基于工程地质力学的渣滓溪锑矿岩体稳定性研究

李 跳，文国忠

(1.湖南省地球物理地球化学勘查院，湖南长沙 410026；2.湖南省水工环地质工程勘察院，湖南长沙 410026)

基于工程地质力学的渣滓溪锑矿岩体稳定性研究

李 跳1，文国忠2

(1.湖南省地球物理地球化学勘查院，湖南长沙 410026；2.湖南省水工环地质工程勘察院，湖南长沙 410026)

为研究湘西南地区锑矿山地下开采时开挖工程的稳定性状况，通过对揭露岩体进行工程地质现场调查、岩石力学特性参数室内试验和工程岩体系统性分级等，得出了特定岩性的分级特点，主矿体属于中等的Ⅲ级岩体，其余围岩属于良好的Ⅱ级岩体，推导出工程地质力学系列因素对工程稳定性的影响，为确定井下开采顺序、采场结构参数、采场稳定性等提供基础依据。

工程地质调查；岩石力学特性参数；岩体分级；工程稳定性

1 概 述

渣滓溪锑矿位于湖南西南部雪峰山区域，地处资水和沅水两大水系的分水岭地带。区内地形陡峻，切割较深，溪沟一般呈“V”形谷，属于中低山区。

矿区位于黔阳—溆浦新华夏系与冷家溪东西向构造斜接复合部位之南缘，地处新华夏系北段向东偏斜之构造带中。矿区地层由连续沉积的层纹状板岩、凝灰质板岩和层凝灰岩夹石英岩状砂岩、长石石英砂岩、凝灰质砂岩和凝灰岩这样一套沉积—变质碎屑岩类和火山变质碎屑岩类的复杂岩石所组成，隶属于板溪群五强溪组第一和第二段层位。地层走向45°～78°，倾向南东，倾角一般为52°～60°；局部岩层倒转，倾向北西。根据沉积韵律，岩性及岩石组合，矿区地层共划分为两段九层，总厚度为1080～1530 m。区内岩浆岩极不发育；围岩蚀变微弱，只限于矿体两侧数毫米至数十公分，主要蚀变为硅化，次为褪色化及碳酸盐化。

区内围岩蚀变微弱，主要蚀变为硅化，次为褪色化及碳酸盐化。矿区构造以断裂构造为主，局部略有起伏，形成小的背、向斜。矿床成因类型为中低温热液锑矿床，工业类型为裂隙充填脉状辉锑矿床。本区水文地质条件简单，区内无大的地表水体，岩石含水性微弱。

2 工程地质及岩体发育状调查

2.1 现场调查目的与意义

为研究渣滓溪锑矿深部矿体开采时的最优结构参数和回采顺序，以及采场的稳定性，在已经取得基础力学数据的同时，开展现场岩体工程地质(节理裂隙等结构面的发育情况)和水文地质条件(岩体自然含水和渗水功能)的调查，通过结合两者的分析和考虑，最终确定岩体的质量级别和稳定性程度，作为研究岩土工程整体布局和施工技术参数的基础资料，特开展了全矿人类生产活动现场工程地质、水文地质以及宏观地压活动的全面调查，调查目的如下：

(1)对渣滓溪锑矿目前所开拓的各中段巷道内所揭露的各种岩体进行工程地质以及一些岩体的变形情况的调查和了解，以确定渣滓溪锑矿各种岩体的工程地质条件、地压活动状况和发展趋势；

(2)根据矿体和围岩节理、裂隙现场调查资料，划分工程地质岩组，评价不同岩组的工程地质条件，结合前期室内岩石力学参数试验成果，进行岩体质量评价；

(3)结合前期室内岩石力学参数试验成果，确定岩体力学参数，为渣滓溪锑矿稳定性分析提供基础资料。

2.2 调查方法、对象及内容

本次调查采用单位体积内统计法，现场导线测定法等，对渣滓溪锑矿的锑矿体、凝灰质砂岩岩组和凝灰质板岩岩组内发育的节理和裂隙的形态状况进行了现场调查，包括如下几个方面：产状，间距，长度，节理张开长度与充填情况，节理面两壁的光滑度情况，地下水状况。

2.3 调查结果

2.3.1 锑矿体

锑矿体结构类型为碎裂结构，节理方位较多，主要发育有3组节理，节理类型主要为剪节理，裂隙内充填有方解石、铁泥质等。两组主要节理裂隙的产状为129°∠65°，48°∠42°。平均体积节理密度Jv为11.2条/m3，经换算的RQD值为78.04%。

(1)129°∠65°节理组。节理等密度值为22.32%，节理、裂隙面为闭合的剪节理，有1～2 mm方解石、铁质充填物，节理、裂隙面为平直、光滑，节理、裂隙面潮湿，长度大于3 m；节理间距在16～57 cm之间，平均间距约为27.3 cm，平均密度约为3.67条/m。

(2)48°∠42°节理组。节理等密度值为14.95%，节理、裂隙面为闭合的剪节理，有1～2 mm泥质、铁质及方解石充填物，节理、裂隙面为平整，较破碎，节理、裂隙面潮湿，长度大于1.5 m；节理间距在17～28 cm之间，平均间距约为23 cm，平均密度约为4.35条/m。

2.3.2 凝灰质砂岩

凝灰质砂岩岩组结构类型为碎裂结构，节理方位变化较大，主要发育有3组节理，节理裂隙特性、充填物情况、节理面状况以及节理裂隙的含水情况与矿体的基本一致。3组主要节理裂隙的产状分别为189°∠76°，342°∠43°和24°∠76°。平均体积节理密度 Jv为7.83条/m3，经换算的 RQD值为89.16%。

