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1、1工程岩体分级标准在地下工程岩体分级标准在地下 采矿工程中的应用采矿工程中的应用ISSN1671-2900 采矿技术采矿技术 第第 5 卷卷 第第 4 期期 2005 年年 12 月月CN43-1347/TDMiningTechnology,Vo.l5,No.4Dec.2005工程岩体分级标准在地下采矿工程中的应用工程岩体分级标准在地下采矿工程中的应用田昌贵田昌贵,陈世华陈世华12(1.武汉工程大学武汉工程大学, 湖北武汉湖北武汉 430074;2.湖北鄂东南地质大湖北鄂东南地质大队队, 湖北武汉湖北武汉 430074)摘摘 要要:介绍了在大冶有色金属公司两介绍了在大冶有色金属公司两个主要生产
2、矿山个主要生产矿山(铜绿山矿和丰山铜矿铜绿山矿和丰山铜矿)采用采用/工程岩体分级标工程岩体分级标准准(GB50218-94)0 对井下采矿工程岩体稳定性进行分类的研对井下采矿工程岩体稳定性进行分类的研究方法和成果究方法和成果,得出了不同类型岩体稳定性的经验数据得出了不同类型岩体稳定性的经验数据,为矿为矿山采取针对性的支护措施提供了依据。山采取针对性的支护措施提供了依据。关键词关键词:工程岩体工程岩体;稳定性分级稳定性分级;岩组岩组工程岩体分级是评价工程岩体稳定性的前提。多年来工程岩体分级是评价工程岩体稳定性的前提。多年来,围围2绕这一课题国内外学者作了大量的研究绕这一课题国内外学者作了大量的研
3、究,先后提出了多种分先后提出了多种分级和分类方法。如由俄罗斯学者于级和分类方法。如由俄罗斯学者于 1926 年提出的岩石坚固年提出的岩石坚固性系数性系数(又称普氏系数又称普氏系数)法法,美国伊利诺斯大学的美国伊利诺斯大学的 Deere 等人提等人提出的岩体质量指标出的岩体质量指标 RQD 分类法分类法,美国威克汉姆提出的美国威克汉姆提出的 RSR分类法分类法,南非宾尼阿夫斯基博士建立的工程岩体南非宾尼阿夫斯基博士建立的工程岩体 RMR 分类分类系统系统,挪威学者巴顿提出的综合指标挪威学者巴顿提出的综合指标 Q 系统系统,东北大学林韵梅东北大学林韵梅教授提出的围岩稳定性动态分级方法教授提出的围岩
4、稳定性动态分级方法,地处高应力区的金川地处高应力区的金川公司提出了公司提出了 J-Q 综合分析法等等。在地下矿床开采过程中综合分析法等等。在地下矿床开采过程中,围岩及矿体稳定性分级涉及的因素较为复杂。岩矿体的稳围岩及矿体稳定性分级涉及的因素较为复杂。岩矿体的稳定性不仅受其自身坚硬程度和完整性的制约定性不仅受其自身坚硬程度和完整性的制约,还受到地下水、还受到地下水、控制性软弱结构面、高初始应力等诸多因素影响控制性软弱结构面、高初始应力等诸多因素影响,特别是频特别是频繁的爆破震动不断打破原有的应力平衡繁的爆破震动不断打破原有的应力平衡,使得矿岩稳定性分使得矿岩稳定性分级和评价更具复杂性和时空性。采
5、用建设部级和评价更具复杂性和时空性。采用建设部 1995 年颁布实年颁布实施的工程岩体分级标准施的工程岩体分级标准(GB50218-94),对两个具有代表性的对两个具有代表性的矿山矿山(有古矿冶遗址需要保护的铜绿山矿有古矿冶遗址需要保护的铜绿山矿,高应力下的松软破高应力下的松软破碎岩层的丰山矿碎岩层的丰山矿)深部开采工程进行了尝试深部开采工程进行了尝试,获得了一些经验获得了一些经验和认识。和认识。限制条件为限制条件为:BQ=90+3Rc+250Kv当当 Rc90Kv+30 时时,应以应以 Rc=90Kv+30 和和Kv 代入计算代入计算 BQ 值值;当当 Kv0.04Rc+0.4 时时,应以应
