黄岗矿业公司Ⅲ矿区岩体工程地质条件及质量评价研究

李伟明，姜凡均，何远富

(长沙矿山研究院国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南长沙 410012)

黄岗矿业公司Ⅲ矿区岩体工程地质条件及质量评价研究

李伟明，姜凡均，何远富

(长沙矿山研究院国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南长沙 410012)

为了解黄岗矿业公司Ⅲ矿区开采区域内的各岩体的稳定性情况，在现场对矿区内的上盘大理岩、磁铁矿、下盘矽卡岩开展了全面的工程地质调查和岩体质量评价。运用了DIPS软件统计和分析了各岩体的节理裂隙发育情况，采用RQD指标法、RMR分级法、Q系统分级法以及BQ分级法对井下3组岩体质量进行了评价。从而分析了井下各岩体的工程稳定性状况，得出了各岩体在无支护时的最大跨度。

工程地质条件;RMR分级法;岩体质量;工程稳定性;最大跨度

1 概述

内蒙古黄岗矿区是一个大型层控矽卡岩型铁、锡、钨矿床。除主要元素外，尚含多种有色及稀散元素可供综合利用。矿区呈北东向展布，含矿带长19 km，宽0.2～2.5 km，根据磁异常形态特征、矿体集中情况划分成7个区(Ⅰ～Ⅶ)。目前正在开采或基建的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个矿区，其中Ⅰ矿区和Ⅲ矿区正在进行较大规模地下开采，Ⅱ矿区露天开采已结束，和Ⅳ矿区一样同时在进行小规模的地下开采。

Ⅲ区矿体分布在钾长花岗岩与黄岗梁组大理岩的接触带中。上部小矿体埋藏浅、陡立斜列成组出现，分枝复合现象明显。深部主矿体严格受钾长花岗岩、安山岩与大理岩接触断裂面控制。矿体呈不对称槽形、似层状或不规则状。矿体形态不规则，但连续性较好。根据详查地质报告，Ⅲ矿区主要铁、锡共生矿体共4个。Ⅲ矿区东部地质构造中等复杂，破碎带和大理岩岩溶影响深度多在1550 m标高以上，大理岩抗压强度 62.4～76.7 MPa，开采技术条件相对简单。Ⅲ矿区西部大理岩岩溶发育，风化带影响深度大，大理岩与第四系含水层直接接触，坑内疏干可能引起流砂，该段大理岩强度相对较低，为51.3 MPa，为半坚硬岩石;大理岩分布范围及其接触带附近开采技术条件相对复杂，除大理岩外，矿体及其它围岩的稳固性良好，水文地质条件比较复杂。

2 现场工程地质调查

2.1 调查方法、对象及内容

采用了体积密度法，对黄岗矿业公司Ⅲ矿区内的上盘大理岩岩组、磁铁矿矿岩岩组、下盘矽卡岩岩组发育的节理、裂隙的产状、规模、密度、形态进行了现场调查。调查内容包括:

(1)节理产状，即节理面在空间上的分布状态(倾向和倾角)，其统计结果用极点等密度图表示;

(2)节理间距，用节理裂隙体积密度表示;

(3)节理长度，即节理沿其走向的延伸长度;

(4)节理张开度与充填情况;

(5)节理面两壁的形状(改为光滑度);

(6)地下水状况。

2.2 调查结果

(1)上盘大理岩岩组。该岩组内节理、裂隙较为发育，平均节理间距、平均体积节理密度Jv分别为40.3 cm、9.27 条/m3，换算为 RQD 值并求得其平均值为77.57%。地下水状况为潮湿。该岩组节理、裂隙调查数据统计结果见图1。该岩组的岩体结构类型为整体块状结构，节理发育，结构面平直、闭合，整体强度不高，稳定性一般。岩体变形和破坏主要受Ⅳ级结构面(节理)控制。

图1 上盘大理岩岩组节理裂隙调查数据统计

(2)矿体磁铁矿岩组。该岩组内节理、裂隙不发育，平均节理间距、平均体积节理密度Jv分别为35 cm、10.73条/m3，换算为 RQD值并求得其平均值为76.24%。地下水状况为潮湿。该岩组节理、裂隙调查数据统计结果见图2。该岩体结构类型为整体块状结构，结构面平直、闭合，节理发育，整体强度不高，稳定性一般。

图2 矿体磁铁矿岩组节理裂隙调查数据统计

(3)下盘矽卡岩岩组。该岩组内节理、裂隙较为发育，平均节理间距、平均体积节理密度Jv分别为34.4cm、8.46 条/m3，换算为 RQD 值并求得其平均值为77.02%。地下水状况为潮湿或滴水。该岩组节理、裂隙调查数据统计结果见图3。该组岩体节理发育，结构面平直、闭合，整体强度不高，稳定性一般。

