会泽铅锌矿6号矿体稳定性工程地质研究.pdf
3 6 水 文地 质 l丁程地 质 2 0 0 2年第 4期 会 泽 铅 锌 矿 6号矿 体 稳 定 性 工 程 地 质 研 究 陈向 华 , 张 世 奎 , 唐 绍 辉 , 吴 壮 军 1 . 云 南 省 会 泽 铅 锌 矿 , 会 泽6 5 4 2 1 2; 2. 湖 南省 长 沙 矿 山研 究院 , 长 沙4 1 0 0 1 2 摘 要 为查 明会 泽 铅锌 矿 的岩 体 __ l 程地 质 条件 , 评 价各 岩 组 的稳 定 性 , 在 收 集 和 整理 原 有 资料 的基 础 上 , 对 6号 矿体 回 采 区段 的岩体 工程 地 质条 件进 行 了详 细 调查 和测 试 , 采 用 R MR和 Q系 统 分级 方 法 确定 了各 岩 组 的级 别 , 根 据 试 验 参 数 分 析 了钻孔 岩 芯饼 化 现 象产 生 的原 因 , 系统 地论 证 了采 区 的岩 体工 程地 质 条件 , 为选 择合 理 的采 矿方 法 提供 了依 据 。 关 键 词 工 程地 质 ; 岩 体结 构 ; 岩芯 饼化 中图 分类 号 T U 4 5 7 文献 标识 码 A 文章 编 号 1 0 0 0 . 3 6 6 5 2 0 0 2 0 4 . 0 0 3 6 . 04 A s t u dy o f e n g i n e e r i ng g e o l o g y o n s t a b i l i t y o f 6撑 or e bo d y a t Hui z e l e a d- z i nc m i ne CHE N Xi a n g h u a ,Z HANG S h i k u i ,T A NG S h a o h u i ,wu Z h u a n g j u n 1 .Hu i z e L e a Zi n c Mi n e o f Y u n n a n P r o v i nce,Hu iz e 6 5 4 2 1 2,C h i n a; 2.C h a n g s h a I n s t i t u t e of Mi n i n g R e s e a r c h of Hu n a n Pr ovi nce ,C h a n g s h a 41 0 01 2,C h i n a Ab s t r ac t I n or de r t o ma k e c l e a r t he e n g i n e e rin g g e o l o gi c a l c o nd i t i o ns o f mi ni n g d i s t ric t an d a s s e s s t h e s t a b i l i t y o f r o c k ma s s a t Hu i z e l e a d z i nc m i n e, a d e t a i l e d i nv e s t i g a t i o n o n t h e e n g i n e er i n g g e o l o g i c a l c o n di t i o n o f r o c k ma s s i n t h e mi n i ng s e c t i o n o f 6 o r e b o dy wa s ma d e o n t h e b a s i s o f c o l l e c t i n g a n d c o l l a t i n g t h e o ri g i n a l i n f o r ma t i o n .Me a n wh i l e ,t h e a u t h o r u s e d t h e me tho d s o f RMR a n d Q c l a s s i fi c a t i o n s y s t e m t o d e t e r mi n e t h e qu a l i t y o f r o c k g r o u p s, The me c h a n i s m o f roc k c or e di s ki n g i