金陶礦業(yè)公司巖體工程地質(zhì)特征及RMR巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)

摘要：針對(duì)金陶礦業(yè)公司主要巖組進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查研究，采用RMR法分別從巖石RQD值、單軸抗壓強(qiáng)度、節(jié)理間距、節(jié)理狀態(tài)、地下水狀態(tài)及節(jié)理產(chǎn)狀與巷道軸線的關(guān)系等方面進(jìn)行巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)與分級(jí)。研究結(jié)果表明：調(diào)查區(qū)域內(nèi)礦體下盤普遍比上盤巖體穩(wěn)定，巖體的變形與破壞主要受優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面控制，對(duì)巖體質(zhì)量穩(wěn)定易造成較大影響，采礦工程施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)調(diào)查;RMR法;巖體質(zhì)量;優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面;穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TD163????????? 文章編號(hào)：1001-1277（2021）05-0045-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?? doi：10.11792/hj20210509

內(nèi)蒙古金陶股份有限公司（下稱“金陶礦業(yè)公司”）是原敖漢旗金廠溝梁金礦經(jīng)股份制改造建立的股份有限公司。金廠溝梁礦床屬華北地臺(tái)北緣努魯爾虎山成礦帶，開(kāi)采歷史悠久。隨著礦山采深逐漸加大，工程地質(zhì)與礦巖條件也逐漸變得復(fù)雜。為了礦山安全高效合理的生產(chǎn)，金陶礦業(yè)公司對(duì)井下39#脈、29#脈、36#脈和56#脈等區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查，并針對(duì)巖石工程地質(zhì)特性進(jìn)行分析，采用RMR法對(duì)巖石質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[1-4]，為礦山下一步采場(chǎng)穩(wěn)定性分析及采礦方案設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1 工程背景

金陶礦業(yè)公司井下采用削壁充填采礦法和下向分層短壁全面采礦法開(kāi)采，礦體為極薄傾斜和急傾斜破碎礦體，礦巖界線明顯，上盤圍巖節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)育，呈塊狀、碎塊狀，局部隱形節(jié)理發(fā)育，且于礦體之間普遍存在土層，下盤節(jié)理裂隙發(fā)育不明顯，屬穩(wěn)固巖層，目前在開(kāi)采中主要面臨的技術(shù)難點(diǎn)有：

1）極薄急傾斜破碎礦體在采用削壁充填采礦法開(kāi)采時(shí)，采場(chǎng)空間狹小，采用橫撐及立支柱的支護(hù)方式，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，礦石貧化率較高，采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力較低。

2）由于上盤圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，呈塊狀、破碎狀，且于礦體之間存在土層，在回采過(guò)程中，削下的圍巖對(duì)上盤支撐力不足，土層遇水成泥，進(jìn)一步惡化頂板，極易在鑿巖、撬毛等階段出現(xiàn)冒頂片幫。

3）隨著開(kāi)采向深部推進(jìn)，地壓進(jìn)一步增大，應(yīng)充分了解深部采場(chǎng)工程地質(zhì)特性，進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

4）隱形節(jié)理發(fā)育，井巷工程開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)該著重處理。

因此，金陶礦業(yè)公司開(kāi)展針對(duì)主要礦體的巖體工程調(diào)查工作，并進(jìn)行地質(zhì)特征分析，采用RMR法對(duì)巖體進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，為礦山安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

2 工程地質(zhì)調(diào)查方法

2.1 地質(zhì)鉆孔巖心調(diào)查

金陶礦業(yè)公司39#脈、29#脈、36#脈和56#脈巖石RQD值如表1所示。RQD值結(jié)果顯示，金陶礦業(yè)公司井下巖石完整性較好，尤其是下盤，作業(yè)時(shí)應(yīng)注意保護(hù)巖體上盤。

2.2 巖體出露面工程地質(zhì)調(diào)查

采用詳細(xì)線調(diào)查法，借助羅盤、皮尺、鋼卷尺、地質(zhì)錘等對(duì)各類型結(jié)構(gòu)面的間距、密度、產(chǎn)狀、張開(kāi)度與充填情況、結(jié)構(gòu)面跡線長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)面表面形狀、結(jié)構(gòu)面滲水性狀況、結(jié)構(gòu)面風(fēng)化程度等特征進(jìn)行詳細(xì)和連續(xù)的測(cè)量和調(diào)查[5-9]，測(cè)線布置如圖1所示。

2.3 單軸抗壓試驗(yàn)

巖石樣品進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試分析，結(jié)果如表2所示。

3 巖體工程地質(zhì)特征

此次工程地質(zhì)調(diào)查的總長(zhǎng)度為80 m，調(diào)查結(jié)構(gòu)面數(shù)量為459條，調(diào)查區(qū)域內(nèi)的上下盤巖體均以斜長(zhǎng)角閃片麻巖為主。現(xiàn)以39#巖體為例，分析其巖體工程地質(zhì)特征。

1）39#上盤優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。39#上盤結(jié)構(gòu)面極點(diǎn)圖如圖2所示，結(jié)構(gòu)面等密度圖如圖3所示，結(jié)構(gòu)面玫瑰花圖如圖4所示，優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面圖如圖5所示。

由調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：39#上盤中主要發(fā)育2組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分別為326°∠70°和172°∠55°。根據(jù)結(jié)構(gòu)面等密度圖及原始調(diào)查，各優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面分別占調(diào)查結(jié)構(gòu)面總量的51.46 %和13.51 %。同時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)面特性調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果：上盤圍巖的結(jié)構(gòu)面大多呈閉合狀態(tài)，表面出現(xiàn)少量裂隙，裂隙寬度約為1 mm，風(fēng)化程度為未風(fēng)化，因而結(jié)構(gòu)面特點(diǎn)明顯。

