)凝灰?guī)r、石榴黑云片巖、石榴黑云白云石大理巖等交替迭置的含鐵銅礦體，總體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，層位穩(wěn)定，火山物質(zhì)（中基性凝灰質(zhì)）與陸源物質(zhì)（硅鋁質(zhì)、白云質(zhì)）沉積特征明顯，中西部礦體厚大且分層多，往深部、淺部變薄時(shí)，分層隨之減少或缺失，垂向上，由三個(gè)脈動(dòng)式火山噴發(fā)沉積旋回組成，韻律特征明顯，每一旋回中下部為變鈉質(zhì)凝灰?guī)r，中上部沉積過(guò)渡為變鈉質(zhì)沉凝灰?guī)r、石榴黑云片巖，頂部為沉積變質(zhì)的白云石大理巖[1]。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及不良地質(zhì)體

受區(qū)域主干構(gòu)造底巴都背斜、礦區(qū)F2斷層及成礦后次火山巖體影響，區(qū)內(nèi)斷層中等發(fā)育，采區(qū)回采工程共揭露礦床斷層兩條，分別為f1、f2斷層；節(jié)理裂隙、劈理較為發(fā)育，整體貫穿節(jié)理裂隙平均密度大于0.3條/m，小節(jié)理裂隙及劈理不計(jì)其數(shù)；另外，I號(hào)銅礦帶下盤(pán)產(chǎn)薄層炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶[2]。

1.2.1 斷層

f2斷層：產(chǎn)于B60線～B62線之間，產(chǎn)狀走向北偏東20°～30°，傾向NW或SE，傾角近于直立，斷面平直光滑，斷帶寬0.5m～1.8m，為灰褐色碎裂狀、碎屑狀、糜棱狀構(gòu)造角礫巖及碳酸鹽巖脈充填；往南呈兩個(gè)分支，延伸長(zhǎng)大于250m，為左行斜交壓扭性平移正斷層，水平及垂向斷距小于10m，該斷層為高角度壓扭性正平移斷層，經(jīng)分析推斷，應(yīng)為沿采區(qū)南側(cè)F2古斷層侵入次火山基性巖體而產(chǎn)生的派生構(gòu)造。

1.2.2 節(jié)理裂隙

通過(guò)對(duì)大紅山鐵礦I號(hào)銅礦帶深部采區(qū)400m、500m、600m三個(gè)中段62個(gè)作業(yè)面現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析，采區(qū)主要發(fā)育有兩組貫穿節(jié)理：

第一組節(jié)理：北東向斜交節(jié)理，走向45°～75°，傾向NW或SE，傾角60°～80°，少數(shù)近于直立，節(jié)理與地層走向斜交，在走向及傾向上延伸大于4m，節(jié)理面光滑平直，張開(kāi)度小于3mm，平均密度約0.2條/m～0.3條/m。

第二組節(jié)理：南東向平行節(jié)理，走向130°～145°，傾向NE或SW，傾角45°～80°，節(jié)理與地層走向近似平行，在走向及傾向上延伸大于5m，節(jié)理面光滑平直，張開(kāi)度小于5mm，少數(shù)達(dá)10mm以上，局部有碳酸鹽巖脈充填，平均密度約0.3條/m。

上述兩組節(jié)理獨(dú)生或交互共生，其中南東向平行節(jié)理較為發(fā)育，北東向斜交節(jié)理中等發(fā)育[3]。

調(diào)查區(qū)內(nèi)節(jié)理發(fā)育程度受地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造控制明顯，斷層兩側(cè)、巖性復(fù)雜及巖性過(guò)渡帶段節(jié)理較為發(fā)育，推斷區(qū)內(nèi)節(jié)理主要是沿采區(qū)南側(cè)F2古斷層充填的次火山基性巖體侵入所形成，其次為采區(qū)f2斷層派生、次生級(jí)構(gòu)造。