s an a l y z e d a c c o r d i n g t o t he r e s u l t o f e x p erime n t .Th e e ng i n e e ring g e o l o g i c a l c o n di t i o n s o f r o c k ma s s i n t h e mi n i n g di s t r i c t we r e s y s t e ma t i call y d e mo ns t r a t e d. K e y wor ds e n g i n ee rin g g e o l o g y .; r o c k ma s s s t r uc t ur e; r oc k c o r e d i s k i ng 会 泽 铅 锌 矿 位 于 云 南 省 东 北 部 。 麒 麟 厂 6号 矿 体 赋存 于麒 麟 厂 逆 断 层 上 盘 的 下 石 炭 统 摆 佐 组 C 。 b 中 上部 , 赋 矿 地 层 厚 度 一 般 在 6 5~7 5 m 之 间 。 矿 体 主 要 受 N E向 压 扭 性 断 裂 及 N W 向 张 性 兼 扭 性 断 裂 控 制 , 走 向 长 一 般 6 0~2 8 8 m, 平 均 1 6 4 m, 厚 度 0 . 6~4 0 . 5 m, 平 均 1 8 . 0 3 m。 矿 体 呈 透 镜 状 , 端 部 分 枝 尖 灭 。根 据 6 号 矿 体 的 赋 存 条 件 , 采 用 上 向 分 层 水 砂 充 填 采 矿 法 , 在 开 采 过 程 中发 生 了 不 同 程 度 的 采 场 稳 定 性 问题 。 为 有 效 地 控 制 采 场 地 压 活 动 , 保 证 回采 作 业 安 全 , 最 大 限 度 回收 有 用 矿 产 资 源 , 开 展 了岩 体 工 程 地 质研 究 。 l 矿 区地 质概 况 矿 区位 于 扬 子 准 地 台 西 南 缘 , 滇 东 北 褶 皱 束 东 缘 之 矿 山厂 一 金 牛 厂 背 斜 逆 断 层 构造 带 北 东 端 。 发 育 北 收 稿 日期 2 0 0 1 . 1 2 . 1 2; 修 订 日 期 2 0 0 2 . 04 . 1 5 作者 简 介 陈 向华 1 9 6 9 . , 男 , 工 程师 , 主 要从 事 工 程 地 质 水 文 地 质勘 查 和研 究工 作 。 东 向褶 皱 、 断 层 , 矿 区 构 造 以北 东 一南 西 向 布 局 , 迭 瓦 状 构 造 为 主 要 特 征 , 北 西 一南 东 向 构 造 次 之 图 1 。 2工 程地 质 岩 组 划分 6号 矿 体 范 围 主 要 出 露 石 炭 系 及 泥 盆 系 上 统 地 层 , 按地 层 层 序 由 上 到 下 为 ① 上 石 炭 统 马 坪 组 C m 紫 色 、 灰 紫 色 泥 质 条 带 角 砾 状 灰 岩 夹 紫 色 泥 岩 ; ② 中石 炭 统 威 宁 组 C , W 灰 色 中 厚 层 状 灰 岩 夹 鲕 状 灰 岩 ; ③ 下 石 炭 统 摆 佐 组 C 。 b 灰 白 色 、 米 黄 色 、 肉 红 色 中粗 晶 白云 岩 夹 浅 灰 色 灰 岩 ; ④ 下 石 炭 统 大 塘 组 C 。 d 灰 色 隐 晶灰 岩 , 底 部 为 一 层 0 . 3~3 . 5 m 的 褐 黑 色 细 至 粉 砂 岩及 紫 色 泥 岩 ; ⑤ 上 泥 盆 统 宰 格 组 第 三 段 D , 灰 色 隐 晶灰 岩 及 黄 白 色 、 肉红 色 中 晶 白云 岩 。 矿 体 赋 存 于 下 石 炭 统 摆 佐 组 中 上 部 , 矿 体 走 向 N1 2 。~2 5 。 E, 倾 向 S E, 倾 角 5 4 。 ~6 5 。 。 将 6号 矿 体 及 上 下 盘 围 岩 划 分 为 五个 工 程 地 质 岩 组 ① 隐 晶 灰 岩 及 中 晶 白云 岩 岩 组 D C 。 