安庆铜矿-400m以下岩体质量评价与分析

李大和，况丹阳，李海龙

(1.安庆铜矿，安徽 安庆 246131；2.山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261442)

安庆铜矿-400m以下岩体质量评价与分析

李大和1，况丹阳2，李海龙2

(1.安庆铜矿，安徽 安庆 246131；2.山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261442)

根据矿体开采要求，通过岩体工程地质调查(岩体构造调查、结构面产状统计)和质量综合评价(岩石坚硬程度、完整程度、基本质量分级、工程岩体质量级别划分)对安庆铜矿1#矿体-400m以下岩体质量进行综合评估，结果表明：岩体结构面可以分为5组，最发育结构面组优势产状与F1断层一致；开采最佳轴线方向为28°方位，重要工程(采场、凿岩硐室等)一般垂直矿体走向布置，属于稳定性有利方向；四种主要岩体属于坚硬或较坚硬岩，完整性程度较好，工程岩体级别为III级。所得岩体质量评价结论可为矿山后期开采提供基础数据支撑。

工程地质调查；岩体质量评价；结构面产状统计

随着安庆铜矿开采深度不断增加，不同岩组的分布状况及规模发生变化，对开采稳定性有所影响。-400m以下对开采稳定有较大影响的主要是大理岩岩组、矽卡岩岩组、蚀变闪长岩组、矿岩岩组及F1断层破碎带岩组。本文主要通过岩体工程地质调查和质量综合评价对安庆铜矿1#矿体-400m以下岩体质量进行评估和分析，为矿山后期开采提供基础数据支撑。

1 岩体工程地质调查

1.1 工程地质调查方法

工程地质岩体质量分级时，主要考虑两项因素：一是岩石强度，二是岩体完整性。而岩体完整性是由岩体的结构面特性决定。所谓结构面特性，主要包括发育程度(密度)、联通性(持续性)、粗糙度、产状关系、张开度、充填物、风化程度等。结构面对岩体稳定性尤为重要，因此岩体构造调查是工程稳定性评价的重要基础。

安庆铜矿井下岩体构造调查采用条带法。当某组结构面与观测面平行时，采用条带法易造成结构面漏测(或抽样数量太少而无法统计)，因此应结合实际情况，在同一观测区域内布置多条不同方向的观测面，以避免结构面组遗漏。

由于罗盘在磁铁矿山无法使用，为此将游标量角器改造成具有两条长翼的测斜规，对结构面倾向方位进行间接测量。其基本方法为，用测斜规测量结构面走向与测线的水平夹角，根据测线已知方位推算结构面倾向方位。测线方位采用大地测量方法提前测定。

1.2 井下岩体构造调查

本次调查了-400m、-460m、-510m、-560m和-618m五个中段，共布置测线23条，总长度533m。实测22条，总长度519m，实际测量节理裂隙2528条。测线布置情况见表1。

表1 构造调查布线情况

1.3 岩体结构面产状统计分析

常用的结构面产状统计分析方法为玫瑰图方法和施密特极点等值线方法。玫瑰图法是一种极坐标形式的直方图方法，最大优点是简单直观，其缺点主要是只依据节理倾向进行分组，观测数据易受到歪曲，误差较大。施密特极点等值线法由于同时展现了结构面倾向和倾角，较玫瑰图法更加准确。但是，等值线法中结构面产状的实际平均值与极密点存在差异；另外一个极点一般被多个相邻节点统计，容易造成极点密集部位的密集程度放大。

对结构面产状的统计分析，采用基于概率模型的数理统计学方法，但目前常用的结构面产状概率分布模型及其统计方法依然存在一些问题或不足。为此，杨小聪教授提出一种结构面产状的椭圆锥分布模型，并形成基于该模型的特征参数统计方法及岩体结构面分组的动态聚类分析方法。采用此种分布模型描述结构面产状的分布形态，简单直观，而且更加准确。本次采用这套方法及加拿大Rocscience公司Dips结构面统计分析软件，完成了安庆铜矿-400m以下的岩体结构面产状统计分析。