1.2.3 炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶

炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶產(chǎn)于Ⅰ號(hào)銅礦帶下盤(pán)，呈不規(guī)則薄層狀產(chǎn)出，在走向上呈北西-南東向連續(xù)分布（紅線部分為炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶，見(jiàn)圖1Ⅰ號(hào)銅深部采區(qū)400m中段420m分段炭質(zhì)板巖軟弱層帶平面分布圖），軟弱層帶產(chǎn)狀穩(wěn)定，為121°～146°∠34°～40°，厚度約1m～5m，層間滑移、錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象明顯，層面平直光滑，炭質(zhì)板巖層下硅質(zhì)板巖層呈碎裂狀和網(wǎng)脈角礫狀，巖體結(jié)構(gòu)較為破碎[4]。

1.3 工程地質(zhì)巖組及巖體結(jié)構(gòu)類型

1.3.1 工程地質(zhì)巖組

調(diào)查區(qū)主要分布于大紅山群曼崗河組第三巖性段（Ptdm3）中,揭露各類新鮮、無(wú)風(fēng)化石榴角閃綠泥片巖及石榴角閃黑云白云石大理巖，根據(jù)1988年相同礦床臨近礦山大紅山銅礦首采區(qū)勘探資料及昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院在《大紅山銅礦二期采礦方法試驗(yàn)研究巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定》中對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)做了測(cè)定，得出實(shí)驗(yàn)成果如下：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度49.21MPa～181.72MPa，單軸抗拉強(qiáng)度6.346MPa～8.8MPa，內(nèi)聚力11.17MPa～28.5MPa，內(nèi)摩擦角（）36.3°～ 45.4°，綜合各巖石力學(xué)參數(shù)，表明該區(qū)巖石屬堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬工程地質(zhì)巖組。

1.3.2 巖體結(jié)構(gòu)

調(diào)查區(qū)內(nèi)巖體地質(zhì)類型為中厚層條紋條帶狀火山沉積變質(zhì)的綠泥片巖及過(guò)渡大理巖，整體斷層稍有發(fā)育，節(jié)理裂隙及片理較為發(fā)育。參照采礦手冊(cè)巖石力學(xué)性質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r及凝灰?guī)r向片巖過(guò)渡地層巖體整體為塊狀結(jié)構(gòu)，斷層、節(jié)理裂隙及片理發(fā)育地段為碎裂結(jié)構(gòu)，石榴黑云片巖、大理巖及巖灰質(zhì)板巖段整體為層狀結(jié)構(gòu)，斷層、節(jié)理裂隙及片理發(fā)育地段為層狀碎裂結(jié)構(gòu)。綜合調(diào)查區(qū)內(nèi)各采場(chǎng)揭露地層巖性及構(gòu)造發(fā)育程度，區(qū)內(nèi)大部分巖體為塊狀—層狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造發(fā)育地段為塊狀—層狀碎裂結(jié)構(gòu)。

圖1 Ⅰ號(hào)銅深部采區(qū)400m中段420m分段炭質(zhì)板巖軟弱層帶平面分布圖

2 采區(qū)巖體穩(wěn)定性影響因素分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，結(jié)合上述工程地質(zhì)條件分析，調(diào)查區(qū)內(nèi)影響巖體穩(wěn)定性的因素主要如下。

2.1 地層巖性組合及巖層結(jié)構(gòu)

不同的巖石有著不同的巖體結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)，巖體穩(wěn)定亦受巖性的影響。調(diào)查區(qū)內(nèi)各采場(chǎng)揭露的各類巖體中，巖性組合及巖層結(jié)構(gòu)構(gòu)造各有特點(diǎn)，根據(jù)巖體穩(wěn)定性由好變差分述如下：凝灰?guī)r呈塊狀-厚層狀產(chǎn)出，穩(wěn)定性較好；石榴黑云白云石大理巖呈中-厚層狀產(chǎn)出，穩(wěn)定性中等；石榴黑云片巖呈薄層狀產(chǎn)出且層理發(fā)育，穩(wěn)定性較差；炭硅質(zhì)板巖呈薄層狀產(chǎn)出且層理、片理特征明顯，穩(wěn)定性最差。另外，由于巖體間巖層分界面及巖性過(guò)渡帶段節(jié)理層理發(fā)育，巖體穩(wěn)定性較差[5]。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