d ; ② 中 维普资讯 2 0 0 2年第 4期 水 文地 质 工 程地 质 回 圈5因6 臣 1 0 1 1 圆1 2 图 1会 泽 铅 锌 矿矿 区 地 质 构 造 图 Fi g. 1 Ge ol o g i c a l s t r uc t ur e o f mi ni ng a r e a i n Hu i z e l e a d. z i nc mi ne l 一 上二 叠统 玄 武 岩 ; 2 一 下二 叠 统灰 岩 ; 3 一 石炭 系 白 云岩 夹 灰岩 ; 4 一 泥盆 系 灰岩 夹砂 页 岩 ; 5 一 寒武 系页 岩砂 岩 ; 6 -- k 震 旦统 灯 影组 灰 岩 ; 7 ~ 压 扭性 断 裂 ; 8 一 张 扭 性 断 裂 ; 9 一矿 床 l 0 一 假整 合 面 ; 1 l 一 地 质 界限 ; l 2 一 剖 面线 粗 晶 白 云 岩 夹 灰 岩 岩 组 C . b ; ③ 矿 岩 岩 组 ; ④ 灰 岩 岩 组 C ; ⑤ 泥 质 条 带 角 砾 状 灰 岩 夹 泥 岩 岩 组 C m 。 3岩 体 结 构 分 类 3 . 1岩 体 结 构 面 类 型 矿 区 发 育 的结 构 面 主要 为 原 生 结 构 面 和 构 造 结 构 面 , 在 构 造结 构 面 中 , 以节 理 、 裂 隙 为 主 , 广 泛分 布 于 不 同 的 岩 组 中 。 矿 区不 利 结 构 面 主 要 有 工级 结 构 面 麒 麟 厂 逆 断 层 。 为 矿 区 的 控 制 性 结 构 面 , 是 矿 区 地 应 力 场 的 边 界 , 对 矿 山工 程 的 稳 定 性 无 直 接 影 响 。 Ⅱ级 结 构 面 包 括 C . d下 部 的 软 弱 夹 层 、 C , m 中 的 多层 紫 色 泥 岩 等 , 是 影 响 矿 山 工 程 局 部 稳 定 性 最 不 利 的工 程 地 质 因素 。 Ⅲ级 结 构 面 矿 区 的 次 级 构 造 , 较 为 发 育 , 是 关 系 6号 矿 体 采 场 稳 定 性 的重 要 不 利 工 程 地 质 因素 。 由 于 北 西 向横 断 裂 、 北 东 向断 层 、 层 间 断 裂 对 矿 床 的形 成 和 后 期 的改 造 起 决 定 性 作 用 , 因 此 , 在 矿 体 中 Ⅲ级 结 构 面 发 育 。 根 据 进 路 法 采 矿 方 法 的 特 点 , 采 场 进 路 的 布 置 方 向一 般 只 有 两 种 选 择 , 一 是 进 路 沿 矿体 走 向布 置 , 二 是 进 路 垂 直 走 向 布置 , 无 论 采 取 哪 一 种 布 置 方 式 , 在 矿 体 中发 育 的 Ⅲ级 结 构 面 都 有 一 组 近 于 顺 进 路 方 向 , 直 接 影 响 进 路 法 开 采 场 顶 板 的 稳 定 性 , 引 起 采 场 顶 板 的 冒落 和片帮事故 , 而 6号矿 体的矿石具有 分带性 , 结构 疏 松 的 黄 铁 矿 顺 层 产 出 , 直 接 影 响 矿 岩 的 整 体 强 度 。 Ⅳ 级 结 构 面 主 要 为 节 理 , 广 泛 分 布 于 各 岩 组 , 延 伸 长 度 均 有 限 , 一 般 为 数 米 至 二 十 米 左 右 。 矿 岩 中 发 育 的节 理 , 基 本 上 为 闭合 的 平 面 状 节 理 , 一 般 无 泥 质 充 填 物 , 节 理 干 燥 , 无 地 下 水 渗 出 , 而 在 其 它 岩 组 中 发 育 的节 理 , 大 多 含 有 泥 质 充 填 物 , 同 时 有 地 下 水 沿 节 理 面 渗 出 , 节 理 面 力 学 强 度 低 , 抗 滑 能 力 差 。 Ⅳ级 结 构 面 在 岩 体 内发 育 的 密度 及 组 数 或 者 它 所 形 成 的结 构 体 块 度 及形状 对岩体强度 有很 大 的影 响 , 对 坚硬 岩石 组 成 的 岩 体 来 说 , 它 直 接 控 制 着 岩 体 强 度 。 3 . 2岩 体 结 构 类 型 主要岩体结 构可划分为两 类 、 三个 亚类 表 1 。 4岩 体 质 量评 价 B i e n i a s k i Z.T.的 地 质 力 学 R MR分 级 法 ⋯ 和 B. H.G. 