6、以 Kv=0.04zRc+0.4 和和 Rc 代入计代入计3算算 BQ 值。值。式中式中:Rc 为岩石单轴饱和抗压强度为岩石单轴饱和抗压强度,MPa;Kv 为岩体完整性为岩体完整性指数指数(Kv=Vpm/Vpr),其中其中 Vpm 为岩体弹性纵波速度为岩体弹性纵波速度km/s;Vpr 为岩石弹性纵波速度为岩石弹性纵波速度 km/s。岩体基本质量由岩石。岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定,而岩石坚硬程度和而岩石坚硬程度和岩体完整程度则采用定性划分和定量指标两种方法确定岩体完整程度则采用定性划分和定量指标两种方法确定,根根据岩体基本质量定性指标与
7、定量指标据岩体基本质量定性指标与定量指标,按表按表 1 确定基本质量确定基本质量级别级别,再根据岩体基本质量分级对处在不同跨度下的岩体自再根据岩体基本质量分级对处在不同跨度下的岩体自稳能力作出评价。稳能力作出评价。表表 1 岩体基本质量分级岩体基本质量分级基本质岩体基本质量量级别的定性特征基本质岩体基本质量量级别的定性特征 坚硬岩坚硬岩,岩体完岩体完整整 坚硬岩坚硬岩,岩体较完整岩体较完整;较坚硬岩或较坚硬岩或软硬岩软硬岩,岩体完整岩体完整坚硬岩坚硬岩,岩体较破碎岩体较破碎;较坚硬岩或软硬岩互层较坚硬岩或软硬岩互层,岩体较完整岩体较完整;较软岩较软岩,岩体完整岩体完整坚硬岩坚硬岩,岩体破碎岩体
8、破碎;较坚硬岩较坚硬岩,岩体较破碎岩体较破碎-破碎破碎;较软岩或软较软岩或软硬岩互层硬岩互层,以软岩为主以软岩为主,岩体较完整岩体较完整-较破碎较破碎;软岩软岩,岩体完整岩体完整-较较完整较软岩完整较软岩,岩体破碎岩体破碎;软岩软岩,岩体较破碎岩体较破碎-破碎破碎;全部极软岩及全部极软岩及全部极破碎岩全部极破碎岩岩体基本质量指标岩体基本质量指标(BQ)550550451424503511 5 工程岩体分级标准工程岩体分级标准 6 概述概述为建立统一的评价工程岩体稳定性的分级方法为建立统一的评价工程岩体稳定性的分级方法,由水利部由水利部长江水利委员会长江科学院等单位于长江水利委员会长江科学院等单
9、位于 1994 年编写出版了工年编写出版了工程岩体分级标准程岩体分级标准(GB50218-94)。该标准适用于各类型岩石工。该标准适用于各类型岩石工程的岩体分级程的岩体分级,采用定性与定量相结合的方法采用定性与定量相结合的方法,先确定岩体基先确定岩体基本质量本质量,再结合具体工程的特点确定岩体级别。岩体基本质再结合具体工程的特点确定岩体级别。岩体基本质量指标量指标(BQ)根据分级因素的定量指标根据分级因素的定量指标 Rc 和和 Kv:3502512502 铜绿山矿井下采矿工程岩体稳定性分级铜绿山矿井下采矿工程岩体稳定性分级为了配合国家为了配合国家/九五九五 0 重点科技攻关项目重点科技攻关项目
10、/铜绿铜绿 0 对对90采矿技术采矿技术 2005,5(4)铜绿山矿铜绿山矿 号矿体深部工程岩体进行了稳定性分类号矿体深部工程岩体进行了稳定性分类(分级分级)。通过对试验矿段各类工程岩体进行现场通过对试验矿段各类工程岩体进行现场地质调查、声波测试及室内实验地质调查、声波测试及室内实验,确定了矿段内工程岩体确定了矿段内工程岩体的结构类型、结构面级别的结构类型、结构面级别,划分出矿段工程地质岩组划分出矿段工程地质岩组,从而提从而提出了矿段工程岩体稳定性分类出了矿段工程岩体稳定性分类(分级分级)方案方案,为试验采场设计及为试验采场设计及支护提供依据。支护提供依据。2.1 矿区及研究矿段地质构造概述矿
11、区及研究矿段地质构造概述5铜绿山矿区在大地构造上位于淮阳山字型构造的前弧两铜绿山矿区在大地构造上位于淮阳山字型构造的前弧两翼。矿床受次一级马叫翼。矿床受次一级马叫-铜绿山北北东向隐伏横跨背斜控制。铜绿山北北东向隐伏横跨背斜控制。矿区位于阳新复杂岩体西北端矿区位于阳新复杂岩体西北端,铜绿山石英正长闪长玢岩体铜绿山石英正长闪长玢岩体中偏北部。矿体主要赋存于三叠系大冶群鸽岩性段石灰岩中偏北部。矿体主要赋存于三叠系大冶群鸽岩性段石灰岩和石英长玢岩接触带。和石英长玢岩接触带。矿区经历了印支、燕山、新华夏等多起构造运动矿区经历了印支、燕山、新华夏等多起构造运动,受受 NNE向区域构造应力的作用向区域构造应