綜上所述，39#上盤圍巖的結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般，整體性一般，穩(wěn)定性一般。巖體的變形與破壞主要受326°∠70°和172°∠55°這2組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面控制，結(jié)構(gòu)面平均間距為0.270 m，平均線密度為3.7條/m。

2）39#下盤優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。39#下盤結(jié)構(gòu)面極點(diǎn)圖如圖6所示，結(jié)構(gòu)面等密度圖如圖7所示，結(jié)構(gòu)面玫瑰花圖如圖8所示，優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面圖如圖9所示。

由調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：39#下盤中主要發(fā)育2組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分別為148°∠74°和38°∠77°。根據(jù)結(jié)構(gòu)面等密度圖及原始調(diào)查數(shù)據(jù)分析，各優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面分別占調(diào)查結(jié)構(gòu)面總量的21.57 %和10.80 %。同時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)面特性調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果：上盤圍巖的結(jié)構(gòu)面大多呈閉合狀態(tài)，表面出現(xiàn)少量裂隙，裂隙寬度小于0.1 mm，硅質(zhì)充填平均間距約為20 cm，表面無(wú)淋水，風(fēng)化程度為未風(fēng)化，因而結(jié)構(gòu)面特點(diǎn)明顯。

綜上所述，39#下盤圍巖的結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般，整體性一般，穩(wěn)定性一般。巖體的變形與破壞主要受148°∠74°和38°∠77°這2組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面控制，結(jié)構(gòu)面平均間距為0.392 m，平均線密度為2.55條/m。

4 工程巖體評(píng)價(jià)

4.1 RMR評(píng)價(jià)方法

南非Bieniawski于1973年首次提出用RMR法進(jìn)行巖體質(zhì)量分級(jí)。RMR巖體質(zhì)量分級(jí)采用多因素得分，得分的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為巖體地質(zhì)力學(xué)分類表（如表3、表4所示），然后求其代數(shù)和來(lái)評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量。參與評(píng)分的因素為：巖石抗壓強(qiáng)度R1、巖石RQD指標(biāo)R2、節(jié)理間距R3、節(jié)理狀態(tài)R4、地下水狀態(tài)R5、節(jié)理產(chǎn)狀與巷道軸線的關(guān)系R6。結(jié)合礦區(qū)實(shí)際，對(duì)礦區(qū)巖體可采用前5項(xiàng)因素得分，再根據(jù)第6項(xiàng)因素進(jìn)行修正，巖體等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。

4.2 RMR巖石質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

采用RMR法對(duì)金陶礦業(yè)公司的巖體進(jìn)行分級(jí)與評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表6。

根據(jù)RMR法分級(jí)結(jié)果，各巖體的RMR值分別為54（39#上盤）Ⅲ級(jí)中等巖體、64（39#下盤）Ⅱ級(jí)良好巖體、62（29#上盤）Ⅱ級(jí)良好巖體、67（29#下盤）Ⅱ級(jí)良好巖體、47（36#上盤）Ⅲ級(jí)中等巖體、72（36#下盤）

Ⅱ級(jí)良好巖體、55（56#上盤）Ⅲ級(jí)中等巖體、72（56#下盤）Ⅱ級(jí)良好巖體。良好巖體對(duì)應(yīng)的工程穩(wěn)定性跨度10 m可達(dá)1 a;中等巖體對(duì)應(yīng)的工程穩(wěn)定性跨度5 m可達(dá)1周。

5 結(jié) 論

1）采用RMR法分別對(duì)金陶礦業(yè)公司礦脈上下盤巖體進(jìn)行多分段多測(cè)點(diǎn)的工程地質(zhì)調(diào)查。根據(jù)調(diào)查結(jié)果：39#上盤主要發(fā)育326°∠70°和172°∠55°2組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，39#下盤主要發(fā)育148°∠74°和38°∠77° 2組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面。巖體的變形與破壞主要受這些優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面控制，另外礦區(qū)范圍內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)以塊狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)為主。

2）研究范圍內(nèi)礦體圍巖主要為斜長(zhǎng)角閃片麻巖?？傮w來(lái)說(shuō)礦體下盤巖體比上盤巖體穩(wěn)定，上盤巖體屬于中等或良好巖體，下盤巖體屬于良好巖體。雖然部分上盤巖體單軸抗壓強(qiáng)度較大，但是由于其內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高，導(dǎo)致其巖體總體質(zhì)量較差。

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Engineering geological characteristics of rock mass

and quality evaluation of RMR rock mass in Jintao mining company

Zhang Bangqiong

（Inner Mongolia Jintao Co.，Ltd.）

Abstract：Based on the engineering geological survey of the main rock groups of Jintao mining company，the RMR method is used to evaluate and classify the rock mass quality from the aspects of rock RQD value，uniaxial compressive strength，joint spacing，joint state，groundwater state and the relationship between joint occurrence and roadway axis.The research results show that the lower wall of the ore body in the survey area is generally more stable than the upper wall rock mass，and the deformation and failure of the rock mass are mainly controlled by the dominant structural plane，easily imposing a great impact on the quality and stability of the rock mass，so the support should be reinforced in the construction of mining engineering.

Keywords：engineering geological survey;RMR method;rock mass quality;dominant structural plane;stability

收稿日期：2020-12-29; 修回日期：2021-03-28

基金項(xiàng)目：中國(guó)黃金集團(tuán)有限公司科研項(xiàng)目（ZJKJ-2019-CK010）

作者簡(jiǎn)介：章邦瓊（1970—），男，湖北洪湖人，高級(jí)工程師，從事金屬礦山采礦技術(shù)及管理工作;內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗金廠溝梁鎮(zhèn)，內(nèi)蒙古金陶股份有限公司，024327;E-mail：tbzbq@163.com