布雷迪 等 的 Q系统分级 方法 考 虑 的因素 较全 面 , 又 比较 接 近 , 比较 适 宜 本 项 研 究 , 因 此 , 本 文 采 用 这 两 种 分 级 方 法 来 评 价 岩 体 质 量 。 4 . 1 R M R分 级 结 果 B i e n i a s k i Z. T. 的 地 质 力 学 分 级 方 法 , 是 采 用 多 因 素得分 , 然 后求 其 代 数 和 R MR值 来 评 价岩 体 质量 。 参 与 评 分 的 6因素 是 ① 岩 石 单 轴 抗 压 强 度 ; ② 岩 石 质 量 指 标 R Q D; ③ 节 理 间 距 ; ④ 节 理 性 状 ; ⑤ 地 下 水 状 态 ; ⑥节理产状 与洞轴 线的关 系。在 1 9 8 9年 的修 正版 中 , 不但 对评分标 准进行 了修 正 , 而且对第 四项 因素进 行 了详细分解 , 即节理性状包括 a . 节 理长度 ; b . 间隙 ; C . 粗 糙 度 ; d . 充 填 物 性 质 和厚 度 ; e . 风 化 程 度 。结 合 矿 区实际 , 对矿 区岩体可采用前 5种 因素 得分 , 再 根据第 六项 因素进行 修正 , 按 表 2评价岩体级 别 。 R MR分类结 果表 明 , 6号 矿体 各 岩层 的稳定 性状 况 为 差 ~中 等 。 4 . 2 Q 系 统 分 级 结 果 Q 系统 分 级 法 对 6种 因 素按 下 式 进 行 计 算 Q R Q D/ J - , / J 。 - , / S R F 其 中 , 与 -, 之 比值可粗 略 表示 岩石 的块度 ; J 与 - , 之 比表 示嵌 合 岩 块 的抗 剪 强 度 ; - , / S R F 的 比值 反 映 岩 石 的 主 动 应 力 。 据 其 得 分 划 分 岩 体 级 别 如 表 3 。 无 支护 的最 大跨 度 D与岩体质量 Q有 如下关 系 D2E S RQ , E S R为开挖体 的“ 支护 比” , 矿 山巷 道 的 支 护 比可 取 E S R1 . 6, 而 对 于 临 时 性 的矿 山 巷 道 如 采 场 可 取 E S R 3~5 。 由此 , 根 据 各 岩 层 平 均 参 数 的 Q分 类 结 果 , 得 出不 同 岩 层 的无 支 护 最 大 跨 度 。 圈田 团圈 囤囫 维普资讯 整体块 I 状 结 构 I 薹 茎 组 为 ① 、 ② 、 ④ Ⅱ Ⅱ 彼 结 构 此穿 插 , 互 相切 割 , 结 构体 间 咬合 较牢 ’ Ⅱ 萎 Ⅱ 、 Ⅲ 、Ⅳ 级 结 构 面 同 时 发 育 变 形 破 坏 主 要 受 破 碎 带 、软 弱 结 构 面 控 制 , 强 度 低 ,稳 定 性 较 差 。 地 下 水 渗 压 对 岩 体 稳 定性 有很 大 影 响 , 代表 性 岩组 为⑤ 表 2岩体 R M R 分 级 结 果 Tab l e 2 Cl a s s i fic a t i o n r e s u l t s o f r o c k m a s s RM R s y s t e m 表 3 Q 系统 分 级 结 果 T a b l e 3 Cl a s s i fi c a t i o n r e s u l t s o f Q s y s t e m 表 4不 同岩 层 的 无 支 护 最 大 跨 度 D Ta bl e 4 The ma x i mum u ns up po r t e d s p a n o f di ffe r e n t r o c k ma s s 矿 体 中 的采 场 取 E S R3 . 0 , 其 余 岩 层 中掘 进 的 巷 道取 E S R 1 . 6 , 当 在 矿 体 中 掘 进 巷 道 时 , 取 E S R 1 . 6, 其 平 均 无 支 护 跨 度 为 3 . 4 3 m, 变 化 范 围 为 2. 9 7~ 3 . 9 6 m。以上结果 可作 为 矿 山选取 采场 和 巷道 结 构尺 寸 的 参 考 依 据 。 4 . 3分 级 结 果 的 相 关 性 分 析 R MR和 Q系 统分 级 方 法 都是 对 矿 区 岩体 的某 些 因 素 的 综 合 反 映 , 它 们 之 间 存 在 一 定 的 相 关 关 系 。 