黃沙坪礦區(qū)巖體工程地質(zhì)條件及圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

喬 旭

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)，廣東 廣州 510800）

湖南黃沙坪鉛鋅礦區(qū)湖南省郴州市桂陽(yáng)縣黃沙坪街道境內(nèi)，礦區(qū)自1967年投產(chǎn)，是湖南省內(nèi)最大的鉛鋅礦開采礦山和原料基地。經(jīng)過50余年的開采，礦山勘探工作已向深部進(jìn)發(fā)。為判別圍巖硐室穩(wěn)定性，保證礦山安全、高效開采。本文在系統(tǒng)收集黃沙坪礦區(qū)中、深部工程地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取樣工作的基礎(chǔ)上，利用巖體質(zhì)量系數(shù)法和巖體質(zhì)量指標(biāo)法分別對(duì)各類巖石穩(wěn)固性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為礦山深部開采提供科學(xué)參考。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)概況

圖1 黃沙坪礦區(qū)水文地質(zhì)邊界簡(jiǎn)圖

礦區(qū)東、南、西三面環(huán)山，區(qū)內(nèi)無(wú)明顯含水構(gòu)造帶與外界連通，因此礦區(qū)為一套相對(duì)完整水文地質(zhì)單元。礦區(qū)地貌主要成因類型屬侵蝕溶蝕構(gòu)造地貌的巖溶丘陵、谷地組合地形。地表巖溶丘陵和溶蝕谷地組合形態(tài)，丘陵基巖裸露、石芽、溶溝或溶槽廣泛發(fā)育。

礦區(qū)位于南嶺緯向構(gòu)造帶東段北緣，耒(陽(yáng))-臨(武)經(jīng)向構(gòu)造帶中段，坪-寶復(fù)式背斜中。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育著一系列復(fù)式褶皺和斷層。礦區(qū)褶皺有寶嶺-觀音打座復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜和上銀山含水向斜，斷層主要有SN向壓扭性斷層F1、F2、F3，近EW向張扭性斷層，F(xiàn)0、F6、F7、F9等[1]。

礦區(qū)出露石炭系下統(tǒng)石磴子組(C1sh)泥晶灰?guī)r，測(cè)水組(C1c)砂頁(yè)巖，梓門橋組(C1z)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，第四系殘坡積、沖洪積層。其中石炭系下統(tǒng)石磴子組灰?guī)r和梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為礦區(qū)主要含水層。

2 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

由于作為礦坑洞室圍巖的巖體，巖石工程質(zhì)量的好壞與巖體結(jié)構(gòu)、巖石風(fēng)化程度、地下水等因素的影響有關(guān)。故以下從多個(gè)方面對(duì)巖體的質(zhì)量分類、分級(jí)及巖體物理力學(xué)與工程地質(zhì)定性、定量進(jìn)行研究。

2.1 巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類

根據(jù)鉆孔巖心及坑道圍巖的穩(wěn)定性劃分，本礦床目前主要生產(chǎn)在56m、20m、-16m、-56m、-96m、-136m、-176m、-216m等中段，中深部礦床圍巖主要是統(tǒng)石磴子組(C1sh)灰?guī)r，遍布所有中段；測(cè)水組(C1c)砂頁(yè)巖，上部生產(chǎn)中段對(duì)該層巖石的揭露已證實(shí)該層具有較好的隔水性能；梓門橋組(C1z)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，在中深部主要標(biāo)高-30m以上的區(qū)段。因F1、F3的影響，是中深部礦床主要充水巖層之一。其巖石質(zhì)量指標(biāo)采用（RQD）評(píng)價(jià)。

（1）石炭系下統(tǒng)梓門橋（C1z）中細(xì)晶白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r，石磴子組（C1sh）含生物碎屑泥晶灰?guī)r：從巖心編錄來看，巖心呈柱狀、短柱狀，節(jié)長(zhǎng)4.2cm～24.0cm，多數(shù)塊狀巖心斷口新鮮，尚屬人工機(jī)械破碎，RQD大于75%以上。生產(chǎn)坑道已證實(shí)開采數(shù)年的巷道圍巖處于穩(wěn)定，巖石質(zhì)量指標(biāo)好；

（3）巖漿巖石英斑巖體：斑晶以石英為主，少量透長(zhǎng)石或正長(zhǎng)石及黑云母，據(jù)礦坑開采及鉆探記錄，巖心完整，呈柱狀，很少見節(jié)理裂隙，RQD＞75%，巖石質(zhì)量指標(biāo)屬極好范疇。