图3 下盘矽卡岩岩组节理裂隙调查数据统计

3 岩体质量评价

综合以上工程地质调查的结果，分别对3种岩组采用RQD值分级、RMR分级、Q系统分级和BQ分级4种常见分级方法进行了分级，分级结果如表1～表4。

表1 RQD指标的分级结果

表2 RMR分级结果

表3 Q系统分级结果

表4 岩体基本质量分级(BQ分级)结果

根据RQD值分类结果表明:上盘大理岩、磁铁矿和下盘矽卡岩均为好岩体。RMR分类结果表明:黄岗矿业公司Ⅲ矿区上盘大理岩、磁铁矿和下盘矽卡岩均为中等岩体，平均的自立时间:5 m跨度可达1周。Q系统分类结果表明:Ⅲ矿区的上盘大理岩、磁铁矿和下盘矽卡岩岩体质量均为Ⅲ级，属于中等岩体。

按照巴顿推导公式De=(开挖体的跨度、直径或高度(m))/开挖体的支护比(ESR)计算得出在黄岗矿业公司Ⅲ矿区开采中3种不同岩体大支护最大跨度:上盘大理岩内无支护巷道最大安全跨度为7.2～9 m，其中 ESR=1.6～2.0，De=4.5;矿体内无支护巷道最大安全跨度为12～15 m，其中ESR=3～3.75，De=4;下盘矽卡岩内无支护巷道最大安全跨度为为 7.2～9 m，其中 ESR=1.6～2.0，De=4.5。

按照巴顿公式W=2·ESR·Q0.4计算得出在黄岗矿业公司Ⅲ矿区开采中3种不同岩体大支护最大跨度:上盘大理岩内无支护巷道最大安全跨度为2×1.6×8.530.4=7.55 m ，其中 ESR=1.6;矿体内无支护巷道最大安全跨度为 2×3×5.590.4=11.9 m，其中ESR=3;下盘矽卡岩内无支护巷道最大安全跨度为2×1.6×8.470.4=7.5 m，其中 ESR=1.6。

岩体基本质量分级(BQ分级)结果表明3种岩体均为坚硬岩，岩体较破碎。

4 岩体工程地质调查与评价结论

(1)通过工程地质调查和研究，对黄岗矿业Ⅲ矿区开采区域内岩体进行了工程地质岩组划分，共分为3组，分别为上盘大理岩岩组、磁铁矿岩组、下盘矽卡岩岩组。通过节理裂隙数据统计分析，得出矿岩岩组发育有3组优势结构面，其它各岩组一般发育2组优势结构面，另外偶尔发育有零星节理。

(2)对岩体结构分类得出，矿区存在的主要结构面和岩体结构类型及特征为影响矿区稳定性的主要不利结构面因素。矿区存在的结构面主要有沉积或成岩作用过程中所形成的原生层理面及断层和节理，其中以节理面最为发育。结构面共分5级，以Ⅳ级结构面最为发育。矿区的岩体结构主要有块状结构和镶嵌结构两类。

(3)运用RQD值分级、RMR分级和Q分级3种方法对不同工程地质岩组的岩石质量进行分级和评价得出:上盘大理岩岩组、磁铁矿矿岩岩组、下盘矽卡岩岩组岩体质量中等，相对比较完整。BQ分级方法评价得出，上盘大理岩岩组破碎，磁铁矿和下盘矽卡岩为较破碎。

(4)通过调查发现黄岗矿业Ⅲ矿区存在的地压活动现象主要为巷道片帮、冒落和采场跨冒。分析其原因是岩体的节理裂隙比较发育，岩体的稳定性主要受层间软弱夹层和结构面控制，在节理、裂隙的切割下容易发生巷道片帮和局部跨冒。

［1］ 徐必根，王春来，唐绍辉.大尺度采空区岩体工程地质调查与评价研究［J］.矿业研究与开发，2008，8(2).

［2］ 文 兴，闭理楚.北山矿Ⅳ号采空区围岩工程地质调查与评价［J］.矿业研究与开发，2009，29(1).

［3］ 王远高.会泽铅锌矿8号矿体岩体质量评价［J］.采矿技术，2008，8(2).

［4］ BHG布雷迫，等.地下采矿岩石力学［M］.北京:煤炭工业出版社，1990.

［5］ GB50218－94.工程岩体分级标准［S］.

［6］ 采矿手册编辑委员会.采矿手册(第2卷)［M］.北京:冶金工业出版社，1990.

2011－08－02)

李伟明(1982－)，男，湖南长沙人，工程师，主要从事采矿工艺及矿山安全技术研究工作。