对 R MR和 Q系 统 分 级 结 果 进 行 了 回 归 分 析 , 得 出 了 它 们 之 间 的 相 关 关 系 为 R MR 4 6. 1 69. 2 6 1 nQ 上 式 与 前 人 的 研 究 结 论 接 近 , 如 B i e n i a s k i Z T通 过 一 百 多 个 工 程 总 结 出 的 两 者 关 系 为 RMR 4 49 I nQ 也 与 国 内 的 一 些 工 程 比较 接 近 , 如 黄 润 秋 对 小 湾 水 电 站 总 结 的关 系式 R MR 3 1 . 51 1 2. 7 I n Q 周 志 东 对 西 南 某 水 电 站 坝 肩 岩 体 总 结 的 关 系 式 RMR 2 2. 8 7 1 5. 1 1 I nQ 5岩 芯饼 化 现 象 在 6号 矿 体 工 程 地 质 钻 探 过 程 中 , 发 现 有 不 同 程 度 的岩 芯饼 化 现 象 图 2 。 5 . 1岩 芯 饼 化 现 象 特 征 1 在 所 施 工 的 钻 孔 中 , 大 部 分 钻 孔 见 饼 化 现 象 , 但 饼 化 数 量 并 不 多 , 即饼 化 现 象 并 不 严 重 。 2 岩饼 厚 度 小 。 平 均 厚 度 约 1~2 c m, 最 薄 的 仅 0 . 2~0 . 3 m m, 一 般 厚 度 为 0 . 8 m m左 右 。 维普资讯 2 0 0 2年 第 4期 水文 地质 1 程地 质 3 9 图 2钻 孔 中 出 现 的 岩 饼 Fi g. 2 Ro c k di s k p r o duc e d i n dr i l l i n g 3 有一类 还未断开 成饼状 的岩芯 , 其上 清晰 可 见 由互 相 迭 错 的 细 小 齿 状 裂 缝 构 成 的 环 带 , 裂 缝 最 大 张 开 度 约 0 . 5 mm, 这 类 岩 芯 可 顺 裂 缝 将 其 掰 成 饼 状 , 之 后 还 能 就 其 原 始位 置 接 起 来 。 4 岩 饼 主 要 有 两 种 形 态 , 一 种 其 表 面 凹 凸 不 平 , 另 一 种 其 表 面 平 整 光 滑 ,岩 饼 表 面 新 鲜 , 无 浸 染 痕 迹 。 5 . 2岩 芯 饼 化 原 因分 析 一 般 采 用 岩 石 单 轴 抗 压 R 、 抗 拉 强 度 R , 与 最 大 主 应 力 的 比值 , 作 为 评 价 岩 爆 和 岩 芯 饼 化 发 生 的条 件 。一 般 当 R / , 3~6时 就 会 发 生 岩 爆 或 岩 芯 饼 化 , 3可 能 发 生严 重 岩 爆 , 如 国 标 GB 5 0 2 1 89 4岩 体 基 本 质 量 分 级 B Q分 级 中将 R / a 4定 为极 高 应 力 区 , R / a , 4~7为 高 应 力 区 。 Q系 统 中 考 虑 应 力 折 减 系 数 时 将 R / 2 . 5~ 5 . 0 , R, / , 0 . 1 6~0 . 3 3定 为 有 轻 微 岩 爆 可 能 , R / a , 2 . 5, R, / a 0 . 1 6为 有 严 重 岩 爆 可 能 。另 外 , 还 有 一 些 其 它 评 价 指 标 , 如 岩 石 单 轴 抗 压 和 抗拉 强 度 的 比值 R / R , 王 元 汉 等 。根 据 原 岩 应 力 及 岩 石 力 学 参 数 测 试 结 果 , 各 岩 层 的有 关 参 数 如 表 5 。 表 5与 岩 芯 饼 化 有 关 的 参 数 Tab l e 5 Par a m e t e r s r e l a t e d t o r o c k c o r e di s k i n g 岩性 C 3 m C 2 矿体 C l b C l d D / a 3. 4 4. 3 3. 1 3. 1 6. 3 5 2. 9 / a1 0. 1 6 0. 1 7 0. 1 4 0. 1 1 0. 1 8 0. 2 3 / R 21. 68 2 4. 71 21 . 57 2 7. 31 3 6. 28 1 2. 