12、力的作用,产生了产生了 NWW 向压性结构面。印支向压性结构面。印支形成的北西西向构造奠定了本区构造格架基础形成的北西西向构造奠定了本区构造格架基础,燕山期以来燕山期以来的北北东向构造叠置于早期构造上的北北东向构造叠置于早期构造上,构成了矿区复杂而有规构成了矿区复杂而有规律的构造特点。由于矿区内岩浆活动频繁律的构造特点。由于矿区内岩浆活动频繁,岩浆来源充足岩浆来源充足,岩岩浆大量穿插与捕虏了三叠系大冶群各岩性段灰岩。接触一浆大量穿插与捕虏了三叠系大冶群各岩性段灰岩。接触一圈闭构造控制了矿带内圈闭构造控制了矿带内 号等厚大主矿体的形成号等厚大主矿体的形成,并且使主并且使主矿体在其中心两侧伴有大致
13、平行或斜矿体在其中心两侧伴有大致平行或斜列状排列的多个分支形态列状排列的多个分支形态,矿体延深达千米。矿体延深达千米。 号矿体位号矿体位于矿区于矿区 NNE 向成矿带中段向成矿带中段,矿体长矿体长 350400m,延深达延深达 800m,呈透镜状似层状产出。最大厚度可达呈透镜状似层状产出。最大厚度可达 10m。是矿区最主要。是矿区最主要的矿体的矿体,也是近年来矿山开采的主要地段。也是近年来矿山开采的主要地段。对研究矿段的地质调查表明对研究矿段的地质调查表明:该矿段的构造形迹受矿区构该矿段的构造形迹受矿区构造格架的控制。矿体呈近造格架的控制。矿体呈近 NNE 向展布向展布,成矿后的构造形迹改成矿
14、后的构造形迹改造迁就造迁就,利用了原有的构造体系。两条宽达数米、近利用了原有的构造体系。两条宽达数米、近 NW 走走向的钠长斑岩横穿矿体向的钠长斑岩横穿矿体,与矿区与矿区 F63 断层吻合。矿体下盘近断层吻合。矿体下盘近NNE 走向破碎带宽度达十余米。因研究矿段埋深已达到走向破碎带宽度达十余米。因研究矿段埋深已达到6250m 以上以上,除破碎带受到一定程度风化作用影响外除破碎带受到一定程度风化作用影响外,矿段大矿段大部分为微风化原岩。部分为微风化原岩。2.2 矿段工程地质岩组矿段工程地质岩组(带带)的划分的划分矿段工程地质岩组矿段工程地质岩组(带带)的划分是依据岩石的成因类型、地的划分是依据岩
15、石的成因类型、地质构造、岩体结构类型及水文地质特征等因素质构造、岩体结构类型及水文地质特征等因素,对研究范围对研究范围内出露的各类岩石按其特征及其组合进行分组。岩组的划内出露的各类岩石按其特征及其组合进行分组。岩组的划分可作为施工中鉴别岩体稳定性的依据分可作为施工中鉴别岩体稳定性的依据,通过对矿段岩体的通过对矿段岩体的工程地质调查、测试和分析工程地质调查、测试和分析,将矿段内岩将矿段内岩(矿矿)体划分成体划分成 4 个岩个岩带带 8 个岩组个岩组(见表见表 2)。表表 2 铜绿山矿铜绿山矿 号矿体工程地质岩组划分号矿体工程地质岩组划分工程岩体地质特征工程岩体地质特征岩带岩带/岩组岩组岩性岩性构
16、造构造结构类型结构类型岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度(MPa)98.5岩体声岩体声波速度波速度(m/s)工程岩体稳定性特征岩体完整性系数工程岩体稳定性特征岩体完整性系数 Kv0.95岩体岩体基本质量值基本质量值7456开挖后地压状态一般无地压显示开挖后地压状态一般无地压显示,溶洞充填物可能溃入巷溶洞充填物可能溃入巷道一般无地压显示道一般无地压显示,局部松散地压。局部松散地压。稳定性类型稳定性类型大理岩岩带大理岩岩带厚层状大理岩岩组厚层状大理岩岩组(A1)灰白色、巨层状灰白色、巨层状,见溶蚀痕迹。见溶蚀痕迹。-245m 中段发现溶洞数个中段发现溶洞数个灰灰-灰黄褐色灰黄褐色,多见金属氧化物或硫化物穿插或被接触交待成多见金属氧化物或硫化物穿插或被接触交待成似角砾状铜铁矿石似角砾状铜铁矿石,岩石较坚硬。块状含铜磁铁矿或块状铁岩石较坚硬。块状含铜磁铁矿或块状铁矿石矿石;多见团块状或脉状方解石多见团块状或脉状方解石;岩石致密坚硬。岩石致密坚硬。见溶蚀裂隙及少量见溶蚀裂隙及少量 、 级结构面级结构面块状结构块状结构35004050较稳定较稳