(1)189°∠76°节理组。节理等密度值为29.70%，节理、裂隙面为闭合的剪节理，有1～2 mm方解石充填物，节理、裂隙面为平直，节理、裂隙面潮湿，长度大于2 m；节理间距在20～71 cm之间，平均间距约为43 cm，平均密度约为2.33条/m。

(2)342°∠43°节理组。节理等密度值为12.32%，节理、裂隙面为闭合的剪节理，有1～10 mm方解石充填物，节理、裂隙面为平直，较破碎，节理、裂隙面潮湿，长度大于2 m；节理间距在21～33 cm之间，平均间距约为 27 cm，平均密度约为 3.70条/m。

(3)24°∠76°节理组。节理等密度值为19.12%，节理、裂隙面为闭合的剪节理，有1～2 mm方解石、泥质充填物，节理、裂隙面为平整，破碎，节理、裂隙面潮湿，长度大于2 m；节理间距在28～110 cm之间，平均间距约为55.67 cm，平均密度约为1. 80条/m。

2.3.3 凝灰质板岩

凝灰质板岩岩组结构类型为层状结构，主要发育的节理有两组，和部分零星分布和发育的节理，节理性质为剪节理，节理裂隙特性、充填物情况、节理面状况以及节理裂隙的含水情况与矿体的基本一致。该岩组内发育的两组节理裂隙的产状分别为138°∠72°和338°∠70°。平均体积节理密度为8.99条/m3，经换算的RQD值为85.33%。

(1)138°∠72°节理组。节理等密度值为21.55%，节理、裂隙面为闭合的剪节理，有1～2 mm方解石充填物，节理、裂隙面为平直，节理、裂隙面潮湿，长度大于2 m；节理间距在5～52 cm之间，平均间距约为27.69 cm，平均密度约为3.61条/m。

(2)338°∠70°节理组。节理等密度值为13.26%，节理、裂隙面为闭合的剪节理，有1～5 mm方解石、泥质充填物，节理、裂隙面为平直、光滑，节理、裂隙面潮湿，长度大于2 m；节理间距在6～41 cm之间，平均间距约为18.6 cm，平均密度约为5.38条/m。

3 岩石物理力学室内试验参数

对该矿山的各种岩块，包括锑矿体、凝灰质砂岩、凝灰质板岩，进行了一系列的室内物理力学参数测试，包括岩石单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量和泊松比等。

此次试验全部在室内加工试块进行试验，在250 t全数字型液压伺服刚性岩石力学试验机上完成部分试验内容，用圆盘劈裂方法在30 t万能材料试验机上完成抗拉强度试验。部分试块的实验情况如图1和图2所示，部分同一种岩性不同岩石试件单轴压缩条件下的载荷—位移曲线如图3和图4所示。最终力学试验结果如表1所示。

图1 锑矿体单轴抗压破坏后的形态

图2 凝灰质板岩单轴抗压破坏后的形态

图3 锑矿体单轴压缩载荷－位移曲线

图4 凝灰质板岩单轴压缩载荷－位移曲线

表1 试验成果汇总

4 岩体质量类型的级别和评价

选择合适的岩体分级方法进行岩体质量分级至关重要，目前，主要采用的分级方法有RQD值分级、RMR分级、Q系统分级等方法。经现场详细调查，结合岩石物理力学参数，综合评价得出的各岩体分级及其稳定性结果如表2所示。

表2 岩体分级结果

5 结 论

(1)凝灰质砂岩岩组属于较好的Ⅱ级岩体，属于上等稳固性的岩体，除特殊大型破碎带发育地外，其余均比较适合开挖地下工程，且基本无需支护，且稳固持续时间将较长。

(2)凝灰质板岩岩组均为较好的Ⅱ级岩体，属于上等稳固性的岩体，除特殊大型破碎带发育地外其余均比较适合开挖地下工程，且基本无需支护，且稳固持续时间将较长。

(3)锑矿体为一般岩体，属于中等稳固性Ⅲ级岩体，属于中等稳固性适合开采的矿体，在矿体厚度不大的情况下可以开挖大型采场，能够维持在回采期间的稳定性。

[1] 李伟明，姜凡均，等.黄岗矿业公司Ⅲ矿区岩体工程地质条件及质量评价研究[J].采矿技术，2011，11(5).

[2] 李学锋，徐必根，唐绍辉，等.大型复杂群空区下采场稳定性分析[J].采矿技术，2010，10(3)：52-55.

[3] 黄 刚，蔡嗣经，张亚东，等.白象山铁矿采场结构参数的数值模拟优化[J].矿业研究与开发，2014，34(4)：8-10.

[4] 蔡 斌，喻 勇.《工程岩体分级标准》与Q分类法、RMR分类法的关系及变形参数估算[J].岩石力学与工程学报，2001，10(8)：1677-1679

[5] 盛 佳，刘志华.岩石点载荷强度试验中强度指数计算方法的选择[J].采矿技术，2013，13(1)：24-27.

[6] 李 佳，邓荣贵.单轴和双轴压缩下裂隙性岩石力学特性试验研究[D].重庆：西南交通大学，2011.

[7] 文 兴.非连续复杂群空区稳定性分析和治理方案研究[D].长沙：长沙矿山研究院有限责任公司，2012.

[8] 王志毅.劈裂法测定岩石的抗拉强度[J].大众科技，2009(12)：58-69.

[9] 曹文贵，张永杰.基于非对称三角模糊的岩石抗剪强度参数确定方法研究[J].岩石力学与工程学报，2007，7(26)：1340-1346.

2016-06-14)

李 跳(1982-)，男，湖南长沙人，工程师，主要从事固体矿产勘查，储量，开发利用方案，矿山地质环境调查评价评估和地质灾害调查、评估、勘查等研究工作，Email：81762526＠qq.com。