7 9 实 验 结 果 表 明 , 各 岩 层 都 具 备 产 生 岩 芯 饼 化 的 条 件 , 其 中 矿 体 和 C , b、 D , z 岩 层 产 生 饼 化 的 条 件 最 为 有 利 , 这 与 矿 体 和 C b岩 层 中施 工 的 钻 孔 实 际 情 况 相 吻 合 , 而 D z岩层 中 仅 见 少 量 的 饼 化 岩 芯 , 这 可 能 与 该 岩 层 中施 工 的 钻 孔 进 尺 较 少 有 关 。 相 对 而 言 , C , d岩 层 产 生 饼 化 的 条 件 最 为 不 利 , 在 C d岩 层 中 主 要 是 在 钻 孔 孔 口位 置 产 生 较 为 严 重 的 饼 化 现 象 , 这 主 要 是 由 于 巷 道 开挖 , 在 其 周 边 产 生应 力 集 中 , 使 围岩 径 向 应 力 , 降 低 , 而 围 岩 中 的 最 大切 向 应 力 增 加 , 即 / 增 加 所 致 。 6 结 论 矿 区稳 定 性 是 一 个 非 常 复 杂 的 系 统 工 程 问 题 , 它 与 各 种 地 质 因 素 及 非 地 质 因 素 有 关 , 前 者 包 括 矿 山 的 工 程 地 质 条 件 、 水 文 地 质 条 件 、 矿 区地 应 力 场 及 岩 体 的 ,力学 特性 等 , 后 者 则 主 要 与 矿 山 的 开 采 方 法 及 施 工 技 术 等 因 素 有 关 。 通 过 对 会 泽 铅 锌 矿 6号 矿 体 开 采 区域 岩 体 工 程 地 质 条 件 的 系 统 研 究 , 为 选 择 合 理 的 采 矿 方 法 、 回 采顺 序 及 岩 层 控 制 提 供 了依 据 , 钻 孔 岩 芯 饼 化 现 象 说 明矿 区存 在 高 地 应 力 , 为 预 防 深 部 开 采 可 能 出 现 的 岩 爆 , 应 开 展 深 部 开 采 岩 爆 可 能 性 研 究 。 参 考 文 献 [I] B i e n i a s k i Z T . E n g i n e e r i n g r o c k m a s s c l a s s i fi c a t i o n a c omp l e t e ma nu a l f o r e n gi n e e r s a n d g e o l o g i s t s i n mi n i ng, c i v i l , a n d p e t r o l e u m e n g i n e e rs[ M] . N e w Y o r k Wi l e y , l 98 9 . 25 5 8. [ 2] B H G布 雷迪 , 等 . 地 下 采 矿岩 行 力 学 [ M] . 北 京 煤 炭 工业 出版 社 , 1 9 9 0. 6 . [ 3] 黄润 秋 , 王 士天 , 等 . 澜 沧 江小 湾水 电站 高 拱 坝坝 肩 重大 工程 地 质 问题 研 究 [ M] . 成 都 西 南 交 通 大 学 出 版 社 , 1 9 9 6. 1 4 62l 8. [ 4] 周 志东 , 胡 卸 文 , 等 . 西 南 某 水 电站 坝 肩 岩 体质 量 分 级方 法 选 取 探 讨 [ J ] . 成 都 理 工 学 院 学 报 , 1 9 9 9 , 1 8 28 5. [ 5] 王 元汉 , 李卧 东 , 等 . 岩 爆 预测 的模 糊 数 学 综 合 评 判 法 [ J ] . 岩 石 力 学 与工 程 学 报 , 1 9 9 8 , 1 7 5 4 9 3 5 O1. 编 辑 张 明 霞 2 0 0 2年全 国农 业 地 学 学 术研 讨 会 在 湖 南 长 沙 召 开 6月 1 3~1 5 日, 来 自全 国 的 1 7 2名 专 家 共 聚 湖南 长 沙 参 加 了 2 0 0 2年 全 国农 业 地 学 学 术 研 讨 会 。 会 议 由 中 国 地 质 学 会 农 业 地 学 专 业 委 员 会 、 湖 南 省 国 土 资 源 厅 和 中 国 地 质 调 查 局 组 织 , 会 议 交 流 研 讨 了 国 内外 农 业 地 学 最 新 研 究 动 态 , 谢 学 锦 院 士作 了 “ 地 球 化 学 与 农 业 ” 的 主题 报 告 。 维普资讯