2.2 巖體基本質(zhì)量分級(jí)

決定巖體工程質(zhì)量好壞是巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度，在調(diào)查成果資料上，對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)求BQ值，進(jìn)行巖體分級(jí)[2]。

巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值的計(jì)算公式：BQ=90+3Rc+250Kv。

式中：Rc—巖石單軸抗壓強(qiáng)度；Kv—巖體完整性系數(shù)。

經(jīng)取樣分析，礦區(qū)石英斑巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度（Rc）為157.09（MPa），梓門橋組白云巖為90.1MPa；石磴子灰?guī)r飽和單軸抗壓強(qiáng)度分別為70.2MPa，為堅(jiān)硬巖；測(cè)水組砂頁(yè)巖最小值為12.05MPa，屬軟巖類。

由于礦區(qū)未作巖塊縱波速度檢測(cè)，故用巖體單位體積內(nèi)結(jié)構(gòu)面系數(shù)JU對(duì)照取值Kv，見下表1。

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對(duì)井下開采中段巖體單位體積內(nèi)結(jié)構(gòu)面如不連續(xù)面、層面、節(jié)理面、斷層等完整程度調(diào)查結(jié)果得知：花崗斑巖、石英斑巖2～5條/m3，梓門橋組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r5～9條/m3，石磴子組含生物碎屑泥晶灰?guī)r8～12條/m3，測(cè)水組石英砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖23～31條/m3。石英斑巖Kv取值0.70，梓門橋白云質(zhì)灰?guī)rKv取值0.60，石磴子灰?guī)rKv取值0.55，測(cè)水組砂頁(yè)巖Kv取值0.25。

計(jì)算得出花崗斑巖、石英斑巖BO值736.27，梓門橋組BO值510.30，石磴子組BO值438.10，測(cè)水組BO值188.65。

國(guó)有企業(yè)要完善內(nèi)部組織架構(gòu)，嚴(yán)格按照生產(chǎn)需要和發(fā)展目標(biāo)明確分工，提升工作效率。同時(shí)，利用科學(xué)手段，完善內(nèi)部控制管理體系，組建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估組和監(jiān)督部門，對(duì)企業(yè)進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和監(jiān)督工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)內(nèi)部的有效監(jiān)管，如財(cái)務(wù)管理、資金流動(dòng)及財(cái)務(wù)審計(jì)等方面，進(jìn)而提升國(guó)有企業(yè)內(nèi)部溝通的效率[5]。通過高效溝通，不僅增強(qiáng)了國(guó)有企業(yè)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部控制的有效實(shí)施。

根據(jù)巖體質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，目前礦山生產(chǎn)的90m標(biāo)高中段及以下中段，花崗斑巖、石英斑巖巖體工程質(zhì)量屬Ⅰ級(jí)，采礦坑道及采空區(qū)自穩(wěn)定性好；梓門橋白云質(zhì)灰?guī)r巖體工程質(zhì)量屬Ⅱ級(jí)，自穩(wěn)定性較好；石磴子組灰?guī)r巖體工程質(zhì)量屬Ⅲ級(jí)，自穩(wěn)定性中等，井巷局部需要支護(hù)；測(cè)水組砂頁(yè)巖巖體工程質(zhì)量屬Ⅴ級(jí)，自穩(wěn)定條件較差，井巷工程整體需要支護(hù)。

3 井巷圍巖穩(wěn)固性評(píng)價(jià)

黃沙坪礦體頂、底板巖石有測(cè)水組砂頁(yè)巖，石磴子組灰?guī)r、大理巖，矽卡巖及斑巖類，礦體下盤主要與花崗斑巖接觸，極少為矽卡巖或大理巖、灰?guī)r。礦體上盤主要與矽卡巖接觸，少數(shù)與結(jié)晶灰?guī)r或大理巖接觸。現(xiàn)對(duì)利用巖體質(zhì)量系數(shù)法和巖體質(zhì)量指標(biāo)法分別對(duì)各類巖石穩(wěn)固性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 巖體質(zhì)量系數(shù)法

計(jì)算公式：

式中：Z??巖體質(zhì)量系數(shù)。I??巖體完整系數(shù)，這里用RQD值代替。f??結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)。S??巖塊堅(jiān)硬系數(shù)。