由于不同岩体及同一岩体在不同区域，结构面分组数量及产状分布一般不同，因此分析应按岩组和区域分组进行。具体分析过程为：首先对每条测线不同岩组的结构面产状进行统计计算，然后对计算结果进行对比分析，对于同一中段相近测线的同一岩组，若其结构面产状统计计算结果(包括分组数量、优势产状和分布形态)相近，则将结构面产状数据合并，重新进行统计计算。根据这一方法，每一组计算结果表示了某种岩组在某一区域的结构面产状统计特征。

对-400m以下的矿体、矽卡岩、闪长岩和大理岩进行调查，将所有测线观测数据合并进行综合统计，可得到表2和图1所示结果。从整体区域来看，结构面产状分组特性也是非常明显的。总体上看，主要存在5组结构面，它们的优势产状(倾向∠倾角)分别为247°∠69°、192°∠70°、329°∠88°、327°∠23°和77°∠40°。其中第一组结构面所占比率最大，其优势产状(247°∠69°)与F1断层产状一致，表明与F1断层平行的节理最发育。

2 岩体质量综合评价

2.1 岩石坚硬程度

根据安庆铜矿-400m以下岩石物理力学性质试验测试结果，各主要岩体的岩性较好，岩石坚硬程度如表3所示。

表2 -400m以下各中段的结构面产状综合统计分析结果

表3 岩石坚硬程度的定量定性测定结果

图1 -400m以下各中段各岩体的结构面产状综合统计分析图

2.2 岩体完整程度

岩体的完整程度是根据构造调查数据进行统计分析。其中，岩体完整性定量指标是通过统计岩体体积节理数(Jv)获得。根据文献岩石力学试验建议方法，统计每组节理数目时应当用一定长度的测尺(一般为5m或10m的测尺)沿着有关节理组的垂直方向计数。事实上，由于受揭露面高度的限制，在井下进行结构面的分组判断是非常困难的，因此在井下现场按有关标准直接进行结构面组的每米节理数测量是不现实的。本次构造调查采用条带法测量，对测线上下1m的条带范围内的结构面进行了详细测量，因此，可以在室内采用如下方法测量统计结构面组每米节理数：①选定所测条带，确定统计测量的长度范围；②做统计范围内所有结构面的迹线素描；③根据结构面产状分组结果，标识每条迹线的分组号；④对应每组结构面，各模拟布置一条5m长的测尺，测尺的布置方向为每组结构面的优势面法线方向，然后做测尺在条带平面的投影，若投影线被条带上下界线所截，则根据所截条带内的投影长度反算出测尺的有效长度；⑤沿条带中央测线的长度方向，每隔一定距离用各测尺的投影进行量测计数，即对每一结构面组，用与其对应的测尺量测属于该结构面组的结构面迹线，计算它们的相交数量，然后取平均值，再除以测尺的有效长度，即得到每组结构面在所测范围内的平均值，求和再加上零散结构面的每米数，即为所求岩体每米体积节理数。

各岩组岩体完整程度的统计结果如表4所示，岩体体积节理数均值是依据不同统计部位的测线长度加权平均而得。从表可知，各岩组岩体完整程度在不同部位有所变化，但变化范围不大，尤其是各岩组的平均完整性程度几乎相同。总体而言，岩体完整性较好。

2.3 岩体的基本质量分级

根据测定的岩体坚硬性及岩体完整性结果，即可对各岩组的基本质量进行分级，结果如表5所示，矿体、矽卡岩及蚀变闪长岩的基本质量属于第II级，而大理岩因坚硬程度相对较弱而属于第III级。事实上，由于各种岩体的坚硬程度都较高(尤其是矿体、矽卡岩和闪长岩)，它们的岩体基本质量主要受岩体的完整程度控制，或者说，主要受节理裂隙的发育程度所控制。

