焦家金矿寺庄分矿深部岩体岩爆倾向性分析

赵春刚

(山东黄金矿业有限公司焦家金矿，山东 莱州 261441)

1 工程概况

寺庄分矿是山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿的3个主要生产分矿之一，位于焦家主矿区南3km处。寺庄分矿矿体产状为多条平行脉，走向断断续续延伸近500m。目前矿山已经进入深部开采阶段，巷道围岩处于高应力状态，围岩稳定性受到极大考验，针对目前寺庄分矿深部巷道围岩岩爆倾向性特点，利用不同评判标准对不同岩性的岩爆倾向性进行划分，确定深部围岩岩爆危险性，为巷道稳定性分析及相应支护方式提供科学的依据。

2 岩石受力分析

岩爆的预测研究基于现场地应力测量数据以及室内物理力学试验结果。根据最大水平主应力σh,max、最小水平主应力σh,min和垂直主应力σv随深度变化的回归曲线方程式(1)～式(3)：

σh,max=0.947+0.044H

(1)

σh,min=1.066+0.024H

(2)

σv=0.136+0.028H

(3)

计算各组岩石的地应力情况如下。角闪英云闪长岩：σh,max=14.15MPa，σh,min=8.27MPa，σv=8.54MPa；二长花岗岩：σh,max=33.51MPa，σh,min=18.83MPa，σv=20.86MPa。

岩体单元所受的各向应力可以由下式计算：

σθ=3σh,max-σv

(4)

σt=μ(3σh,max-σv)

(5)

式中：σθ——岩体单元所受环向应力；

σt——岩体单元所受的轴向应力。

不同岩性岩石应力状态如表1。

表1 不同岩性岩石在相应埋深下应力状态MPa

3 岩爆判据

(1)深度(hcr)判据：

hcr=0.318σc(1-μ)/(3-4μ)γ

(6)

式中:hcr——岩爆发生岩体最小埋深，m；

σc——岩体单轴抗压强度，Pa；

μ——岩石的泊松比；

γ——岩石重度，N/m3。

计算结果为：角闪英云闪长岩hcr=355.5m；二长花岗岩hcr=334.5m。

(2)Turchaninov判据。Turchaninov提出岩爆活动性由硐室切向应力σθ和轴向应力σt之和与岩石单轴抗压强度σc之比确定，具体判据情况如下：

Turchaninov判别指标计算结果：角闪英云闪长岩(σθ+σt)/σc=0.48；二长花岗岩(σθ+σt)/σc=1.42。

(3)强度脆性系数(B)。B的计算公式为：

B=σc/σl

(7)

式中：σl——岩石抗拉强度。

该方法的判别指标为：40

(4)陶振宇判据。岩石的单轴抗压强度σc与围岩的最大主应力σmax的比值作为岩爆发生的判据，其判别指标为：14.5≤σc/σmax无岩爆；5.5≤σc/σmax<14.5轻微岩爆；2.5≤σc/σmax<5.5中等岩爆；σc/σmax<2.5强烈岩爆。

依据岩爆深度判据、Turchaninov判据和强度脆性系数判据等多个指标评价岩石的岩爆倾向性。各判据的岩爆预测结果见表2。

表2 各判据岩爆预测结果

综合判据结果为角闪英云闪长岩的岩爆倾向性为轻微岩爆，二长花岗岩的岩爆倾向性为强烈岩爆。

4 结论

通过岩体应力监测得到深部围岩最大、最小主应力的分布特征，并分别依据深度判据、Turchaninov判据、陶振宇判据和强度脆性系数判据计算得到相应的岩爆倾向性判定结果，综合评判结果为角闪英云闪长岩处于轻微岩爆的危险等级，二长花岗岩岩爆倾向性判定为强烈岩爆等级，需加强监控及防护。