其中：

Rc??巖塊飽和軸向抗壓強(qiáng)度。

根據(jù)水文工程地質(zhì)編錄情況結(jié)合前人在本地區(qū)的工作資料，巖體完整系數(shù)取值為：砂頁(yè)巖60%、石蹬子組灰?guī)r95%，矽卡巖85%，斑巖類80%；結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)取值為：砂頁(yè)巖0.40、石蹬子組灰?guī)r0.45，矽卡巖0.45，斑巖類0.55。依據(jù)本次調(diào)查巖石飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及前人巖樣分析結(jié)果，巖塊飽和軸向抗壓強(qiáng)度取值為：砂頁(yè)巖100MPa、石蹬子組灰?guī)r80MPa，矽卡巖85MPa，斑巖類125MPa。經(jīng)上述公式計(jì)算各巖體的質(zhì)量系數(shù)Z值分別為砂頁(yè)巖0.240、石蹬子組灰?guī)r0.342，矽卡巖0.325，斑巖類0.550。依據(jù)表2分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，則黃沙坪礦區(qū)井巷圍巖中砂頁(yè)巖巖體質(zhì)量壞，其他巖體質(zhì)量等級(jí)一般。

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3.2 巖體質(zhì)量指標(biāo)法

同上述取值，各巖體RQD值取值如下：砂頁(yè)巖60%、石蹬子組灰?guī)r95%、矽卡巖85%、斑巖類80%。巖塊飽和軸向抗壓強(qiáng)度取值為：砂頁(yè)巖100MPa、石蹬子組灰?guī)r80MPa、矽卡巖85MPa、斑巖類125MPa。經(jīng)上述公式計(jì)算各巖體的質(zhì)量系數(shù)M值分別為砂頁(yè)巖0.200、石蹬子組灰?guī)r0.253、矽卡巖0.241、斑巖類0.333。依據(jù)巖體質(zhì)量分級(jí)表（表3），在黃沙坪礦區(qū)井巷巖體質(zhì)量中等。

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3.3 結(jié)果分析

綜上所述，兩種不同的井巷圍巖穩(wěn)固性評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)論相對(duì)應(yīng)，具有較高的可信度，因此黃沙坪礦區(qū)的井巷圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)如下：砂頁(yè)巖及灰?guī)r：現(xiàn)礦山開采的上部各中段，灰?guī)r穩(wěn)定性中等，砂頁(yè)巖穩(wěn)定性較差，有小規(guī)模崩落現(xiàn)象。礦床深部未見砂頁(yè)巖，灰?guī)r井巷穩(wěn)固程度中等。矽卡巖：巖石完整性較好，穩(wěn)固程度中等。斑巖類：巖體呈巖株及巖枝狀，且由各種火成巖類構(gòu)成復(fù)式巖體，巖石堅(jiān)硬，整體較完整，井巷穩(wěn)固程度中等。但局部地帶節(jié)理較發(fā)育，巖石破碎，巖石穩(wěn)固性差。

4 結(jié)論與建議

（1）石炭系下統(tǒng)梓門橋（C1z）中細(xì)晶白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r，石磴子組（C1sh）含生物碎屑泥晶灰?guī)r巖石質(zhì)量指標(biāo)好；石炭系下統(tǒng)測(cè)水組（C1c）石英砂巖，粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖巖石質(zhì)量指標(biāo)差；巖漿巖石英斑巖體巖石質(zhì)量指標(biāo)極好。

（2）依據(jù)不同巖體巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度和巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ兩者相結(jié)合確定巖體基本質(zhì)量級(jí)別，花崗斑巖、石英斑巖巖體工程質(zhì)量屬Ⅰ級(jí)，采礦坑道及采空區(qū)自穩(wěn)定性好；梓門橋白云質(zhì)灰?guī)r巖體工程質(zhì)量屬Ⅱ級(jí)，自穩(wěn)定性較好；石磴子組灰?guī)r巖體工程質(zhì)量屬Ⅲ級(jí)，自穩(wěn)定性中等，井巷局部需要支護(hù)；測(cè)水組砂頁(yè)巖巖體工程質(zhì)量屬Ⅴ級(jí)，自穩(wěn)定條件較差，井巷工程整體需要支護(hù)。

（3）根據(jù)巖體質(zhì)量系數(shù)法和巖體質(zhì)量指標(biāo)法，兩種不同的井巷圍巖穩(wěn)固性評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)論相對(duì)應(yīng)，黃沙坪礦區(qū)深部井巷圍巖中砂頁(yè)巖巖體質(zhì)量壞，其他巖體質(zhì)量等級(jí)一般。

（4）深部生產(chǎn)礦坑采礦時(shí)，根據(jù)巖體的結(jié)構(gòu)自穩(wěn)能力，作好工作區(qū)內(nèi)不安全地段的防范措施，實(shí)現(xiàn)預(yù)防為主，安全第一。