2.4 工程岩体质量级别划分

工程岩体级别是通过考虑地下水影响、结构面产状(包括结构面产状与洞轴线的关系)影响及初始应力场影响，对岩体基本质量指标BQ进行折减修正来确定(表6)。

表4 岩体完整程度的测定结果

表5 岩体基本质量分级结果

表6 工程岩体质量级别划分结果

在1#矿体-400～-640m的研究范围内，包括许多巷道及采场，它们有多种布置方向，在不同部位，节理裂隙的发育程度及产状方向也有变化，岩体原岩应力也随深度增加而增大，而且大空场开采将导致岩体应力场的巨大变化，因此，在实际工作中最好能根据不同部位的具体情况确定修正系数并划分工程岩体级别。表6的结果只是从总体上对-400m以下各主要岩体的质量指标进行修正，并作出质量级别判断，以供参考。在表6中考虑到1#矿体-400m以下的地下水渗流不明显，因此忽略该项影响，修正系数K1取为0；地下最主要的开挖结构(采场及凿岩硐室的轴向是比较有利方向，但根据对各水平凿岩硐室的块体分析，可以看出一些结构面的产状对不同部位的岩体稳定性有着明显影响，例如，总体而言，北端帮壁和东侧帮壁的稳定性就相对较差，因此，对矿体、矽卡岩及闪长岩的结构面产状影响修正系数K2取为0.3。在采场及凿岩硐室上盘的大理岩部位，结构面产状一般是有利的，因此对大理岩的修正系数K2取为0.1；根据安庆铜矿-580m中段原岩应力测量与研究结果，从-400m至-640m岩体的原岩应力从中应力区逐步转向高应力区，因此初始应力影响修正系数K3取为0.5。经过各影响因素修正之后，得到的各岩体的工程岩体质量级别都为第III级，除大理岩外，其他岩体比相应的岩体基本质量级别下降一级。

3 结 论

1)F1断层对岩体结构面发育及产状分布有着控制作用。根据调查统计结果，-400m以下岩体结构面可以分为5组，地下岩体最发育的结构面组的优势产状与F1断层是一致的，但这组结构面对于以垂直矿体走向布置的采场而言，影响并不大。

2)根据岩体结构面产状的综合统计结果，地下开采的最佳轴线方向为28°方位，最不利的方向是与第二组结构面走向相同的102°方位和与第一、第三组结构面走向相同的157°、59°方位。安庆铜矿地下重要工程(采场、凿岩硐室等)一般垂直矿体走向布置，其轴线方向大致为35°方位，属于稳定性有利方向。对于井下一些沿脉工程，其轴线方向一般属于不利或较不利方向。

3)-400m以下的四种主要岩体中，矿体、矽卡岩及蚀变闪长岩属于坚硬岩，大理岩属于坚硬或较坚硬岩。各种岩体的平均体积节理数为6.2～6.7条/m3，完整性程度属于较好。据此，确定出矿体、矽卡岩及蚀变闪长岩的岩体基本质量级别为II级，即较好级；大理岩为III级，即一般级。考虑节理产状影响及岩体初始应力影响之后，各岩体的工程岩体级别都为III级。

[1] 杨小聪，陈忠辉.安庆铜矿开采过程的数值模拟[J].有色金属，2002，54(2):82-87.

[2] FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)，Version 2.0，User’s Manual[R].USA：Itasca Consulit-ing Group，Inc.，1997.

Quality evaluation and analysis of rock mass below -400m level in Anqing Copper Mine

LI Da-he1，KUANG Dan-yang2，LI Hai-long2

(1.Anqing Copper Mine，Anqing 246131，China；2.Sanshandao Gold Mine of Shandong Gold Mining (Laizhou) Co.，Ltd.，Laizhou 261442，China)

According to mining requirements，rock mass below -400m level of 1#orebody in Anqing Copper Mine are comprehensive evaluated through engineering geological investigation(investigation of rock mass structure，statistic of structural plane occurrence) and quality evaluation(rock hardness degree，integrity condition，basic quality classification，quality classification of engineering rock mass).The results show that rock mass structural planes can be divided into 5 groups，and the advantage occurrence of the most developed structural plane group is in line with F1 fault.28 ° azimuth is the best axis direction of mining，and important project (stope，drilling chamber，etc.) generally is laid out along the direction vertical to the orebody strike，which is helpful to stability.Four kinds of rock mass are hard rock or semi-hard rock，good integrity，and quality of engineering rock masses belongs to III.The conclusion will provide basic data support for later mining.

engineering geological survey；rock mass quality evaluation；statistic of structural plane occurrence

2015-01-05

“十二五”国家科技支撑计划课题项目资助(编号：2013BAB02B02)

李大和(1967-)，男，安庆铜矿工程师，主要从事矿山开采技术研究。

TD31;TU45

A

1004-4051(2015)06-0090-04