2.2.1 斷層

斷層破碎帶主要是圍巖角礫及鐵泥質(zhì)充填，碎塊狀、碎裂狀，糜棱狀構(gòu)造明顯，結(jié)構(gòu)疏松，穩(wěn)定性極差。斷層在形成或早期活動(dòng)時(shí)，使斷層兩測(cè)巖體沿應(yīng)力方向、軟弱結(jié)構(gòu)面及層理面派生大量節(jié)理裂隙及劈理，破壞巖體完整性，形成不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，沿臨空面極易產(chǎn)生垮塌。

2.2.2 節(jié)理裂隙及炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶

節(jié)理裂隙及炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶發(fā)育區(qū)段，巖體主要為松散結(jié)構(gòu)體，巖體結(jié)構(gòu)面間的凝聚力較低，易受外力作用或采區(qū)爆破擾動(dòng)影響，造成采場(chǎng)或巷道臨空面巖體失穩(wěn)，產(chǎn)生掉塊或垮塌。

2.3 水文及工程地質(zhì)

2.3.1 地下水活動(dòng)

地下水如沿?cái)鄬悠扑閹?、?jié)理裂隙、層理面滲透，將降低巖體結(jié)構(gòu)面間的凝聚力，特別是當(dāng)井下巖體被開(kāi)挖后，采場(chǎng)和巷道臨空面極易產(chǎn)生掉塊或垮塌。本調(diào)查區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有明顯的地下活動(dòng)。

2.3.2 井巷工程設(shè)計(jì)

井巷工程設(shè)計(jì)與地層、產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)、最大主應(yīng)力組合間的關(guān)系十分重要。當(dāng)井巷工程掘進(jìn)方向與巖層傾向近于一致時(shí)，分布于順層巖層中的井巷工程頂板和迎頭與節(jié)理、層理及裂隙組合成不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，且不易觀察判別并采取安全措施處理，容易發(fā)生頂板、片幫巖體失穩(wěn)垮塌；當(dāng)井巷工程的長(zhǎng)軸方向與最大主應(yīng)力方向垂直時(shí)，易產(chǎn)生巷道變形或頂板破壞，特別是工程交叉部位，地應(yīng)力集中或重新分布，引起地壓異常，對(duì)頂板和邊幫巖體的穩(wěn)定性影響較大。

2.3.3 采礦工程活動(dòng)

開(kāi)采過(guò)程中，施工周期、鑿巖爆破等工程活動(dòng)對(duì)采區(qū)巖體穩(wěn)定性均有影響。調(diào)查區(qū)采用點(diǎn)柱式上向水平分層充填采礦法，未及時(shí)充填的采場(chǎng)為應(yīng)力集中、釋放區(qū)，隨著暴露面積的增大，頂板巖體穩(wěn)定性隨之降低；鑿巖爆破擾動(dòng)會(huì)降低巖體軟弱結(jié)構(gòu)面（斷層、節(jié)理、裂隙、層理面）凝聚力，加速巖層分離，加劇圍巖變形破壞程度，降低巖體穩(wěn)定性[6]。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)本次采區(qū)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查并結(jié)合上述影響因素綜合分析，影響I號(hào)銅礦帶深部采區(qū)巖體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)條件主要包括斷層、炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶及較發(fā)育的節(jié)理裂隙致巖體結(jié)構(gòu)變差、地層巖性組合及巖體（層）結(jié)構(gòu)特征、采礦工程活動(dòng)及井巷工程設(shè)計(jì)的合理性[7]。

（2）根據(jù)影響程度，將影響I號(hào)銅礦帶深部采區(qū)巖體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)條件因素劃分為主要因素和次要因素，主要因素是斷層、炭硅質(zhì)板巖軟弱層帶、較發(fā)育的節(jié)理裂隙致巖體結(jié)構(gòu)變差、地層巖性組合及巖體（層）結(jié)構(gòu)特征。次要因素是采礦工程活動(dòng)及井巷工程設(shè)計(jì)的合理性。